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運(yùn)達(dá)股份潘航平:大型風(fēng)電基地運(yùn)行尾流評(píng)估及其對(duì)大基地開發(fā)的啟示

2023-10-18 來源:能見APP 瀏覽數(shù):393

10月17日上午,運(yùn)達(dá)股份潘航平在“風(fēng)資源技術(shù)論壇上”發(fā)表了題目為《大型風(fēng)電基地運(yùn)行尾流評(píng)估及其對(duì)大基地開發(fā)的啟示》的主旨發(fā)言。

2023年10月16日-20日,2023北京國際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)(CWP2023)在北京如約召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會(huì)之一,這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì),再次登陸北京,聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會(huì)以“構(gòu)筑全球穩(wěn)定供應(yīng)鏈 共建能源轉(zhuǎn)型新未來”為主題,將歷時(shí)四天,包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對(duì)話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)布局及供應(yīng)鏈安全”“雙碳時(shí)代下的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展前景”“國際風(fēng)電市場發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“風(fēng)電機(jī)組可靠性論壇”等不同主題的21個(gè)分論壇。能見App全程直播本次大會(huì)。

10月17日上午,運(yùn)達(dá)股份潘航平在“風(fēng)資源技術(shù)論壇上”發(fā)表了題目為《大型風(fēng)電基地運(yùn)行尾流評(píng)估及其對(duì)大基地開發(fā)的啟示》的主旨發(fā)言。

以下為演講全文:

各位領(lǐng)導(dǎo)同仁上午好,我是潘航平。今天有幸和大家分享《大型風(fēng)電基地運(yùn)行尾流評(píng)估及其對(duì)大基地開發(fā)的啟示》,演講從五個(gè)方面展開。

首先是背景介紹,大家對(duì)宏觀的政策背景比我更加了解,國家能源局頒布的“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃中提出,我們要以重大基地開發(fā)支撐發(fā)展,作為“十四五”期間可再生能源發(fā)展的規(guī)劃。主要的任務(wù)是要大力推進(jìn)風(fēng)電和光伏發(fā)電基地化的開發(fā),為此國家也是規(guī)劃七大陸上新能源發(fā)電基地。

根據(jù)水規(guī)總院今年上半年剛剛發(fā)布2022年中國可再生能源發(fā)展報(bào)告中指出,三北發(fā)揮區(qū)位資源的優(yōu)勢(shì),這個(gè)是當(dāng)前大基地開發(fā)的現(xiàn)狀。

做大基地的開發(fā),免不了要對(duì)基地的尾流進(jìn)行評(píng)估。這里我引用華潤譚總分享過的一篇報(bào)告,這是中部平原的項(xiàng)目,主風(fēng)向是南北風(fēng),當(dāng)行間距超過20米,尾流的影響非常小。然而這個(gè)風(fēng)場的實(shí)際運(yùn)行狀況顯示,行間距超過30米仍然有非常嚴(yán)重的尾流損失,后排的尾流損失將會(huì)逐漸的增大。

下一步是軟件中所用的尾流模型,以pack模型為代表的模型,仍然是當(dāng)前主流商業(yè)軟件中首選模型,部分商業(yè)軟件疊加其他的尾流形式,以考慮對(duì)機(jī)組的影響。剛剛朱總講到他們的尾流疊加模型,也是幾何疊加的形式。大規(guī)模蜂巢尾流模型風(fēng)電機(jī)組不僅僅是對(duì)風(fēng)況做出反應(yīng),同時(shí)也是風(fēng)況的部分,由于風(fēng)電機(jī)組從空氣中獲取動(dòng)力,它就會(huì)受到干擾。

分為四步,場區(qū)進(jìn)行求解、邊界層擴(kuò)散、邊界層修正、尾流損失計(jì)算。從公式當(dāng)中可以看出,場區(qū)等效粗糙度直接取決于風(fēng)機(jī)輪轂高度和排列間距、水平間距等等。

從邊緣層高度計(jì)算當(dāng)中可以看出,直接取決于風(fēng)電機(jī)組到邊界的距離。這幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)會(huì)講到為什么這么關(guān)鍵?它對(duì)這個(gè)模型的影響是什么?以這張圖為例,項(xiàng)目展示三個(gè)參數(shù),包括平行主方向的間距SD、SC,另外以某一個(gè)風(fēng)機(jī)為例SBL關(guān)鍵的參數(shù)。

