運達股份潘航平：大型風電基地運行尾流評估及其對大基地開發的啟示

2023年10月16日-20日，2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構筑全球穩定供應鏈 共建能源轉型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“全球風電產業布局及供應鏈安全”“雙碳時代下的風電技術發展前景”“國際風電市場發展動態及投資機會”“風電機組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見App全程直播本次大會。

10月17日上午，運達股份潘航平在“風資源技術論壇上”發表了題目為《大型風電基地運行尾流評估及其對大基地開發的啟示》的主旨發言。

以下為演講全文：

各位領導同仁上午好，我是潘航平。今天有幸和大家分享《大型風電基地運行尾流評估及其對大基地開發的啟示》，演講從五個方面展開。

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

根據水規總院今年上半年剛剛發布2022年中國可再生能源發展報告中指出，三北發揮區位資源的優勢，這個是當前大基地開發的現狀。

做大基地的開發，免不了要對基地的尾流進行評估。這里我引用華潤譚總分享過的一篇報告，這是中部平原的項目，主風向是南北風，當行間距超過20米，尾流的影響非常小。然而這個風場的實際運行狀況顯示，行間距超過30米仍然有非常嚴重的尾流損失，后排的尾流損失將會逐漸的增大。

下一步是軟件中所用的尾流模型，以pack模型為代表的模型，仍然是當前主流商業軟件中首選模型，部分商業軟件疊加其他的尾流形式，以考慮對機組的影響。剛剛朱總講到他們的尾流疊加模型，也是幾何疊加的形式。大規模蜂巢尾流模型風電機組不僅僅是對風況做出反應，同時也是風況的部分，由于風電機組從空氣中獲取動力，它就會受到干擾。

分為四步，場區進行求解、邊界層擴散、邊界層修正、尾流損失計算。從公式當中可以看出，場區等效粗糙度直接取決于風機輪轂高度和排列間距、水平間距等等。

從邊緣層高度計算當中可以看出，直接取決于風電機組到邊界的距離。這幾個關鍵參數會講到為什么這么關鍵？它對這個模型的影響是什么？以這張圖為例，項目展示三個參數，包括平行主方向的間距SD、SC，另外以某一個風機為例SBL關鍵的參數。

拿到新的模型后，自然而然會對模型做精度的驗證。驗證的案例是丹麥海上風電場，比較出名的是這兩張照片（PPT），可以說是風電行業當中傳播非常廣泛的照片，這個風場是非常規則8×10，由于排布非常規則，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證。

我們從多篇文章當中取案例，包括不同的風速和不同風向下，有針對風速和功率。從7個表格當中可以看出，常規的模型無法模擬出風電機組排多，下游增大的情況，大型風場尾流模型可以模擬出這樣的效果。根據這樣的模擬結果可以得出來一個結論，大蜂巢尾流模型能夠在規則排布的情況下，可以為規則排布的大型風電項目模擬提供一定的參考。

但是蜂巢是非常規則的排布，而我國實際風電場項目很難達到規則排布的效果。接下來看一下大規模蜂巢尾流模型實際的情況。

第一個案例是我國的西北地區，這個項目排布400多臺機組，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，隨著西北方向風電場逐漸的擴建，導致東南機組發電量遠低于初設值，在場區內立兩座雷達做評估。其中雷達有兩個，紅色的點位于場區的中間，可以說受尾流影響非常深，藍色的雷達2距離機組非常遠，可以認為不受場區的尾流影響。

以雷達2為參考，雷達1做雷達之間的推算，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，風向都集中在292度風向數據做推算。推算的結果大家也可以看到，Pack模型低估了尾流的效應，大規模尾流模型可以模擬出效果，風速誤差也是非常小的，尤其是風機常用的輪轂高度誤差非常小。

第二個是我國華北地區的項目，項目分三期進行開發。一期機組是東邊紅色區域，二期機組是綠色區域，三期機組是藍色區域。其中一期細分為三種機型，容量也比較小，綠色是機型2，藍色的是機型3。

其中，項目一期已經并網發電，二期、三期還沒有并網發電，從效果來看機型1是小機型，常規的經驗是不是小機型小時數大于這個？但實際上不是這樣，反而是機型2小時數比機型1要高，低估了下面的效應，我們通過做模擬分析看到，大蜂巢算出來的小時數和實際的小時數非常接近。

機型1為什么低？因為尾流損失被低估，它的尾流損失達到9%以上。再從各個機位點詳細尾流損失的圖來看，能夠看到機型1所有的尾流損失差距都是負數，初設尾流損失都是被低估的。

但是細看，大規模蜂巢尾流模型不是萬能的，對于圖中所示的區域和實際運行不符合。以這三臺機組為例，12、13、14機組，實際運行的情況表明，13機位點發電量要遠低于預測值，發現13上的3.6D處就有一個機組，12離前排機組的距離比較遠。從我們的經驗分析來看，13的發電量要最低才對，而模型預測出來的結果并沒有預測出13低，主要是因為大蜂巢尾流模型所導致。因為我們要考慮目標機位點在主方向上游，距離風場邊界的距離，對于13、14兩個點位來說差不多的，所以在自然流修正階段，就會把這兩個修正到同一水平。

又由于尾流疊加模型，只考慮到上方向最接近的機組，由此導致這兩臺機組尾流后的風速會被修正后同一水平，所以13、14沒有預測出實際，這也是模型原理導致的結果。

項目分一期、二期、三期開發，如果把這三期都投運的情況下與一期做對比，可以發現僅針對一期80臺機組來看，它的尾流損失會進一步增大0.5%以上，由此導致一期的發電量會降低0.5%，所以這也是給我們一個啟示，多開發會考慮后面對前面發電量損失的影響。

結論與展望，從大規模風場模型、宣傳和原理來講一下，常規的尾流模型它對大規模尾流模型是失真的。而大規模風場尾流模型是較為可靠的模型，能夠符合整場的情況，但是這個模型對個別點位的精度和預測不是那么貼切。

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

最后大基地開發的啟示，充分考慮周邊風場帶來的尾流影響，減少尾流損失。對于規則排布的大基地項目，不建議用常規的工程尾流模型評估，雖然說這個模型評估的電量很客觀，但不建議用常規的模型去做。我們也對模型進行相應的展望，這也是后續的工作。

各個尾流模型明確的適用邊界是什么？這也是很多風資源的工程師在思考的問題，什么樣的風場用pack模型就可以了？什么樣的風場用pack疊加能量守恒模型？還有什么樣風場必須要用大規模風場尾流模型？各個模型適用邊界是什么？希望行業內出具相應的指導準則給工程師參考。

大規模風場尾流模型參考范圍和標準是什么？邊框之間的連接線怎么連接合適？邊框與各機位點的間距取多少合適？什么樣的機位點不應該被框進去？這樣的機位點風場框選完全交給工程師個人的經驗，會導致后面的結果不同，我希望行業內能夠出具相應的規范指導我們去做相應的評估。

大型風場的尾流評估，對于非規則排布的適用性怎么樣？如果適用性不好如何優化？

大型風電基地引發的揣流強度增大效應，該如何耦合斤大規模風電場尾流模型？

我今天分享的內容就是這些，謝謝。

（根據演講速記整理，未經演講人審核）