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海上风电场运行尾流评估及对平价大基地微观选址启示

北极星风力发电网  来源:北极星风力发电网    2020/10/15 10:32:38  我要投稿  

北极星风力发电网讯:2020年10月14日,上海电气海上销售事业部风能资源总监陆骑在2020北京国际风能大会暨展览会(CWP 2020)上作了题为《海上风电场运行尾流评估及对平价大基地微观选址的启示》主题演讲。

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以下为发言实录:

陆骑:两部分内容,第一部分手头在运行风电场一些运行尾流情况的情况,结合现阶段的特点,海上也将全面步入一个平价时代,针对这样的情况,我们也是希望从现阶段的风电场运行数据给到后面整个微观选址开发的启示。上海电气从2009年开始江苏响水安装,2019年有了超过2.9个GW的装机容量,整个市场份额占到41.4%,但是在2019年5月份,风电上网电价的政策,2020年我们不得不海上风电也需要面临这样断崖式的下跌,达到平价的水平,根据我们的测算现阶段很多行业会议,包括各个省份的一些召集大家来做这样的平价方案,基本上各家得出来的结论,海上实现平价唯一的结论,做大基地这样的开发,然后大基地开发的话,这边因为海上本身规模比较大,后面现阶段我们评估下来,至少得在1GW到2GW,实现最基本的项目在6%,7%这样的水平,大基地开发,必然面临风电场面积非常大,风机数非常的多,同时之前可能我们风电场的尾流损失可能路上会在百分之四五,海长高一点,可能10%多一点,是一个大家觉得非常高的尾流损失根据我们测算,风电场容量上到1GW,2GW,20%的上网电量,我们希望通过海上风电场实际运行的一个尾流的评估,跟大家找到前期的一个探索一个方法。

这边我们在江苏整个平台搭建的目标,不仅仅是服务于海上风电场的尾流评估,机组性能这样的测试,载荷闭环的测试,包括风电场留厂的观测等等多方面的,今天主要跟大家分享一下我们在这个项目尾流评估这一块,整个项目推进过程中对海上风电场进行尾流评估需要做的六个步骤,首先必须得通过外部仪器辅助帮助,把我们风电场运行参数弄准了,风速风向,第二块包括我们风机功率曲线,刚刚李工提到现阶段风电场的测试,不可能跟陆上一样理想华,一个测风塔,海上不可能特意搭建一个测风塔,更多的风速这样的一个数据是通过我们测试出来的机舱的函数去进行还原。

第三针对你需要的风电场这个数据进行数据充分的清洗,找到我们需要的,最后进行相应的数据分析,最终可以更进一步的现在有很多尾流模型,我们将实测数据跟数值计算的结果进行对比,陶优参数,更进一步的对尾流模型进行一个较准。这边第一步,风机偏航角,历史风电场建设水平,包括我们风机本身运行,其实里面有机械损耗偏差会不断的产生,普遍现阶段风电场的SCADA风玫瑰,我们做很多数据的统计,基本上每台风机统计很难达到5度这样的精度,这个精度我分享的结论,有一个体现,风向偏差对整个后面评估结论产生颠覆性的影响。这两年北斗民用这块比较火,借助北斗定位这一块在风电场内基本可以实现达到接近于0.1度实时定向的校准。

风机功率曲线测试,NTF函数,没有那么理想,通过风机数据获得风电场过来的自由流,或者风向这样的数据,第二部分这个实测功率曲线其实就是说,刚刚各位同仁提到很多校准,实际上风机功率曲线这一块是非常轴要的一般,国内的做法,功率曲线不管放多少水,我们搞个折减,也不知道到底折多少,风电场整个计算评估的时候你们能够拿到风机的功率曲线,不管什么模型,包括1982年提出的,依然宝刀未老。

SCADA数据清洗,在我们整个数据清洗的时候把工况全部剔除出去,运行工况分类,针对不同的边界,需要进行不同的分析手段,另一方面想获得的结果,或者想确认的一些现象,我们肯定是需要去对应的进行相应的工况的分类,左边就是说,我们的任务相对更偏稳定一点,这边做后评估项目的时候,装不同高度的温度测量设备,把风电厂热稳定进行一个升级,我后面分享的结论,整个风电场全年运行轻微稳定的工况占比是更高的。

这张图给出整个风电场大致的布局,风机不受任何别的风机尾流影响,黄色扇区风机受到别的风机尾流影响的扇区。

我们的题目是对后面大基地开发,其实后面更等的我们肯定是这种大型的行列矩阵去进行相应的布置,那这样的话,我们也是找的这样的风电场,风电场条件就摆在这儿,覆盖12到3台这样的风机的行数,同时中间也有辅助我们作为判断,李工提到缓冲区,正好当时在工程建设的时候,有些机位点被舍弃,设置缓冲区到底对我们发电功率有什么影响。

结合具体的结论去大致的分析。首先第一个是功率分布这一块,第一台功率做的归一化,这边首先是这样子,第一个结论在风电场研究风速7.5米以下的,功率损失达到甚至有一部分机位点超过50%,第二个我刚刚提到的几个,当时建设时候留白的这样的几个机位点处,有这样小的缓冲区,我的功率有一个快速的回升,功率迅速又立马掉到之前的水平,全都在94.5度的射线上,我们也之前大家可能也是看过很多的文献,风动实验的结果,结论是一致的,后排尾流不会无限制的增加,有些尾流模型,搞线性叠加所以这边是会达到类似于这样的平衡点这边是因为有缓冲区,所以中间尾流一下就掉下来了,我们主要参考这个绿色,北边这一排,从整个12台这样的规律的结果。