拿到新的模型后,自然而然會(huì)對(duì)模型做精度的驗(yàn)證。驗(yàn)證的案例是丹麥海上風(fēng)電場,比較出名的是這兩張照片(PPT),可以說是風(fēng)電行業(yè)當(dāng)中傳播非常廣泛的照片,這個(gè)風(fēng)場是非常規(guī)則8×10,由于排布非常規(guī)則,所以也是做尾流研究非常好的案例,方向選取270度以及220度作為尾流損失的驗(yàn)證。

我們從多篇文章當(dāng)中取案例,包括不同的風(fēng)速和不同風(fēng)向下,有針對(duì)風(fēng)速和功率。從7個(gè)表格當(dāng)中可以看出,常規(guī)的模型無法模擬出風(fēng)電機(jī)組排多,下游增大的情況,大型風(fēng)場尾流模型可以模擬出這樣的效果。根據(jù)這樣的模擬結(jié)果可以得出來一個(gè)結(jié)論,大蜂巢尾流模型能夠在規(guī)則排布的情況下,可以為規(guī)則排布的大型風(fēng)電項(xiàng)目模擬提供一定的參考。

但是蜂巢是非常規(guī)則的排布,而我國實(shí)際風(fēng)電場項(xiàng)目很難達(dá)到規(guī)則排布的效果。接下來看一下大規(guī)模蜂巢尾流模型實(shí)際的情況。

第一個(gè)案例是我國的西北地區(qū),這個(gè)項(xiàng)目排布400多臺(tái)機(jī)組,地貌類型是戈壁荒漠,平均海拔是2830米-3000米,主方向是西峰到西北風(fēng),隨著西北方向風(fēng)電場逐漸的擴(kuò)建,導(dǎo)致東南機(jī)組發(fā)電量遠(yuǎn)低于初設(shè)值,在場區(qū)內(nèi)立兩座雷達(dá)做評(píng)估。其中雷達(dá)有兩個(gè),紅色的點(diǎn)位于場區(qū)的中間,可以說受尾流影響非常深,藍(lán)色的雷達(dá)2距離機(jī)組非常遠(yuǎn),可以認(rèn)為不受場區(qū)的尾流影響。

以雷達(dá)2為參考,雷達(dá)1做雷達(dá)之間的推算,以互推去做,分別用pack和大蜂巢尾流模型推算,并且要求的是篩選出兩座雷達(dá),風(fēng)向都集中在292度風(fēng)向數(shù)據(jù)做推算。推算的結(jié)果大家也可以看到,Pack模型低估了尾流的效應(yīng),大規(guī)模尾流模型可以模擬出效果,風(fēng)速誤差也是非常小的,尤其是風(fēng)機(jī)常用的輪轂高度誤差非常小。

第二個(gè)是我國華北地區(qū)的項(xiàng)目,項(xiàng)目分三期進(jìn)行開發(fā)。一期機(jī)組是東邊紅色區(qū)域,二期機(jī)組是綠色區(qū)域,三期機(jī)組是藍(lán)色區(qū)域。其中一期細(xì)分為三種機(jī)型,容量也比較小,綠色是機(jī)型2,藍(lán)色的是機(jī)型3。

其中,項(xiàng)目一期已經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電,二期、三期還沒有并網(wǎng)發(fā)電,從效果來看機(jī)型1是小機(jī)型,常規(guī)的經(jīng)驗(yàn)是不是小機(jī)型小時(shí)數(shù)大于這個(gè)?但實(shí)際上不是這樣,反而是機(jī)型2小時(shí)數(shù)比機(jī)型1要高,低估了下面的效應(yīng),我們通過做模擬分析看到,大蜂巢算出來的小時(shí)數(shù)和實(shí)際的小時(shí)數(shù)非常接近。

機(jī)型1為什么低?因?yàn)槲擦鲹p失被低估,它的尾流損失達(dá)到9%以上。再從各個(gè)機(jī)位點(diǎn)詳細(xì)尾流損失的圖來看,能夠看到機(jī)型1所有的尾流損失差距都是負(fù)數(shù),初設(shè)尾流損失都是被低估的。

