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明阳智能:海上台风特性及发电量情况评估

北极星风力发电网  来源:能见    2017/10/18 9:31:36  我要投稿  

北极星风力发电网讯:2017年10月16日-19日,2017北京国际风能大会(CWP2017)在北京隆重召开。明阳智慧能源集团股份公司风能设计院院长助理吴迪在“海上风电技术论坛”中,发表了题为《海上台风特性及发电量情况评估》的演讲。

以下为演讲实录:

主持人周志刚:我们今天第九位演讲的嘉宾是吴迪女士,吴总现在目前就职于明阳智慧能源集团股份公司,风能设计院院长助理,具有丰富的流体仿真技术经验,开发了多款风资源评估软件,下面有请吴总。

吴迪:好,谢谢大家,大家下午好,我是主要来自明阳风电公司,从事风资源计算的工作,所以我给大家带来的是基于海上台风特性及发电量情况评估。

我们明阳公司是在海边长大的,所以有非常丰富的台风数据,然后另外还有非常丰富的台风机组的一个抗台的经验,因此主要基于这个部分来跟大家分享一下我们采用数据分享的方法,用于我们机组的设计以及安全的一些评估。

好,我今天介绍主要分这样六个部分,首先会跟大家介绍台风的理论分析,这块的话我主要想强调这样几点,一个是大家可能会看到有飓风,有的叫台风,其实这个区别主要是产生的地域特点不同,就跟我们说的西红柿和番茄一样,台风也是一样,北大西洋形成的就叫飓风,北太平洋西部形成的就叫台风。

主要想强调的是通过我们的观测和统计的话,目前我们看到的台风的数据,基本上都是集中在强热带台风风暴,以及台风这个阶段,基本上我们测风塔统计到的数据是在40米以下,超强台风41.5到50.9数据比较少,近期天歌台风数据比较强,这个还在进行数据统计,所以在这个PPT里没有展示。

接下来的话有了我们台风的基本理论和概念有一定认识之后,我们主要是想针对我们搜集到的台风信息,来做一下分类和判断,因为我们拿到的测风塔数据是一个长期时间序列数据,我们如何从中分辨是普通数据还是大风数据呢?主要看有这样几点。

首先我们会从台风路径的实时发布系统把我们近期想要知道的数据统计出来,得到一个台风的周期,比如从某一个时间段到另一个时间段的台风周期,通常我们统计的台风周期,从风速有变化到台风过境的周期不会超过四到五天,有的可能比较短台风受到影响会只有一天。这个是根据我们台风本身的等级,另外台风来的时候距离风场的远近判断的。

接下来有了我们台风周期之后根据测风塔所检测到的,还有风机上的数据来摘取这个时间段内有变化的数据,然后得到我们理论上受台风影响的时间段,然后专门针对这一时间段的数据进行分析,得到我们想要的风资源的参数,这是我们台风影响时段的划分方法。

然后台风区域划分,有些台风的风场是正面登陆,就是距离我们台风入境距离非常短,有些台风可能距离来的路径比较远,一百多公里、两百多公里都有可能,我们怎么判断台风来的时候影响到很远风场是否受影响?主要判断依据是风向、气温、气压,来判断受影响风场的范围。

目前从我们统计出来的数据来看,受台风影响的距离,最远的话有可能达到五百到六百公里,都会受到强台风的影响,如果太风风力等级足够大的话,这样也会受到风力影响。

有了这样数据判断依据之后,我们会搜集海上测风塔结果来做一些分析和判断。

那在这里很多宏观上一些气象局,还有包括像气象研究机构,他们对台风宏观上已经有一些非常成熟的分析,包括我们国家气侯中心等等,对台风来的时候宏观的路径、灾害等等,有一些非常详尽的分析,但是分析结果用在风机微观结果上有一些问题,因为我们关心的参数并不是中尺度关心的,我们主要针对于风机在设计的时候,和抗设计的时候一些风资源的参数,比如说风速、系数等等,这些参数做了一些详细研究,我们目的就是希望能够通过我们台风期间的参数研究,能够为风机整个整机设计机组载荷来提供更安全的保障。

好,那接下来的话我们就来看一下在台风期间的海上风资源的参数特性总结,因为这一块可以分为海上和陆上两种,那在海上来说,近期广东的海上风场开发是比较热的,那我们把这块数据单独列出来,目前海上台风区间数据,看一下风场影响下的变化规律,我们风场统计了,做了整体的数据统计,把我们目前能拿到的数据分析做了一个汇总,这里面列的PPT的风场,主要是位于测风塔,风来的时候,这个距离比较短,这个台风相当于正面登陆风场,红色的线表示风速,这个表示大气压,蓝色的是风向的变化情况。

那在这里面我们可以很明显地看到,当风场正面登陆的时候,风速有一个呈M形的分布,瞬间从这个数据来看的话,基本上是在100分钟不到这样的,从25米下降到七八米,然后再升到25米这样的分布,其实我们风机受到破坏最危险的风速,也就是在这种条件下。所以一般台风正面登陆的时候,风场会有专门针对正面登陆的一些加强设计,这是我们正面登陆测风塔路径的情况。

