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提起“多普勒效应”,大家或许有点陌生,其实它在我们的日常生活中随处可见。
举个简单的例子,当一辆救护车朝我们呼啸而来,听起来救护车汽笛的音调变高了,当它驶离我们而去,汽笛的声音听起来更加低沉,这就是“多普勒效应”。
之所以将其命名为“多普勒效应”,就是为了纪念这一自然现象的发现者——奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒(Christian Johann Doppler)。
生活中,“多普勒效应”的应用比比皆是,包括医学诊断上的“彩超”,测量机动车车速的雷达测速仪等等。
如今,金风慧能的技术专家们,将基于“多普勒效应”的超声波风速风向仪应用到风电机组,替代传统的机械式风向标、风速仪,对于提升风资源的合理利用率,减少风机故障有着重大意义。
为什么机械式风速仪不靠谱?
受制于当时技术手段的制约,早期兆瓦级风机主要装配的是机械式风向标和风速仪。
在机组运行多年后,特别是北方多风沙地区,机械式风向标和风速仪极易出现轴承卡涩现象,导致风速测量精度不足或风向测量偏差,不仅会造成发电量损失,还会因为对风角度过大带来额外的机组载荷;在强风天气下,尤其是到达切出风速后无法及时判断,将使机组处于危险工况。
特别是在低温、冰雪天气下,机械式风向标和风速仪易出现冻结,导致机组故障停机。
风向和风速测量装置,就像是风电机组的眼睛和耳朵,如果这个装置失效,就好像一个人失去了视觉和听觉的感知能力,无法行动、无法对外界做出反馈。
而超声波风向风速仪,可以根本上解决此类问题。
超声波风速风向仪,精准感知风的律动
超声波风速风向仪,是利用超声波在空气中传播速度受空气流动(风)的影响来感知风的律动,采用的正是“多普勒效应”造成的超声波发射和接收的频率之差(多普勒频移),来计算风速和风向。
与传统的的风杯或旋翼式机械风速仪、风向仪相比,超声波风速风向仪有以下几项优势:
1►无惯性测量,充分揭示风的特性
整个测风系统没有任何机械转动部件,属于无惯性测量,能精准测量出自然风中阵风脉动的高频成分,结合计算机技术,可在更高层次上揭示风的特性,对于提升抗风减灾能力、实现风资源的合理利用有着积极意义。
2►一体式设计,可靠性更高
采用一体式结构设计,无机械位移,不会发生物理磨损;外壳采用工程塑料材质,使用寿命长。
3►误差识别,保障强风下的测量精度
采用随机误差识别技术,强风下也可保证测量的低离散误差,使输出更平稳。
调试与校正,缺一不可
进行超声波风速风向仪的替代改造,不仅仅是“一拆一装”那么简单,改造后需要使用专业的工艺装备进行校正,保证机组对风角度的准确性,从而充分利用风资源,提高机组发电量。
校准工艺装备
超声波风速风向仪测量风速、风向的原理与机械式风向标、风速仪不同,在升级后,需要根据机组的塔筒高度、叶轮直径等综合性配置进行技术参数计算,对机组程序的相关技术参数进行优化升级,保证最先进的装备可以发挥其最优的作用。
东北某风场完成改造,彻底消除原机组故障顽疾
2020年,金风慧能与东北某项目业主合作,在全场86台1.5MW机组上,实施了超声波风速风向仪的替代性改造。
超声波风速风向仪安装效果
据统计,在技改实施前,整个风场每年因机械式风向标、风速仪问题,导致的故障停机次数达到516次,严重影响机组可利用率并造成发电量损失。
利用超声波风速风向仪进行替代改造后,整体运行稳定,风速和风向测量准确,未发生一次因超声波风速风向仪故障导致的故障停机,在减少发电量损失和运维成本的同时,更有效保障了全场机组的安全运行。
超声波风速风向仪作为一种先进、可靠的专用测量装置,已经在各行各业大展拳脚,其在风电行业的应用,也必将为存量风电资产的提质增效和安全运行创造更大价值。
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