题外话:这篇文章至少放了四个月了,实在是太忙了,但是答应别人的事情含泪也要兑现 。。。大家关于风电方面让我写一写的,可以给我留言,这样动力也比较足一些。
这几年山地低风速项目越来越多,有很多风况条件也是异常复杂,给大家在风资源分析、风电场规划、后评估等等提出了很多的新课题、新挑战,往期也有一些文章有所分析,比如“风资源大求真:什么地儿刮什么风”,“换一个视角看风电场微观选址”,“一个巨型复杂山地风电场群带来的启示”等。
有个现象
今天讲一个比较细节的问题,简而言之就是低风速项目高风速区间湍流曲线上翘。我们今天讨论的这一现象,归纳一下有如下几个特征:
(1)年平均风速多在6.5m/s以下;
(2)风频集中在5m/s-12m/s,15m/s以上风速段风频小于5%;
(3)湍流值在10m/s左右开始,有风速段的湍流超过IEC 61400-1标准A类或B类包络线
(4)地形植被较为复杂,多为山地地形
如下图,为一个比较厉害的高风速段湍流大于IEC标准包络线的测风塔数据,
湍流强度在15m/s时的代表值/特征值大于IEC B类,导致可能疲劳载荷超过设计要求而选择安全等级更高的机组,但是由于是低风速项目15m/s风速段的风频并不太高,可能不能很准确的得出实际机组运行状态下的疲劳载荷,这时候遇到这种湍流曲线,为了进一步精确的计算疲劳载荷,有些机组厂家采用风速-湍流矩阵来计算疲劳载荷,有些厂家并不这么做,无论是何种做法,可能会导致两种不利的结局:
(1)由于为低风速项目,选择安全等级较高的机组,这样在实际运行中可能会导致发电量的损失,进而影响项目收益;
(2)为了救活项目,业主方可能要求机组厂家担保较高的发电量;为保障运行期发更高的电,某些机组厂家铤而走险使用载荷并不符合安全要求的机组,传动链、叶片、塔架基础出现问题。
举一个例子
下图是某低风速项目测风塔实测条件下,对数据进行统计分析得出的湍流曲线,很明显的上翘,而且幅度还特别大,这一下子就难倒了大家,如此高的湍流怎么选机型呀?!
苦(ling)思(guang)冥(yi)想(xian)之后,追溯测风塔湍流异常增大同期的天气情况,就找到端倪了,根据天气预报显示,这段时间出现了雷雨、阵雨、暴雨、大雨,结合这里的气候特征,基本上可以判定测风塔这一时期遇到了较强的对流天气,不稳定的气流加上复杂地形,进而导致了湍流的增加,同时还发现在雷雨期间,强烈的电磁干扰(EMI),也导致测风塔数据出现Spike现象。
至此,这种低风速风电场的高风速段的湍流增加,主要是因为出现了极端的天气状况,同时因为雷电对测风塔传感器和记录仪产生了电磁干扰,基于同期天气和测风塔数据特征,进一步对数据进行了清理、订正,得到了如下的湍流曲线。
事情至此,实际大家可以松一口气了,这个风电场湍流强度还是在B类一下,可以选择发电性能更好的机组。但是,不能掉以轻心的是,这个风电场存在极端天气现象,应选择机组气候适应性更好、控制策略更优的机组,同时,对雷电的防护也是非常重要的。
小结一下
为了避免上述不利情况的出现,实际上可以把工作做得更细一些,有些情况下湍流上翘并非会影响疲劳载荷,而是某些极端天气下导致的偶发事件。我们通过一些实际项目上的分析,追溯湍流出现异常增大事件段同期的天气状态,发现其增大是测风当期出现了极端的天气影响导致了湍流增加。
如果是由于偶发的天气原因,这时候就不能按照疲劳载荷来考虑机组安全性了,更多的是要考虑极限载荷、以及机组在这种极端天气下的适应性的问题了。
测风绝对是一个风电场最重要的基础,对测风数据的收集和分析,必须细致且有责任心。同时,不仅要分析数据的外在表现,也应该发现一些疑点问题的时候善于找到根因。比如,追溯历史天气,搞清测风塔在野外都经历了什么状况,这些状况一定会在测风数据上有所反应。
本文拖得时间长,写得比较仓促,有不全面的的地方,欢迎大家讨论、指导。