數(shù)字化三維風(fēng)電場設(shè)計(jì)產(chǎn)品如何在國內(nèi)首個(gè)“風(fēng)電大基地”顯神通？

• 2019年7月4日 YaoEnHua來源：國際新能源網(wǎng) 1060 67
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塞罕壩，蒙語中意為“美麗的地方”。國內(nèi)首個(gè)“風(fēng)電大基地”在這里催生。如今，隨著政策回暖，跨區(qū)域遠(yuǎn)距離高壓通道輸送建設(shè)，風(fēng)電外送及消納問題逐步解決，大基地項(xiàng)目再次迎來建設(shè)高潮。與此同時(shí)，大基地項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中遇到的各種新情況也給建設(shè)者們提出

塞罕壩，蒙語中意為“美麗的地方”。國內(nèi)首個(gè)“風(fēng)電大基地”在這里催生。如今，隨著政策回暖，跨區(qū)域遠(yuǎn)距離高壓通道輸送建設(shè)，風(fēng)電外送及消納問題逐步解決，大基地項(xiàng)目再次迎來建設(shè)高潮。與此同時(shí)，大基地項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)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(jì)的難點(diǎn)

地理范圍大、局部地形復(fù)雜，限制因素較多，各細(xì)分區(qū)域風(fēng)資源情況差異大;

未確定開發(fā)主體的項(xiàng)目缺乏前期測風(fēng)數(shù)據(jù);

整場機(jī)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(fēng)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(jì)周期長，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式難以達(dá)到全局最優(yōu)。

如此龐大、復(fù)雜的風(fēng)電項(xiàng)目，如何進(jìn)行科學(xué)的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，以達(dá)到方案最優(yōu)，對于任何開發(fā)團(tuán)隊(duì)來說都是巨大的課題。

針對這些“疑難雜癥”，金風(fēng)科技依托多年、多專業(yè)，包括在測風(fēng)、仿真模型、方案設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)等方面縱向深入的技術(shù)積累，以GoldFarm三維數(shù)字化風(fēng)電場規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)為一體化載體，打通前后臺(tái)的需求和技術(shù)，進(jìn)行大基地精細(xì)化規(guī)劃設(shè)計(jì)，層層尋優(yōu)，快速迭代，求解大基地項(xiàng)目全生命周期LCOE最優(yōu)。

項(xiàng)目風(fēng)資源的精準(zhǔn)把控

精細(xì)化測風(fēng)輸入

項(xiàng)目風(fēng)資源評估的準(zhǔn)確程度，直接影響度電成本測算的精度，大基地測風(fēng)工作又往往存在場區(qū)內(nèi)無測風(fēng)塔、測風(fēng)塔代表不足、測風(fēng)時(shí)段短和數(shù)據(jù)質(zhì)量差等問題。

為解決精細(xì)化測風(fēng)數(shù)據(jù)的輸入問題，金風(fēng)科技開發(fā)了GoldWRF虛擬測風(fēng)塔解決方案，讓項(xiàng)目風(fēng)資源情況盡收眼底。

GoldWRF虛擬測風(fēng)塔技術(shù)是在精細(xì)地形、數(shù)據(jù)同化、參數(shù)化方案、集合預(yù)報(bào)、后處理算法5種技術(shù)上的迭代更新。通過金風(fēng)科技21年共2194座氣象站數(shù)據(jù)，6000多座測風(fēng)塔數(shù)據(jù)，28000多臺(tái)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)的迭代校正，GoldWRF模式的準(zhǔn)確性一直處于市場領(lǐng)先地位。

經(jīng)多個(gè)項(xiàng)目應(yīng)用反饋，GoldWRF虛擬測風(fēng)塔在平原上的平均風(fēng)速偏差不超過0.2m/s(超越概率P84)，山地項(xiàng)目不超過0.3m/s(超越概率P84)，復(fù)雜項(xiàng)目不超過0.4m/s(超越概率P75)。

無論是測風(fēng)不足完整年，還是場區(qū)特定點(diǎn)分析，GoldWRF都可定制化完成高精準(zhǔn)度中尺度分析，輸出可用于風(fēng)資源分析的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，為大基地區(qū)域大范圍精準(zhǔn)資源評估提供高效準(zhǔn)確的支持。

