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如何获取一个性能出众的风电场?“把脉风资源”做好风场选址第一步

文字:[大][中][小] 2019/9/9    浏览次数:8    

如何获取一个性能出众的风电场?“把脉风资源”做好风场选址第一步

5月22日,国家能源局发布《2019年第一批拟建平价上网项目信息表》;8月24日,国内首个平价风电项目实现全容量并网。种种迹象表明,风电平价上网已经进入倒计时阶段。

当前,更低的电价以及更高的投资成本已成为压在新能源企业身上的两座大山,如何实现全生命周期的“提质增效”成为风电行业共同探讨的话题。已经取得行业共识的是:风电项目前期的精细化选址工作是提升风场发电效率的重中之重,也是影响整体收益水平的关键因素之一。

当前,风电场的前期选址多依靠测风系统完成,但“风”本身是自然现象,受到地形、植被、气候等一系列因素的影响。而且,从已投产风电场的上网电量来看,大部分风场实际发电量与可研报告计算发电量均有出入,这种“事后诸葛亮”模式为项目带来莫大的损失。那么,到底应该如何提升风资源评估的精确性呢?

很明显,精细化的风资源评估仅依赖软件是不够的。从特变电工的风电项目开发经验来看,风场选址除了一套可靠的风资源评估系统以外,还需要额外的科学方法来为风资源“把脉”,才能切实优化选址水平。

特变电工风资源评估服务“把脉”风资源

月岩、竹塘岭、铜山岭风电场是特变电工前期所开发的几个主力风场。以上风电场均属于典型的南方山地风电项目,地形复杂多变,山体垂直梯度大,海拔高程起伏跌宕,风能资源受地形影响明显,为风资源精确测算带来了极大的阻碍。

为准确获取复杂地形下具有代表性的测风数据,特变电工在项目方案中设立两个激光雷达辅助测风。在未完全摸清该项目的复杂性前,经历了一次简单的发电量测算,带入了未经代表年订正的测风塔数据、标准空气密度下的功率曲线和SRTM地形数据,结果与厂家精确测算的等效满负荷发电小时数相差约300小时。

300小时的巨大差异是缘何出现的?经过对项目的重新梳理和5次反复验证,项目团队从以下几个方面入手,重新对风资源进行评估:

首先,重新获取场区的实测地形数据,保证风机、测风塔和等高线在同一坐标系下;

其次,项目地表为灌木林,因此去掉最低层风数据后重新外推了90米风速;

最后,用当地空气密度下的功率曲线进行更替。

经过重重改进后,团队最后把差距缩小到70小时的合理可接受范围内。同时通过控制变量发现,地形(海拔)是软件对机位处风速模拟最主要的影响因子,进而影响到发电量测算结果。

精准化风资源评估的方法论

在以上风电场开发的种种探索与经验积累,使特变电工形成了旨在提升风资源评估精准度的多种经验与方案,并将这些经验带到了后期的服务工作中,得到了业主的好评。

测风数据的代表性和处理:测风塔数据是发电量计算的基础,测风塔是否具有代表性,是发电量计算准确与否的根本性保障。风电场内应至少保证有1个具有代表性的测风塔,复杂风电场更需要设置多个代表性测风塔,并在计算时尽量采取综合计算或者分区计算。若测风塔代表性不足,可以采用激光雷达补测的方法获取点位处风况。

剔除测风塔不合理及错误数据,利用相关性分析对缺测时段以风廓线插补或临塔互补的方法将其补全至一个完整年,并利用长期观测数据订正至代表年水平,以保证合理计算风电场运行20年的发电量。

风功率曲线的准确性:风机在运行过程中,功率时刻随着风速的变化而变化。功率曲线主要由风速、功率、推力系数三个数据组成,空气密度是影响功率曲线的重要因子。利用厂家提供的当地空气密度下的功率曲线或者修正后的实际功率曲线带入建模软件进行计算,可减少使用标准空气密度下功率曲线进行折减产生的误差。

地形图精度:各机位点的海拔高度是由建模软件根据其坐标对应的地形高程及轮毂高度模拟而来,因此如果模拟结果与实际海拔相差较大的话,会使得机位点轮毂高度处模拟风速与其真实值间产生较大的偏差。

SRTM地形数据是较好的免费来源,但由于该地图比例为1:10000,等高线分辨率较稀疏,因此在模拟复杂山地项目时会出现失真的情况。要尽量收集风电场实测1:2000地形图,减少地形海拔的误差对模拟风速和计算发电量带来的较大影响。

建模软件的选取:市场上应用较为广泛的发电量计算软件有:Wasp、Windfarm、Windpro、Windsim、WT等,平坦地形可采用线性风资源分析软件Wasp、Windfarm、Windpro等,复杂地形应尽量选用Windsim和WT,这样可以尽量避免软件计算产生误差。

理论上讲,风资源评估就是将物理的风变成数字的、可以量化的风,其精细化、准确性、可靠性是行业共同的追求。特变电工风资源评估团队将这项复杂繁琐的工作赋予细节化、精准化的要求,多方面提高工作和服务质量。团队认为,在获取数据的先进手段、对建模软件参数的认识、对风机排布的优化等方面仍需要行业继续探索和突破。未来,特变电工将继续专注“为风把脉”,努力做到创新不竭、前进不止。

"Tips:“把脉风资源”的一些实用技巧

1、输入等高线文件和风机坐标进行建模时,可先在Global Mapper等软件中查看风机点位是否落在地形的高处,二者坐标系需匹配,防止出现偏移现象。

2、WT软件中,定向计算的范围尽量使用正方形,以使划分的扇区均匀,从而减少造成计算结果不收敛的可能性。

3、地表植被茂密,湍流水平普遍较大的区域,在进行风切变分析工作时,需剔除较低高度(10m)处的数据,避免用拟合风切变垂直外推高层风况时受到地表障碍物粘性力的影响。

4、测风塔附近无相关性较好的气象站数据或与MERRA2数据相关较差时,若该测风年不是明显大小风年时,为避免越订正越出错,可不对该塔数据进行代表年订正处理。

5、上网发电量需要对软件计算出的理论发电量进行折减,折减系数的选取应根据风电场当地的气象条件、电网运行状况、场内线路长度、风电场规划等条件综合考虑。避免人为的减少折减系数或提高折减系数,造成发电量计算结果不客观。


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