这就是说两个事情,一个后面大基地开发,在这种这么多行风机的情况下,坏事情是什么?坏事情我后面的尾流可能会非常大,可能会达到一个很难接受的程度,但是好的事情是什么?它不会一直大,大到你都不能接受。

接下去,是非常极端的工况,一整个直线,后排风机,给到大家从94.5度全尾流,到102.5度,偏尾流,变化的角度非常小,整个功率的变化,功率快速的一个回升,你只是从全尾流94.5变化八度的水平,功率没有写,有的达到70%,针对这个情况,我也是做了大量的模型去对比,实际上没有任何一个模型能够模拟出功率的增加,为什么呢?后面跟大家分享一下,因为现在所有的模型它不可能考虑风机的偏航误差,第二不同尾流,偏尾流和全尾流下造成的风速风向的偏差,你在模拟当中也无法去,不可能把所有的工况跑出来,两个东西第一是在整个从全尾流到偏尾流的时候,风机误差变小,本身机头的偏航动作偏差变小,疯狂变得更稳定,风的标准偏差,在从全尾流到偏尾流,有非常大的下降,前面提到很多模型模拟不准,很多时候并不是说尾流模型,你在偏尾流工况下面,更小的偏航误差,尾流区域内更小的波动,使你发电功率相对来说变得更好。

针对这样的情况现在各家都在投入相应的这样的研究,第一个就比较直接,投入激光雷达的设备,通过这张图,我们安装这个设备,非常可以明显的发现,在部分扇区确实能检测到处在这样的尾流影响区域,中间点受到尾流最大这样子,这样的话针对前面分析到的盘尾流工况下,运行控制,处在全尾流,通过我们偏航控制,使我们运行在偏尾流,我通过TC雷达,亏之雷达,更加准确判断前面的风向,使我更小的偏航误差达到更大的发电功率,这是两个综合的方向我给到大家比较简单,因为我这边做了很多的工作,支持的事情是后面整个大基地建设的迭代优化计算,我不可能有一个非常复杂的模型做这样的一些事情,基于这样的前提,应该在原来的工程老阶层上面去改,第一个就是说方向大家都知道,非线性,从尾流到非尾流区有更加合理的过渡,本身风速衰减有一个更合理的分布,这个都是均匀的,这边也是给到了南部那一列的,尾流恢复模拟跟计算的一个偏差,这边最大的功率,我提到的所有的都是功率,不是发电量,功率是13%,第一我这边用的是实测功率,实测功率,把你发电性能和,我没有折减,不是发电量,第二本身做实测功率曲线测试,在测试过程中,本身包含一些偏航误差,所以这块为什么用这么简单的一个模型,依然能够取得这么好的,基本上认为是比较好的模拟计算结果的符合度,输入先保证准确。

修正我们模型之后,刚刚提到,我们大基地到底多大?是30万40万,一个GW,两个GW,我们现在大致测算下来的话,这是一个非常理想化的风电场,它的边际非常利于尾流恢复,有的风电场考虑到边界限制的话,可能不至没有那么理想化,这样风电场尾流损失超过20%,在这种情况下,传统的做微观选址的同时,有一个原则,我们技术选型的时候,选择单机发电能力很强的机组,普遍具有什么特性,CP很高,CE很高,风电场CT很高的情况下,尾流全场增加2%,单机又多发了2%,一来一回,整个全年发电量没有任何变化,高的CT带来的问题,包括各个部件的载荷,包括你这个本身塔筒,包括海上基础的这一块的工程量都会成几何倍数的往上增。风机设计,风机长规划平衡点,更加的考量各个主机厂跟开发商之间的配合,怎么去找这个平衡点。

这块刚刚提到什么样的边界叫很理想化的边界,这种边界其实就是比较理想化的边界,有些边界可能就是颇于边界限制怎么样子,这边提出来,因为我们现在“十四五”,不像十三五给个风电场具体的位置,甚至边界条件,“十四五”没有给,从政府从开发的角度,他们不知道要多大的风电场,这块后面我们做整个大机器规划,需要综合考虑我整个风电场尾流损失,如何利于尾流的恢复。

基于前面的模型,也是我们自己做了这样的矩阵式的大规模风电场的迭代的工具,然后抛开我们资源评估不讲,都结合起来,综合的解决方案找到底什么地方,十三五我的风资源地图是什么样的,到了“十四五”最后提出来的是一个负荷的地图,什么机型在什么样的风电场,是怎么样的一个情况,而不是简简单单我LED图是什么样的。

大型风电场运行的经验是比较少前几个月结束的风资源评估,大量的篇幅,很多课题关于风电场尾流影响,组色效应这块的课题,同时这一块,去年10月份的时候,他们手下所有风电场,他们认为他们当时过低的评估当时风电场的尾流效应,阻塞效应,对发电厂带来的影响,我们现在这块依然不是掌握的非常好。

最后也是一个展望,之前这个风电场我们对实际运行尾流评估基于这个风电场有什么条件我去做什么相应的评估,我们这边也是在规划我们项目二期会对现在在运行的亚洲最大的单体风电场,H3今天也是第一台风机并网,实行滨海大的风电场的集群,在这个风电场进行进一步的后评估工作,重点关注大型风电场的尾流效应。

由于我们这个项目有很多数据或者结果,并不对外公开,我跟大家分享到这里,希望后面有更多有条件的同仁,投入到对风电场运行数据的分析。

(根据速记整理,未经本人审核)

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