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新能源技术系列沙龙第二期现场实录

2015年6月26日,风脉(武汉)可再生能源技术有限责任公司在中国科学院自动化研究所智能化大厦学术报告厅举办了风电技术控新能源沙龙第二期会议。此会议把第一期“当低风速遇到复杂地形”的主题延续到了本期的”风电场精细化的设计与后评估”当中来,给风电同行们带来了互相交流讨论的机会。来自于各大风电场的投资方、设计和咨询机构、主机厂家的开发决策人,以及分析师和技术工程师等近100人参加了此次会议。

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永利皇宫官方网址 主题演讲: “Alta风场的经验分享”

胡云龙博士 (Terra-Gen Power)
在美国加州最大可再生能源开发公司Terra-Gen Power任职副总裁的胡云龙博士围绕着他负责的Alta风能中心项目(AWEC)和大家一同分享了风场前期设计和后评估中所面临的挑战和相关的解决方案。

永利皇宫官方网址AWEC是北美目前最大的风场,世界第二大风场,由11期风场共同组成,共安装了586台Vestas和GE组成的风机,装机容量为1548MW,目前Terra-Gen Power主要负责整个风场的运行和维护。

 

首先胡博士简单的介绍了美国加州在美国风电场开发战略中所占据的重要地位。特别是Tehachapi地区,作为美国风电场开发的先驱,所具有的风资源背景以及其战略意义。
永利皇宫官方网址 胡博士谈到,AWEC项目从风资源普查开始,工程人员就保持着一种谨慎细心的态度,对拟建风场区域的开发条件与限制因素充分了解,给后来的风机布局提供了详细的信息支持。如何最大化产能,土地最大化应用,减小建设费用,减小土地适用性和诉讼风险,同时需要符合其他风机设计要求,是目前国外风电开发商所面临的一个巨大的挑战。

接下来,胡云龙博士通过AWEC风场把风机之间最小间距缩短至1.2D,这一创新话题把我们大家带入了今天讨论的高潮中,并且提出了“the only limitation is your creation” 这一理念。因为当地风场的风速季节性分布非常明显并且主导风向也非常单一,为了符合风场的装机容量必须达到150MW的项目要求,工程师团队提出将风机之间最小间距缩短至1.2D,前后排以10-15D的方式进行排列,并辅助以有效的扇区管理的解决方案。此可行性方案的提出在最大化了土地利用的同时,满足该风场的容量需求,又可以降低各机位的湍流强度,保证风电机组的安全运行。所以,在风场设计中,特别是复杂地形的山区风电场,从诸多限制中跳出固定思维,可以给我们得出的最优方案,减小投资风险,给客户带来最大化的经济效益。这种创新似的思维方式,对我国的风电场设计相关的工作具有着非常积极的指导意义。

在风场后评估经验分享中,胡云龙博士讲述了他曾经在一个项目中发现该风场其中一个测风塔的实测最大风速值超过了风机本身的额定最大风速值,因为最大风速值是非常敏感的数值,所以,在这种情况下,不要进行直接根据数据进行判定,需要通过反复的验证和详细的气象分析来进行评估和数据控制。
总体来说,第三方后评估可以分为三个等级,分别是:
1)High-level:使用每月数据
2)Medium-level:使用每月数据或者每天数据
3)Detailed-level:使用每小时数据
胡博士提议,如果项目条件允许的话,一定要做detailed-level后评估,因为最后得出的结果的差距是非常大的。每一个项目都是不同的,所以在整个后评估过程中,一定要和第三方咨询机构合作完成,因为后评估是一个新兴的项目,一个不断学习的过程。

接下来,他带来了AWEC第四, 五期的风场在2011年开始运行的第一年时除去限电,并网谐波限制与停机等因素,所得出的产能远远低于长期P50的预算,只达到了P50的84%左右的案例来讲述后评估经验。在项目的最开始,在没有任何数据的支持下,需要对以下因素进行考虑:限电,风速与风速分布情况,风向异常情况,风机运行异常和短期的运行数据对长期的风场运行没有代表性等情况。当拿到数据之后,可以对以上相关因素进行具体的数据分析,在Tehachapi风场中:
– 风速分布:非常独特,高风速与低风速周期的范围较大
n 高于或者低于平均风速的风速周期发生频率过高
n 使用1年的运行数据来计算产能的可靠性较低
n 2011年的平均风速比wind index低了0.1-0.2 m/s
– 风向频率分布:风向分布非常单一,主导风向的短期偏差有可能导致了产能不足
n 第四, 五期的风场在低风速周期中的非主导风向的频率比其他风场多出6%-8%
n 第四, 五期的风场在高风速周期中的非主导风向的频率比其他风场多出6%-9%
– 长期尾流影响:在这两期风场设计时的,因为布局问题,所使用的尾流折减系数达到了20%,胡博士通过风场尾流影响玫瑰图,发现第四,五期的风场受尾流的影响比其他风场要大很多:
n 第四, 五期风场的主导风向从NW变为WNW时,尾流损失增加
n 第四, 五期风场风速减小时,尾流损失增加

