塞罕壩，蒙語中意為“美麗的地方”。國內(nèi)首個“風電大基地”在這里催生。如今，隨著政策回暖，跨區(qū)域遠距離高壓通道輸送建設(shè)，風電外送及消納問題逐步解決，大基地項目再次迎來建設(shè)高潮。與此同時，大基地項目的規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)過程中遇到的各種新情況也給建設(shè)者們提出了新的挑戰(zhàn)。
大基地規(guī)劃設(shè)計的難點
地理范圍大、局部地形復(fù)雜，限制因素較多，各細分區(qū)域風資源情況差異大；
未確定開發(fā)主體的項目缺乏前期測風數(shù)據(jù)；
整場機組選型、排布組合方案多，影響因素多維，追求全局最優(yōu)工作量巨大；
大規(guī)模風場尾流影響等情況疊加，發(fā)電量很難精確評估；
送出方案設(shè)計周期長，傳統(tǒng)設(shè)計方式難以達到全局最優(yōu)。
如此龐大、復(fù)雜的風電項目，如何進行科學的整體規(guī)劃設(shè)計，以達到方案最優(yōu)，對于任何開發(fā)團隊來說都是巨大的課題。
針對這些“疑難雜癥”，金風科技依托多年、多專業(yè)，包括在測風、仿真模型、方案設(shè)計、工程設(shè)計等方面縱向深入的技術(shù)積累，以GoldFarm三維數(shù)字化風電場規(guī)劃設(shè)計平臺為一體化載體，打通前后臺的需求和技術(shù)，進行大基地精細化規(guī)劃設(shè)計，層層尋優(yōu)，快速迭代，求解大基地項目全生命周期LCOE最優(yōu)。
項目風資源的精準把控精細化測風輸入
項目風資源評估的準確程度，直接影響度電成本測算的精度，大基地測風工作又往往存在場區(qū)內(nèi)無測風塔、測風塔代表不足、測風時段短和數(shù)據(jù)質(zhì)量差等問題。
為解決精細化測風數(shù)據(jù)的輸入問題，金風科技開發(fā)了GoldWRF虛擬測風塔解決方案，讓項目風資源情況盡收眼底。
GoldWRF虛擬測風塔技術(shù)是在精細地形、數(shù)據(jù)同化、參數(shù)化方案、集合預(yù)報、后處理算法5種技術(shù)上的迭代更新。通過金風科技21年共2194座氣象站數(shù)據(jù)，6000多座測風塔數(shù)據(jù)，28000多臺風機數(shù)據(jù)的迭代校正，GoldWRF模式的準確性一直處于市場領(lǐng)先地位。
經(jīng)多個項目應(yīng)用反饋，GoldWRF虛擬測風塔在平原上的平均風速偏差不超過0.2m/s（超越概率P84），山地項目不超過0.3m/s（超越概率P84），復(fù)雜項目不超過0.4m/s（超越概率P75）。
無論是測風不足完整年，還是場區(qū)特定點分析，GoldWRF都可定制化完成高精準度中尺度分析，輸出可用于風資源分析的時間序列數(shù)據(jù)，為大基地區(qū)域大范圍精準資源評估提供高效準確的支持。
風資源精細化評估，更精準的尾流計算
常規(guī)的流體仿真商業(yè)軟件，受限于計算資源和欠缺對風電行業(yè)了解等問題，在算法內(nèi)核上不能保證復(fù)雜地形或特殊場景風資源計算的精度。GoldFarm的風資源評估模塊兼容WT流體方針成果，并能夠與金風自主知識產(chǎn)權(quán)的GoldFOAM進行橫向?qū)Ρ取?014年，金風科技就開始進行精準風場風廓線、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、熱穩(wěn)定度、三維森林蓋層模型、WRF+CFD的深入研究，將成果集成到GoldFOAM中。用戶從而能夠?qū)Ω鞣N應(yīng)用場景更精準干預(yù)和經(jīng)驗控制，風資源工程師也擁有了更大自主權(quán)。
對于大基地項目，平坦地形的大規(guī)模風機排布，尾流影響預(yù)估不足是發(fā)電量難以評估準確的重要因素。現(xiàn)行商業(yè)軟件通常采用半經(jīng)驗公式方法（例如Park模型）評估尾流，其優(yōu)點在于計算速度快，缺點是應(yīng)用于多排的平原風電場時會嚴重低估尾流損失，可能直接導(dǎo)致發(fā)電量計算不準確，也可能影響機組正常運行。
