2020年10月14日-16日，2020北京國際風(fēng)能大會暨展覽會（CWP 2020）在北京新國展隆重召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風(fēng)能盛會，再次登陸北京，本屆大會以“引領(lǐng)綠色復(fù)蘇，構(gòu)筑更好未來”為主題，聚焦中國能源革命的未來。能見App全程直播本次大會。
在14日下午召開的風(fēng)資源精細(xì)化評估分論壇上， 浙江運達(dá)風(fēng)電股份有限公司朱金奎發(fā)表《風(fēng)電場尾流效應(yīng)的分析》主題演講。
以下為發(fā)言實錄：朱金奎：今天主要講一下風(fēng)電場尾流效應(yīng)的分析，最后做一個簡單的總結(jié)。咱們分析的風(fēng)電場，實際重點關(guān)注的風(fēng)電場位于這個風(fēng)電場集群的正中心，這個風(fēng)電場集群整體上有九個風(fēng)電項目組成，整個風(fēng)電場集群的開發(fā)是由東向西逐步進(jìn)行的，風(fēng)電場地形比較平坦，這個項目位于青海的，青海整體上項目地表都是沙地，主風(fēng)向是西風(fēng)以及西北偏西風(fēng)，這個風(fēng)電場這兩排機(jī)組前面一排七臺，后面一排是六臺，這兩排間距是1300米，這里用的機(jī)型主要是931.5兆瓦的，輪轂高度80M，主要針對2019年進(jìn)行分析的，2019年整體上分析基礎(chǔ)運營情況，城市是2019年全場機(jī)組平均的功率曲線，然后這里的功率曲線，轉(zhuǎn)換成機(jī)艙自由恢復(fù)，這里整體算出來K值大概是103.5%，機(jī)組正常運行情況下，功率還是可以達(dá)到咱們保證功率曲線的，右邊這張突各個機(jī)組可利用率，我們是講的時間可利用率，整體上都很高，現(xiàn)在有一個問題，實際上這個項目有一個特點，在項目前期的時候，這里有一個測風(fēng)塔，作為資源評估塔一直在運行。項目建成之后，這個測風(fēng)塔在現(xiàn)場運行，我們看到有一個比較大的問題就是說，在項目前期設(shè)計的時候這個測風(fēng)塔，80米的風(fēng)速是6.64，2019年實際測出來只有5.46，風(fēng)電場我們根據(jù)某商業(yè)的軟件算出來，測風(fēng)塔輸進(jìn)去，計算得到的各機(jī)組平均的尾流后風(fēng)速，同樣就是在設(shè)計階段這個風(fēng)場平均的風(fēng)速有6.37這么高，在2019年的時候，我們是5.21，這個5.21，在機(jī)組前的自由風(fēng)速。這中間接近1.2米的風(fēng)速的差異是怎么回事，差異非常的顯著，我們結(jié)合整個風(fēng)電場，整個項目集群的風(fēng)電場開發(fā)的進(jìn)度我們可以大致看一下，就是說整個我們S風(fēng)電場它的東邊這些機(jī)組的話都是在設(shè)計階段之前已經(jīng)建好了，但是在于西邊ABCD這四個風(fēng)電場的話，基本都是在S風(fēng)電場建成之后才逐漸修建的，然后其中我們B風(fēng)電場基本跟S是同時的，在設(shè)計階段B風(fēng)電場也還沒有并網(wǎng)運行，整體上這中間我們會對這一米多的風(fēng)速的差異，我們會有一個猜想，這一米多的風(fēng)跑哪兒去了，針對這個問題，我們展開了一些研究，這個研究主要的目的就說以單個風(fēng)電場為研究目標(biāo)，分析大規(guī)模風(fēng)電場之間的尾流影響，無論是前期東邊已經(jīng)存在的風(fēng)電場，還是西邊隨著風(fēng)電場建成之后再逐漸建成新的ABCD對風(fēng)電場的影響，然后第二個分析一下風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)電機(jī)組尾流怎么個恢復(fù)的，怎么個變化的，大致的過程，方法以風(fēng)電場為對象，分析仿真的結(jié)果，實際運行結(jié)果的差異，第二個我們還用激光測光雷達(dá)，到現(xiàn)場實際的觀測，作為對我們仿真結(jié)果進(jìn)行的一定程度上的驗證。
進(jìn)入我們第二部分，一米多的風(fēng)速的差異我們做風(fēng)資源想第一點是有風(fēng)速年際波動的，這個是肯定的，因為風(fēng)資源年際波動在很多時候還不小，然后第二個我們想到的就是說，風(fēng)場尾流影響，第三個數(shù)據(jù)處理或者你的計算誤差各種其他因素。為什么我們考慮的就這三個因素，下面我們逐一的進(jìn)行分析。對于年際風(fēng)速變化我們這里是根據(jù)參考數(shù)merra2，這里的相關(guān)系數(shù)在0.82以上，我們采用的是日平均風(fēng)速的相關(guān)性。所以這兩個相關(guān)性相對來說比較高，我們實際上是可以基于merra2的分析數(shù)據(jù)，風(fēng)速年際之間的變化差異，我們這里列出了這個圖，我們可以看到在2019年這個廠區(qū)，2019年明顯是一個小風(fēng)年，2015年2016年是大風(fēng)年，基于這兩個差異的比例，我們按照相對的變化比例，我們計算就說在設(shè)計階段，測風(fēng)塔六米六四，全場機(jī)位六米三二，訂正之后，2019年測風(fēng)塔自由風(fēng)速6.2米，按照這個6.2米的風(fēng)速，計算全場機(jī)位的平均風(fēng)速5.89米，這是我們風(fēng)資源最直接想到的東西就是年際波動。
