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如何用好测风塔?

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供稿:中国工控网 2016/5/26 16:13:43

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  • 关键词: 风电场 测风塔
  • 摘要:没有测风塔就没有风电场,这是最霸道的风电逻辑。但如何用好测风塔仍是风电开发和运维中值得关注的价值创造问题。


  国内测风市场现状的忧虑,一个现象级的数据是至少有50% 以上的测风塔被荒废或被拆除了,即便活下来的测风塔,有些也没有得到足够的重视,这让原本的价值创造被大打了折扣。

  测风行业的痛点究竟在哪里呢?

  一点是缺乏全生命周期的测风规划,在测风塔的树立上显得过于随意,导致测风塔成为“短命鬼”;有的测风塔仅为业主抢占风资源而来,所在位置根本就不具有代表性,成为被业主遗忘甚至抛弃的“孩子”。

  另一点是测风塔维护不到位,由此导致的数据失真、丢失以及传输和处理不当,给风电场建设和运行维护带来巨大的投资风险和收益损失。

  测风行业的痛点在于缺乏全生命周期的测风规划,以及测风塔维护不到位。

  需要温习的是,每座风电场都要经历“宏观选址—树立测风塔—漫长的测风过程—可行性研究—工程设计—项目建设—运行维护”这般系列复杂的过程。而对于风电场开发商来说,拿到意向资源后的首笔投资就是树立测风塔,那么测风塔对于一个风电场来说究竟意味着什么呢?

  虽然市面上出现了越来越多的中尺度数据,部分产品也能够指导投资者快速准确地初步选定风资源,也就是业内所说的宏观选址阶段,由于受限于中尺度数据的产品原理及精度,即便是目前最优秀的中尺度产品,其单点的风速误差超过0.1m/s 也是很正常的。但问题是,对于低风速风电场来说,0.1m/s 的风速误差就意味着超过2% 的投资回报率误差,而更大的风速误差甚至会影响到风电场的机组选型。

  也正因此“准确的测风塔数据是风电场投资决策不可或缺的重要依据。”也就是说,测风塔数据是风电场规划阶段的决策依据。实际上,这便是测风塔对风电场建设的基础价值创造。

  然后呢?风电场建成以后,测风塔和风电场之间就形成了很亲密的关系,想想看:风电场生产运行期内,你要实现对风电场的精细化管理,那就要用生产测风塔的数据来标定整个风电场的流体模型,让机组工作得更好、让风电场和电网更加和谐。

  实质性一点说,生产测风塔的数据是风电场生产阶段风功率预报和能量管理系统的初始输入,可问题是就目前来看,进行能量管理的风电场还没有形成气候,但从目前用好生产测风塔的角度看,至少有两方面的价值是可以实现的。

  一方面,测风塔的实时测风数据传送至功率预测系统, 定期向电网调度上报风电场风功率预测数据。

  按照《NBT 31046 -2013 风电功率预测系统功能规范》要求,风功率预报必须采用实时传输测风塔数据,比如测风塔至风功率预测系统的实时测风数据传送时间间隔应不大于5分钟;测风塔宜在风电场外1 千米至5 千米范围内且不受风电场尾流效应影响,宜在风电场主导风向的上风向,位置应具有代表性;采集量应至少包括10 米、50 米及轮毂高度的风速和风向以及气温、气压等信息,应包括瞬时值和5分钟平均值;测风塔数据可用率应大于99%。

  仅从规范的要求,你就会看出生产测风塔是多么不可或缺,这也不难理解为什么有些“风电工程男”把立好测风塔看得像娶对“老婆”一样重要。

  可是,实际情况有些令人失望。

  有些缺乏生产测风塔的风电场其风功率预测系统往往会采用机舱风速仪数据来进行预测。但问题是,机舱风速仪安装在风轮之后,本身受到风机尾流影响和风轮扰动影响,而且机舱风速仪的精度远远不如测风塔传感器的精度,其天然的缺陷必然会导致风功率预测产生巨大的误差,那么这样的风功率预测会准吗?因此被电网方面罚款也就再正常不过了。

  另一方面,测风塔可以为风电场运行后评估和闭环考核提供基准标尺。

  用好测风塔至少能实现两方面价值:一是可以定期向电网调度上报风电场风功率预测数据;二是能够为风电场运行后评估和闭环考核提供基准标尺。

需要说明的是,由于受叶片转动引起的扰流影响,风机安装的测风设备并不能表征风轮前真实捕获的自由流风速,因此就需要通过生产测风塔提供的数据,建立由SCADA 采集的机舱风速与风轮前自由流风速的回归关系,从而获得校准后的风轮前风速,进而通过对能量可用率的计算,实现对各类电量损失的精确分解及管理。

最为关键的一点,是要对它的代表性进行定义。比如“范围代表”原则,通过大量项目分析经验、CFD 适用性以及运行项目的后评估验证,一个测风塔在平坦地形代表范围可以达到10 千米甚至更远,在简单山地地形可以达到4 千米至6 千米,而在复杂山地则只有2 千米至3 千米。

  再如“海拔代表性”原则,测风塔应代表区域内规划机位的平均海拔,并能够完全覆盖拟布机区域的极限海拔。海拔落差过大区域,应在不同区域分别设塔进行代表。

  在提及“粗糙度代表性”原则时,远景能源相关部门负责人强调,在每个粗糙度等级范围内应该分别立测风塔,或者优先将其立于区域内布置机组更多的粗糙度区域。

  值得一提的是,“高度配置代表性”原则。立测风塔时应结合风剪切大小和拟采用机型配置,来选取测风塔高度和配置,以覆盖轮毂高度风速和风轮面风切变。

  “功能性测风塔”,比如生产塔、特殊地形测风塔等等。考虑风电场后评估及风机舱前风速矫正,“功能性测风塔”应立在主风向无遮挡且能保证足够的自由扇区、地势变化平缓的规划机位上风向2 至4 倍风轮直径距离处。比如为评估海边风速衰减,应在近海和远海端分别立测风塔。

  立测风塔时应结合风剪切大小和拟采用机型配置,来选取测风塔高度和配置,以覆盖轮毂高度风速和风轮面风切变。

测风塔的价值在于收集各种数据,但由于恶劣天气、信号传输中断、仪器故障等因素的影响,都可能造成数据缺失和异常,最终会导致数据缺乏完整性,数据的质量和有效性也会随之变差,这会给风资源评估带来巨大困惑和不确定性。“要避免这类问题的发生,数据管理人员就必须实时对测风数据进行监控。” 

  从技术层面看,当一座风电场的场址定了以后,你就可以快速做一个宏观选址的规划,包括安装多少台机组、大概在什么位置,那么为配合机组的机位,测风塔应立在哪里、有无足够的代表性,都可以有解。更重要的是由此延伸出一个测风方案设计,这样就能保证设计出来的测风塔不仅能代表风电场,而且能够长期测风,从风电场测风到投产运行,数据有了很好的传承。



审核编辑(王雪)
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