為此，金風科技引入致動盤（ADM）方法。ADM是通過使用體積力代替葉片的影響獲得風力機周圍流場信息，從而評估風機尾流影響的一種方法。相比傳統(tǒng)的半經(jīng)驗公式，對物理現(xiàn)象的還原度更高，精度也更好；相比于一些精度更高的瞬態(tài)算法，又能較好地兼顧計算資源和效率。金風科技開發(fā)的GoldwindDiskSource致動盤模型，解決了目前廣泛使用的致動盤模型不適用于風電場尾流計算的問題，GoldwindDiskSource可根據(jù)風機功率曲線動態(tài)判斷推力系數(shù)和功率系數(shù)，實現(xiàn)流場與風機的雙向耦合。
致動盤尾流模型基于GoldFOAM平臺，在超算中心進行計算，沒有計算資源的限制，網(wǎng)格總數(shù)可超過5.5億，機位點處加密網(wǎng)格尺寸小于2m，即風機周圍2m尺度的最小的氣流情況都能捕捉到，同時考慮風機、地形、風場的相互作用，保證計算結(jié)果的準確性。
高收益機型匹配與排布方案定制化設(shè)計
大基地項目開發(fā)規(guī)模巨大，各機位點風資源差異性明顯，甚至單一機位點不同扇區(qū)風資源也存在較大的差異性，傳統(tǒng)單一機型的風電場設(shè)計方式已經(jīng)無法適用。局部風資源的差異化，要求風電場中安裝的風電機組必須實現(xiàn)個性化設(shè)置（個性化的大部件、個性化的控制策略等），因此需要進行機型的逐點位匹配及整場排布方案的優(yōu)選。
首先是風電機組選型的個性化。大基地的風電機組如何科學且經(jīng)濟地選型，是一個棘手的問題。不同的機型、塔筒組合有非常多的組合方案。另外，大基地項目可以擁有非常多的影響因素，如機型平臺、額定功率，全場容量，機組數(shù)量、輪轂高度等等，加之不同的目標函數(shù)，如發(fā)電量、內(nèi)部收益率、度電成本等，將這些影響因素及目標進行組合，可以得到非常多種的場景。
其次是排布方案的個性化。若機型數(shù)量一定，機型平臺一定，機位點排布不定，額定功率不定，以發(fā)電量最大進行尋優(yōu)。若是以度電成本最小進行尋優(yōu)，以內(nèi)部收益率最大機型尋優(yōu)，會得出不同的排布版本，哪一個方案最優(yōu)？這個問題不同角度來選擇答案可能不一而足。
由于可變的維度多，人工進行工作量巨大，幾乎是不可能的。而常規(guī)的尋優(yōu)算法存在耗時長、難收斂的情況。金風與DTU合作開發(fā)了層次化的尋優(yōu)算法[MowFlot]以完成風電場定制化設(shè)計，即以風電場中潛在的機位點的風資源狀況為輸入，通過定制不同機位點的機組配置及各機位點各扇區(qū)的控制策略為手段，使個性化的風電機組充分發(fā)揮作用，并充分利用機位點差異化的風資源狀況，使風電場的經(jīng)濟效益最大化。
目前，該平臺已經(jīng)可以實現(xiàn)在平坦地形及準復(fù)雜地形（根據(jù)IEC61400-12-2中的地形評價等級，在III級以下）進行風電場排布優(yōu)化、風電機組硬件配置的優(yōu)選（機型平臺、塔架高度、葉輪直徑等）、控制策略優(yōu)化（額定功率，延長切出風速等），以及根據(jù)不同的應(yīng)用場景選取不同的優(yōu)化目標，如IRR、AEP及初始投資等。
工程設(shè)計全局尋優(yōu)
從項目的規(guī)劃、設(shè)備選型到工程設(shè)計，風電項目開發(fā)的每一個環(huán)節(jié)都與度電成本息息相關(guān)，也在極大程度地影響著開發(fā)商的內(nèi)部收益率。因此，市場形勢要求項目前期必須對項目度電成本進行精細化測算，包括發(fā)電量、建設(shè)成本與運維成本等。GOLDFARM圍繞著降低度電成本（LCOE）為核心目標，從風電整場排布方案優(yōu)選中嵌入了工程設(shè)計的環(huán)節(jié)，針對于每一版本機位點排布，都進行最優(yōu)的道路設(shè)計、最短線路設(shè)計，以及工程成本優(yōu)化，最終實現(xiàn)全局經(jīng)濟效益最優(yōu)的結(jié)果。
與多家知名設(shè)計院及科技公司合作，金風科技力求實現(xiàn)風電場的自動化設(shè)計，以軟件化取代 70%設(shè)計重復(fù)性、機械性的標準化圖紙?zhí)子煤腿斯ぶ茍D的工作，實現(xiàn)可行性研究報告、初步設(shè)計報告、施工圖設(shè)計，通過簡潔人性化的軟件操作界面，僅輸入少量工程參數(shù)即可完成一鍵式成品出圖，并達到 90%工程質(zhì)量要求。
經(jīng)過二十余載的探索和積累，金風科技更懂風、更能把握風資源。在大基地項目再次迎來建設(shè)高潮的今天，金風科技將憑借數(shù)字化技術(shù)手段，為客戶提供更精準的數(shù)據(jù)支撐，為風電大基地建設(shè)保駕護航。
