当前位置: 新能源网 » 人物 » 风电人物 » 正文

金风科技高级工程师胥昂:平价时代的风资源创新技术与解决方案

日期:2019-08-02    来源:金风科技微平台

国际新能源网

2019
08/02
16:53

关键词: 金风科技 风电平价上网 风电场

  在2019年7月10日举行的“风电平价上网与大基地建设研讨会”上,新疆金风科技股份有限公司(下称“金风科技”)风资源大基地项目负责人、高级工程师胥昂带来的“平价时代的风资源创新技术与解决方案”主题分享。
  
  今年年初金风科技后评估团队对整个东北区域由金风运行的风电场,做了一个全方位现场调研。我们选取了一个有两个值得我们关注的特点的项目,为大家简单介绍一下。第一点是低温,提到东北大家都知道气温比较冷,我们来看一下风电场它到底冷到什么程度?该风电场从2008年开始到现在运行的已经超过十年时间,在十年的时间里每一年的最低温度基本上都接近或者超过零下20度。另一个比较有意思的情况,就是故障率与低温的对比,可以发现机组整体故障率较高的1月和12月,恰恰是风电场温度最低的两个月。可以发现,东北地区低温条件对于风电机组的运行稳定性,是存在一定影响的。
  可喜的是这些风电场从可用率来讲,运行的还是非常平稳的。近十年,我们风电场所有机组的可利用率整体超过了95%,特别是最后这五年里,实现了可利用率的不降反升。在这样的前提下,更可喜的是风电场功率曲线的表现,在2019年上半年的功率曲线符合度依然超过了百分之百,也就是说风电场实际运行的功率曲线,比设计的还要好。对于风资源工作者来讲,我们要设计的目标不仅仅是发电量高的风电场,而是能够长期稳定运行10年、20年甚至30年的风电场。接下来我们一切的分析工作都会围绕这个主题来展开。要想设计一个长期稳定运行的风电场,第一点我们要了解它的风资源情况。接下来我们来看一下东北整体的风资源情况。从地形的角度来看,东北地区的特点非常明显,西北方向的大兴安岭以及又向东南方向的长白山按两条山脉形成了一条非常自然的风通道,再加之东北中部的辽河平原、松嫩平原甚整地形又非常平坦,风资源条件基本是处于一个风加速通道之内。需要注意的一点是,在风加速通道的最尽头,小兴安岭的出现使通道出现了一定程度的阻塞,但是小兴安岭又和东南方向的长白山脉之间形成一个狭口,就是在鹤岗市周边。所以说从整体的地形的角度来讲,东北地区的地形实际上是始终处于狭口加速地形的条件下。从分布来讲,可以说东北地区资源比较优秀的地方集中在辽宁北部、吉林的北部和中部以及黑龙江的西部和东部这些地区。综上,由于加速地形的存在,东北区域的风资源条件是非常好的,具体好到什么程度呢?在2019年第一批平价上网项目中,仅黑龙江省就申报了678万千瓦的平价上网容量,是全国范围内响应平价上网最积极的一个省份。其中只批复了100万千瓦,还有578万千瓦待通过。这些申报的、批复的和未批复的项目,主要集中在两个地方:第一个就是黑龙江的齐齐哈尔、大庆市的周边;第二个是集中在黑龙江东部的鹤岗市周边。齐齐哈尔市由于整体的地形条件比较平坦,所以风速分布也比较均匀,整体增速介于6米到7米之间。而鹤岗市处于小兴安岭的末端以及长白山脉之间的一个峡谷加速地形,西部是山区,东部是平原,东部平原由于峡口效应,风资源条件要比西部山区更好。我们重点看一下齐齐哈尔地区典型的风资源特点,这个地方的风资源特点实际上在整个东北地区都非常有代表性,第一个就是风切变会非常大,在这种前提下,明显更适合采用高塔架来进行设计,而当地的风频分布可以说是非常标准的威布尔,低频高频的风速占比都非常标准。同时由于大兴安岭对西北强冷空气气流的遮挡作用,导致东北地区并不存在超高的风速条件,地区50年一遇的最大和极大风速也都是处于标准水平,这样的风资源特点,对风电开发是非常有优势的。刚才展示的齐齐哈尔和鹤岗市的一些实际情况,除了这些地方东北地区可开发的资源还多吗?答案当然是肯定的。