还有一点,当台风经过时,测风塔在路径右侧的时候有一个顺时针方向的偏转,我们了解这个偏转角之后,可以在台风来之前做一个调整。

接下来,这个是距离侧更近了,我们可以看到变化更为剧烈,这场台风是最为大的一场,这场台风是接近于40了,那这个是我们测风塔在这个路径的左边,所以有一个逆时针方向的偏转,基本上都是有这样一个趋势,这个变化也是一个正面登陆,这个变化趋势也是相似的,这个风速范围也是有接近30米的偏差变化,这个变化时间更短一些,基本上在半个小时之内就有这样的偏差,然后风向变化也是顺着偏转角有150度的偏转,所以这个时候风机承受考验是最大的。

这是正面登陆,当外围经过风场的时候,它的变化对我们台风破坏性相对较小,这个时候如果我们台风风速并不是特别高,距离比较远,影响比较小的时候,这个时候是我们抢发电量最好的时机,所以为什么台风对我们风场有利也有弊,台风来的时候风速增大,风机发电量比平常有一个提升。

最后有一个发电量的对比,这里的话我们可以看到,在非正面登陆的时候,台风外围经过的时候,风速变化明显是比较平缓的,风向也不会有瞬间的急转,是一个逐渐变化的趋势,遵循左逆又顺的趋势,在这里是顺时针一个规律,然后风向变化是逐渐增大。

以上的话是我们分了三种情况所看到台风路径来的时候对风场的影响,接下来的话我们有了这些基本判断之后,风机在设计的时候风资源参数是什么情况,带着这个问题跟大家分享一下我们风资源参数的情况。

首先我们评估的是海上台风期空气密度的变化,由于我们在广东和福建海域整个台风期间,一般是集中夏季和秋季期间,台风是频繁登陆,这个期间福建和广东区域,它的气温比较高,所以我们空气密度,相对偏低一些,我们统计23个样本,影响空气密度的变化范围大概是1.13到1.187变化范围,所以这个会对我们发电量下的密度曲线,这个发电量也会有一定变化。

接下来的话我们会看一下湍流,这个是我们比较关注的参数,也是我们在做风机整机设计的时候的参数,在海上的湍流度大家都了解,海上的湍流普遍要比陆上的湍流要小很多的,肯定是低于IC标准的C类标准,海上台风期间的湍流强度,它会有一个正常风况下会有略高的趋势,但是仍然低于风机设计的标准,所以环境湍流强度,在台风期间也是不必过于担心的。

在台风影响下的阵风系数,它的定义是我们3秒钟的平均风速的比值,我们得到阵风系数,我们阵风系数取值是1.4倍的关系,那实际上来说,我们在台风期间,它的阵风系数其实是达不到1.4,1.4这个取值相对来说比较保守,在台风期间比正常风速段偏小,在40米到50米大概是1.19到1.22之间,也就是说我们风机设计的时候,载荷余量是足够的。

另外强调一点我们在海上观测期间,阵风系数随风的变化,左边这张图我们可以看到,在风速逐渐增大的时候,阵风系数也有逐渐升高的趋势,这一点的原因呢,主要是由于我们的海上的风速比较大的时候,它的波浪会比较高,然后所以我们的阵风系数会随风速有这样的变化。

那接下来的话,就是我们海上风切变的变化,从我们目前统计的结果,基本上风切变是在0.1左右这样一个趋势,也就是说海上的话一般尽可能我们会采用低塔筒,不会推高塔筒,高塔筒越高性能越差一些,所以综合海上的风切变,以及造价综合考虑,我们海上一般在满足基础和极限波高的情况下的最低的塔筒高度。

好,那以上是我们比较关注的海上风场的风机,和载荷的设计,所以有了这些参数之后呢,明阳就会根据我们整个研究出来的工况,以及风资源所设计比较极端的工况,得到比较安全、可靠,同时有竞争力的载荷,通过这样的载荷和塔筒可以为业主节约我们的成本。

讲了刚才的参数设计之后,我们可以看到在海上和陆上的台风,接下来说一下特性差异。

我们说海上和陆上的抗台机组是有一些差别,湍流是不用说了,海上会比陆上低很多,这一块我不详细讲,主要是受到地形和粗糙度影响。主要强调是阵风系数,在海上阵风系数明显有一个升高的趋势,在陆上是随风速增加而降低的,海上的粗糙度,把波浪想像成一个粗糙度的话,海上粗糙度是变化的,因此海上和陆上是会有一些差别的。

接下来我们有了这些分析结果之后,台风来了到底会为业主和机型提供多少发电量呢?接下来讲一下台风和发电量的分析。

目前模拟采用的是我们公司5.5的机组,这个机组可以做到极大风速超一类的设计标准,25米到30米这个阶段可以做到软切出,这个切出段最主要的好处就是台风期间提升我们风机的发电量,一种是台风没有影响的,一种是台风中心经过,还有台风外围经过,我们分别取了这样几组数据,风场距离我们台风入境450公里范围,依然是有影响,在这个期间应用我们5.5-155机型,我们发电量提升45个小时左右,这也是台风带给我们的好处。

以上是针对台风结果风资源的分析的介绍,最后做了一个发电量,还有包括我们风资源参数一个总结,这里刚才我已经讲过了,大家可以看一下,好,以上就是我今天关于台风风资源评估分析的介绍,看大家有没有什么问题。

主持人周志刚:各位来宾,各位朋友,非常荣幸,非常感谢有这么一个机会跟大家一起探讨,2017北京国际风能大会海上风电专场到此结束,谢谢大家的光临。

(发言为现场速记整理,未经本人审核)

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