但是細(xì)看,大規(guī)模蜂巢尾流模型不是萬能的,對(duì)于圖中所示的區(qū)域和實(shí)際運(yùn)行不符合。以這三臺(tái)機(jī)組為例,12、13、14機(jī)組,實(shí)際運(yùn)行的情況表明,13機(jī)位點(diǎn)發(fā)電量要遠(yuǎn)低于預(yù)測(cè)值,發(fā)現(xiàn)13上的3.6D處就有一個(gè)機(jī)組,12離前排機(jī)組的距離比較遠(yuǎn)。從我們的經(jīng)驗(yàn)分析來看,13的發(fā)電量要最低才對(duì),而模型預(yù)測(cè)出來的結(jié)果并沒有預(yù)測(cè)出13低,主要是因?yàn)榇蠓涑参擦髂P退鶎?dǎo)致。因?yàn)槲覀円紤]目標(biāo)機(jī)位點(diǎn)在主方向上游,距離風(fēng)場邊界的距離,對(duì)于13、14兩個(gè)點(diǎn)位來說差不多的,所以在自然流修正階段,就會(huì)把這兩個(gè)修正到同一水平。

又由于尾流疊加模型,只考慮到上方向最接近的機(jī)組,由此導(dǎo)致這兩臺(tái)機(jī)組尾流后的風(fēng)速會(huì)被修正后同一水平,所以13、14沒有預(yù)測(cè)出實(shí)際,這也是模型原理導(dǎo)致的結(jié)果。

項(xiàng)目分一期、二期、三期開發(fā),如果把這三期都投運(yùn)的情況下與一期做對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn)僅針對(duì)一期80臺(tái)機(jī)組來看,它的尾流損失會(huì)進(jìn)一步增大0.5%以上,由此導(dǎo)致一期的發(fā)電量會(huì)降低0.5%,所以這也是給我們一個(gè)啟示,多開發(fā)會(huì)考慮后面對(duì)前面發(fā)電量損失的影響。

結(jié)論與展望,從大規(guī)模風(fēng)場模型、宣傳和原理來講一下,常規(guī)的尾流模型它對(duì)大規(guī)模尾流模型是失真的。而大規(guī)模風(fēng)場尾流模型是較為可靠的模型,能夠符合整場的情況,但是這個(gè)模型對(duì)個(gè)別點(diǎn)位的精度和預(yù)測(cè)不是那么貼切。

模型原理,主要是考慮機(jī)組之間的橫縱間距,可以更加適合規(guī)則排布的大型風(fēng)電基地,又由于模型考慮到機(jī)組邊界的距離,因此邊界如何框定會(huì)直接影響到評(píng)估結(jié)果。需要考慮場區(qū)的高度和地表粗糙度,這些取值也會(huì)影響到評(píng)估結(jié)果。

最后大基地開發(fā)的啟示,充分考慮周邊風(fēng)場帶來的尾流影響,減少尾流損失。對(duì)于規(guī)則排布的大基地項(xiàng)目,不建議用常規(guī)的工程尾流模型評(píng)估,雖然說這個(gè)模型評(píng)估的電量很客觀,但不建議用常規(guī)的模型去做。我們也對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)的展望,這也是后續(xù)的工作。

各個(gè)尾流模型明確的適用邊界是什么?這也是很多風(fēng)資源的工程師在思考的問題,什么樣的風(fēng)場用pack模型就可以了?什么樣的風(fēng)場用pack疊加能量守恒模型?還有什么樣風(fēng)場必須要用大規(guī)模風(fēng)場尾流模型?各個(gè)模型適用邊界是什么?希望行業(yè)內(nèi)出具相應(yīng)的指導(dǎo)準(zhǔn)則給工程師參考。

大規(guī)模風(fēng)場尾流模型參考范圍和標(biāo)準(zhǔn)是什么?邊框之間的連接線怎么連接合適?邊框與各機(jī)位點(diǎn)的間距取多少合適?什么樣的機(jī)位點(diǎn)不應(yīng)該被框進(jìn)去?這樣的機(jī)位點(diǎn)風(fēng)場框選完全交給工程師個(gè)人的經(jīng)驗(yàn),會(huì)導(dǎo)致后面的結(jié)果不同,我希望行業(yè)內(nèi)能夠出具相應(yīng)的規(guī)范指導(dǎo)我們?nèi)プ鱿鄳?yīng)的評(píng)估。

大型風(fēng)場的尾流評(píng)估,對(duì)于非規(guī)則排布的適用性怎么樣?如果適用性不好如何優(yōu)化?

大型風(fēng)電基地引發(fā)的揣流強(qiáng)度增大效應(yīng),該如何耦合斤大規(guī)模風(fēng)電場尾流模型?

我今天分享的內(nèi)容就是這些,謝謝。

(根據(jù)演講速記整理,未經(jīng)演講人審核)


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