仅以黑龙江省为例,按照技经团队的一些反算后,初步判断黑龙江省平价条件下可开发容量将达到19849万千瓦。虽然我们看到了整体的开发条件非常好,但不得不注意案例里面提到低温带来的影响。从金风科技风资源的大数据库来看,东北地区最低的温度主要分布在大兴安岭长白山以及小兴安岭周边,极限低温会超过零下40、50度这样的水平。在风电开发比较集中的区域,像辽宁的北部,吉林的中部,黑龙江省西部等等这些区域普遍的极限低温在零下37度左右,对于风电开发来讲是可以接受的。低温带来一个很明显的影响就是冰冻,东北地区整体的冰冻条件在全国来说并不是非常高,集中在白城以及鹤岗市周边,主要由于松嫩平原和三江平原周边的水系比较发达,空气比较湿润,这些地区的冰冻条件相对来说在东北地区会比较严重一些,预计冰冻时长可能会在10天到20天之间。上面提到了东北地区整体的风资源的概况,可以看到发展空间还是非常巨大的。在这种前提下,对于风资源工作者来讲,需要把更多的焦点和精力放在降低计算和评估的不确定性上。目前整个行业的风资源链条存在有一些不确定性的问题。第一环节,测风管理是一个老生常谈的问题,已经困扰风资源行业很多年了,在仿真模拟这第二个环节和长期订正第三环节,实际上在以往的风资源评估阶段是处于被忽略的状态。现在随着平价时代的到来,在越来越接近收益率底线的前提下,这些问题逐渐开始暴露出来。我们也针对这些问题制定了一系列技术布局和解决方案。第四个环节是产品输入。是指风资源评估以及产品在各方面的一个结合,在以往更多的是我们设计出来一款产品,去寻找能够适应产品的风资源条件区域。但是现在不一样,需要产品通过定制化的方式主动适应场区条件。最后的经验难以迭代,实际上说的是目前的大多数国际标准,对中国的国情并不是非常匹配,对于我们来说的有一些东西需要依靠工程经验去判断,而经验的传承是非常困难的。针对以上的这些问题,我们看看东北地区一些典型的解决方案。第一个场景在东北地区是非常有代表性的。它是一个平价和基地性开发的项目,首先厂区内的侧门塔非常的少,其次如果要在场区里重新设立测风塔会严重拖慢整个项目的开发进度,最后一点如果我们去参考中尺度数据,这些数据的偏差会不会非常大?在这种场景下,金风科技给出了一整套关于测风阶段的解决方案,首先依托金风科技的大数据信息库来提取周边尽可能多的包括周边历史测风数据,甚至机组运行数据。得到这些数据后,我们把它输入到一个数字化平台,这个平台有一个非常直观的名称叫做虚拟测风塔技术。顾名思义它的目的就是根据一些输入条件,能够在目标区域产生虚拟的时间序列,用来做风资源的分析。既然是一个虚拟的测评数据,它跟实际的条件之间一定是有一些偏差的。我们怎么来修正?我们用激光雷达或者是补充测风塔来进行偏差的校正,这套组合方式最主要的目的就是实现更精准的评估结果。从这套体系来看,大数据信息库取决于一个资源团队自己本身的数据储积累,是客观条件。激光测风雷达包括测风塔的补充测风在行业内可以说是已经很成熟的一种手段,最核心的实际上就是虚拟测风塔技术,虚拟测风塔技术核心实际上是以气象评估的这种中尺度的技术方法,来推算风电场区的实际风资源条件。目前已经在全国很多的平价和竞价的基地化开发当中做实践应用,包括东北区域、在内蒙区域、青海区域等。应用的第一个特点是形成了定制化的风资源图谱,对于整体的资源情况哪里更好,哪里更差是一目了然的。第二个特点就是我们的偏差可以控制得非常好。虚拟测风塔技术跟实际的测风塔对比起来,偏差目前可以控制在0.1米到0.3米每秒之内,跟市面上常见的中尺度数据0.6米到1.2米这样一个偏差相比,基本上降低到了一个非常低的水平,可以提供更精准的评估方案。解决了测风数据的问题之后,接下来要解决的是方案设计的问题。在这个阶段还是进入场景,是北方某大型的风电基地,在基地规划当中遇到了四个问题,首先场区的限制因素非常的多,包括生态保护区等。第二个问题是面临非常不规则的区块,我们怎样做设计,机组之间的间距要保持多少才能达到最优的方案。