– 风功率曲线:特别是在高风速期间,因为外界湍流的影响,这两期风场的风机的未能100%运行,所以胡博士建议,在一个大型风电场开发项目中,风功率曲线的认证是一个非常重要的步骤。
1年的运行数据对风场长期性运行并不具备代表性,所以该年度第四, 五期风场的主导风向频率分布过低,风速低与平均风速,从而产生过多的尾流,导致2011年的产能过低。那么面对这么多问题,我们需要提出一个可行的解决方案来提升这两个风电场的产能:
– 风机运行监测优化和产能损失评估
– 对特定设备进行尾流损失的鉴定
– 对该地风资源情况进行长期监测
– 对风功率曲线的问题进行进一步调查和潜在解决方案的提出
– 对风资源管理与缓解措施进行进一步的审查
– 使用相关测风塔或者远程遥感系统进行实时监控
– 对当前与未来阶段的外部尾流进行详细调查

永利皇宫官方网址接下来,胡博士通过第十期风场其中T160风机出现产能过低的问题,向我们解释了如何通过数据精细化分析和判断,来对风机的运行状况进行评估,从而找出发电量损失的原因。

这台GE的风机产能过低,而周边其他风机并没有出现任何问题,GE相关部门通过了整场的风资源评估分析,发现风机附近湍流过大,之后进行单机的湍流分析与载荷分析,和雷达的测量,同样得出了因为湍流过大使得产能过低的结论。在得到GE的报告后,胡博士觉得理由并不是非常的充分,他通过更加深度的对比分析,发现在同样的湍流影响下,T153,T154和T159并没有受到很大的影响,于是他决定去现场勘查一下,终于发现了有问题的风机T160位于一个碗状的山坳里,所产生的湍流远远高于之前的外部湍流分析计算,所以如何从有限的数据中进行深度挖掘,结合工程人员的经验,找出风电场实际运行表现与应有的设计表现之间的差异,并且如何对表现不佳风机进行更加详细的精细化故障与运行分析是在后评估工作中非常重要的。

主题演讲:”无人机辅助下的微观选址工作”
陈可仁 (龙源)
来自于龙源福霖陈可仁,是今天下午第一位演讲嘉宾,他说虽然微观选址是风电场开发中一个非常重要的角色,但是目前国内的整个工作流程都面临的项目周期短,压力大等一系列的难题。如何通过风电场精细化设计,来考虑风电场全生命周期的各个环节,如何从粗放式的设计方式到精细化的转变这一值得我们深思的问题。并且希望通过对现有技术的深度挖掘和探寻新的技术来来实现整个风电行业全方位的合作和共同发展来解决。

接下来,陈工从几组图中,分享了龙源在提高微观选址的精细化与准确性所作出的努力 – 通过无人机勘测快速获取数据,较高经度,大信息量等优点来完善项目的需求,主要有以下几个特点:
– 高分辨率和实效性信息
– 高分辨率数字高程模型
– 精确等高线信息提取
– 通过DOM和DEM叠加生成三位可视化场景
– 通过DEM计算坡度信息
– 辅助风机位安全性评估和道路初步规划
– 辅助风机排布设计,升压站选址及环境影响评估
在复杂地形的风场后评估中,陈工说,目前使用的方法主要是CFD对全场地形进行模拟来获得风速演化的规律,以测风塔的实测数据为参考,对其他机位排布点处的机舱前风速进行外推,获得机舱风速的传递函数,再对CFD模型重新进行校正,但是不确定性较高。

主题演讲: “价值工程”
BudAbeyrama (Vestas)
今天的第三位演讲嘉宾是来自于维斯塔斯风力技术有限公司的Bud Abeyrama,分享了Vestas在风场设计与风场后评估方面的经验与案例和价值工程的广泛应用,来帮助工程师在风场设计中的精细化分析和优化来增加项目的经济性,同时将合理的技术方案转化成具有商业价值的产业化发展。

Vestas主要提供以下解决方案:
– Site check tool来进行风机零部件的载荷计算,并和设计载荷进行分析对比来评估风机结构的安全性,决定风机的最终选址与布局。
– Vestas可以根据风场的独特性,提供更加详细的塔筒和基础定制的服务方案,增加项目的实际经济性效益
– 结合不同的地形情况与风资源分布情况所得出单机的动态风功率曲线。
除此之外,Vestas除了传统的风资源评估服务,同时也可以通过CFD,尾流,大气研究等一些共同合作增值服务带给客户更加完善与精细化的分析。Vestas对于风电场后评估的经验主要是通过各个部门共同合作来完成的。通过服务部,性能诊断分析中心与现场技术支持人员共同合作进行数据输入之后,风资源部开始进行详细的风资源的评估和运行策略分析与优化。找出项目具体的影响因素,考虑到客户更高的收益,减少风机发电量损失是Vestas在风场设计与后评估中秉持的一贯方针。

结尾

最后,本期风电技术控新能源沙龙第二期会议在大家的热烈讨论声中落下帷幕。风脉能源会在进今年的下半年继续安排第三期会议,以“大数据挖掘”为主题,具体的内容和活动时间请大家关注风脉能源的官方微信群和风电技术控群。