風(fēng)資源精細(xì)化評估，更精準(zhǔn)的尾流計(jì)算

常規(guī)的流體仿真商業(yè)軟件，受限于計(jì)算資源和欠缺對風(fēng)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(fēng)資源計(jì)算的精度。GoldFarm的風(fēng)資源評估模塊兼容WT流體方針成果，并能夠與金風(fēng)自主知識產(chǎn)權(quán)的GoldFOAM進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?014年，金風(fēng)科技就開始進(jìn)行精準(zhǔn)風(fēng)場風(fēng)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(zhǔn)干預(yù)和經(jīng)驗(yàn)控制，風(fēng)資源工程師也擁有了更大自主權(quán)。

對于大基地項(xiàng)目，平坦地形的大規(guī)模風(fēng)機(jī)排布，尾流影響預(yù)估不足是發(fā)電量難以評估準(zhǔn)確的重要因素?，F(xiàn)行商業(yè)軟件通常采用半經(jīng)驗(yàn)公式方法(例如Park模型)評估尾流，其優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算速度快，缺點(diǎn)是應(yīng)用于多排的平原風(fēng)電場時(shí)會(huì)嚴(yán)重低估尾流損失，可能直接導(dǎo)致發(fā)電量計(jì)算不準(zhǔn)確，也可能影響機(jī)組正常運(yùn)行。

為此，金風(fēng)科技引入致動(dòng)盤(ADM)方法。ADM是通過使用體積力代替葉片的影響獲得風(fēng)力機(jī)周圍流場信息，從而評估風(fēng)機(jī)尾流影響的一種方法。相比傳統(tǒng)的半經(jīng)驗(yàn)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(jì)算資源和效率。金風(fēng)科技開發(fā)的GoldwindDiskSource致動(dòng)盤模型，解決了目前廣泛使用的致動(dòng)盤模型不適用于風(fēng)電場尾流計(jì)算的問題，GoldwindDiskSource可根據(jù)風(fēng)機(jī)功率曲線動(dòng)態(tài)判斷推力系數(shù)和功率系數(shù)，實(shí)現(xiàn)流場與風(fēng)機(jī)的雙向耦合。

致動(dòng)盤尾流模型基于GoldFOAM平臺(tái)，在超算中心進(jìn)行計(jì)算，沒有計(jì)算資源的限制，網(wǎng)格總數(shù)可超過5.5億，機(jī)位點(diǎn)處加密網(wǎng)格尺寸小于2m，即風(fēng)機(jī)周圍2m尺度的最小的氣流情況都能捕捉到，同時(shí)考慮風(fēng)機(jī)、地形、風(fēng)場的相互作用，保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

高收益機(jī)型匹配與排布方案定制化設(shè)計(jì)

大基地項(xiàng)目開發(fā)規(guī)模巨大，各機(jī)位點(diǎn)風(fēng)資源差異性明顯，甚至單一機(jī)位點(diǎn)不同扇區(qū)風(fēng)資源也存在較大的差異性，傳統(tǒng)單一機(jī)型的風(fēng)電場設(shè)計(jì)方式已經(jīng)無法適用。局部風(fēng)資源的差異化，要求風(fēng)電場中安裝的風(fēng)電機(jī)組必須實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)置(個(gè)性化的大部件、個(gè)性化的控制策略等)，因此需要進(jìn)行機(jī)型的逐點(diǎn)位匹配及整場排布方案的優(yōu)選。

首先是風(fēng)電機(jī)組選型的個(gè)性化。大基地的風(fēng)電機(jī)組如何科學(xué)且經(jīng)濟(jì)地選型，是一個(gè)棘手的問題。不同的機(jī)型、塔筒組合有非常多的組合方案。另外，大基地項(xiàng)目可以擁有非常多的影響因素，如機(jī)型平臺(tái)、額定功率，全場容量，機(jī)組數(shù)量、輪轂高度等等，加之不同的目標(biāo)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(biāo)進(jìn)行組合，可以得到非常多種的場景。

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