第三个问题就是这些区块实际上是非常集中的,即使解决了某一块区域最优方案的问题,但是周边特别是上风向的风电场对我们依旧有影响。最后一个问题是在目前所有的竞价和平价规则里,从政府的角度都会要求风电场有技术先进性的这样一个考虑。如何通过智能化的设计来体现技术先进性?针对这些问题我们依然给出了一套系统化对设计阶段的组合方案。第一个方案限制因素自动识别。通过这些自动识别可以把限制因素输入到一个方案自动化设计的工具里面,工具设计完成之后,可以得出一个最优方案,在方案评估过程中利用我们一款定制化的尾流模型来评估风电场之间的尾流影响,最后把这些所有的技术整合到一个平台里面。这个平台就是我们GoldFarm平台,它既可以实现上面的一些设计功能,同时能做一个三维立体化的展示。接下来我们一个个来看,首先是地物识别技术,为了保证输入的实效性和清晰度,金风科技采用的地图是无人机的航拍地图或者是高精度的卫星影响地图。从哈尔滨地区的一个案例可以发现,目前对于民居的自动识别的能力还是非常强的,通过我们目前的统计,对民居的识别准确率可以达到95%,而对于风电场的运行机组识别准确率可以达到90%以上。得到了这些限制因素之后,我们可以对方案进行自动优化,一共分为两个部分:我们得到了一个追求最高发电量原则的自动排布方案后,会把它输入到优化平台,最终会根据风电场实际发电量,结合道路、线路建设等条件得出一个最优的方案。该方案追求的是平价条件下的内部收益率最优。在获得最优方案后,进入到风电场之间的尾流影响问题。在这里我们做了一个调研,由于市场上这些商业软件大部分都是利用经验公式来做评估,与实际运行的尾流偏差达到50%以上。所以我们通过各种各样的尝试,寻找到一个模型,最终找到的一种方式是致动盘尾流模型。从新疆某地平坦地形大型风电场来看,尾流偏差可以控制到10%以内。最后是上面提到的三维可视化的平台。它有两个优势:一是可以做一个三维可视化的呈现,把所有这些限制因素,包括高清地图以及风电机组道路线路都做出呈现。二是对所有设计方案进行优化,每调整一台机组,平台内的道路线路,包括建设成本的变化都是清晰可见。对于整体设计效率的提升非常明显。以某大型风电场应用为案例,首先从三维可视化平台可以看到每个机位的资源条件;其次可以看到整体的排布方案以及地表限制性因素情况;之后则是道路设计情况,可以精确到具体的道路公里数以及施工量;接下来是升压站;最后是线路设计情况,不仅仅能够做出公里数,甚至可以精确到每一根杆塔甚至转角塔的数量和整体的长度及造价。通过这样的平台,我们实现了技术先进性及智慧化设计理念。金风科技的目的是为客户设计一个能够运行10年20年甚至30年的风电场。在这个前提下,我们必然要对风电场建成投运之后整体情况做把控,在这里面我们开发了Resmart平台,它的主要任务就是持续的监测风电场的运行情况,看看跟我们设计的阶段目标有没有达到,达不到话通过哪些方式来改进。相信随着技术的不断进步,风电场仍然还有继续提升改造的空间,我通过这个平台可以实现风电场全生命周期的服务。金风科技目前针对平价、竞价以及大基地项目制定了一系列解决方案,依托于提前布局、提前实现的十大技术,形成了两个工具和两大平台。目前他们都已经被广泛地应用到市场上。为保障技术和平台的权威性、有效性,金风科技也跟包括国家科学院、中国气象局以及哈尔滨工业大学在内的很多权威机构合作,一起设计与制定技术、方法。只有一个很简单的目的,就是能够精准地分析每一个风电场的资源情况,给客户创造更多的盈利空间。
国际能源网微信公众号二维码

扫码关注
国际能源网
扫码关注
光伏头条
扫码关注
储能头条
扫码关注
风电头条

客服电话400-8256-198
新闻举报
返回首页
返回顶部

国际能源网站群

国际能源网 国际燃气网 国际新能源网 国际风力发电网 国际太阳能光伏网 国际新能源汽车网 国际节能环保网 国际电力网 国际煤炭网 国际石油网