第二塊周邊風(fēng)對風(fēng)電場尾流的影響，尾流分析的工具我們采用我們運達(dá)自主開發(fā)的windeyfoam的平臺，機(jī)遇RANS的致動盤尾流模型，進(jìn)行尾流仿真計算。這個平臺你還可以在這里進(jìn)行定植很多參數(shù)都是開放的。這個平臺也可以進(jìn)行大范圍的精細(xì)化的計算，計算效率也是比較高的，還可以有非常好的截面，可以進(jìn)行比較好的展示，一切基于我們運達(dá)自己高性能的計算平臺，在這上面進(jìn)行的。
具體有這么一個模型之后我們實際上怎么來分析這個東西，到底尾流影響有多大，實際上我們這里對于測風(fēng)塔的風(fēng)速，對于風(fēng)電場所有風(fēng)電場采取的方法是相似的略有差異，這里是測風(fēng)塔，不同風(fēng)向條件下，我分析，我是做兩遍計算，第一遍是不放機(jī)組進(jìn)去，算機(jī)位點處的風(fēng)速是多少，第二遍是把風(fēng)電機(jī)組放進(jìn)去之后，把這個模型尾流模型放進(jìn)去之后，計算這個測風(fēng)塔處風(fēng)速是多少，兩者之間的差異，是機(jī)組對這個測風(fēng)塔風(fēng)速的影響，在測風(fēng)塔風(fēng)速分析的時候，就不需要講周邊風(fēng)電場，所有的機(jī)組都會對它有影響，我們進(jìn)行適當(dāng)?shù)臑榱思涌煊嬎闼俣龋?jié)省計算資源我們找了對測風(fēng)塔影響最顯著的機(jī)組，把它放進(jìn)去，比如說在零度的時候，只放了S風(fēng)電場，更遠(yuǎn)的ABCD風(fēng)電場，為了節(jié)省資源沒必要放進(jìn)去，這個是330度的，這330度這邊離的更遠(yuǎn)寫得沒放進(jìn)去，放到這里，也是只放S風(fēng)電場，這是對于測風(fēng)塔的。
對這個測風(fēng)塔受到的尾流影響進(jìn)行了分析，進(jìn)行了12個扇區(qū)的分析，對比之后我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)廠區(qū)吹南風(fēng)的時候，測風(fēng)塔不會受到尾流的影響，西北風(fēng)之類的的時候，測風(fēng)塔受到尾流的影響比例還相對比較高，最高的時候能達(dá)到16%的樣子，由各個扇區(qū)風(fēng)速衰減比例，結(jié)合風(fēng)圖，綜合之后就得到上圖計算的測風(fēng)塔衰減比例，2019年自由風(fēng)速5.61m/s。對于風(fēng)電場而言，是略有不同風(fēng)電場，我們分析周邊風(fēng)電場對這個的影響，這個計算相當(dāng)于更麻煩一點，第一步只放這個S風(fēng)電場的機(jī)組進(jìn)去，計算說所有的S風(fēng)電場所有機(jī)位的平均風(fēng)速是多少。第二個步驟就是說計算在有周邊風(fēng)電場，放特定風(fēng)電場，為了節(jié)省計算資源，加快計算速度，在特定風(fēng)向情況下，把周邊的風(fēng)電場，特定風(fēng)電場放進(jìn)去，放進(jìn)去之后在這種情況下，仍然算S風(fēng)電場所有機(jī)位的平均風(fēng)速是多少，然后兩者一對比，就得到說在這個風(fēng)向條件下，風(fēng)速的衰減比例是多少？這里給出了兩個示例，第一個90度，把風(fēng)電場放進(jìn)去，東風(fēng)的情況下，再把東邊放進(jìn)去這兩個的差異，風(fēng)的衰減比例還挺大的，接近有15.7%，這些機(jī)組是小機(jī)組，尾流會小一點，對于西風(fēng)來講的話，這里的因為西風(fēng)這些機(jī)組實際上都是121的機(jī)組，這些機(jī)組的尾流更顯著一些，尾流的效率更強(qiáng)一些，接近20%了。
基于這種方法我們同樣的，我們按照30度一個上區(qū)，不同的入流風(fēng)向條件下，測風(fēng)塔風(fēng)速衰減比例是多少，得到不同風(fēng)速的衰減比例，再結(jié)合廠區(qū)的圖風(fēng)速衰減是多少。2019年S風(fēng)電場80米平均風(fēng)速是5.28米，5.89米降到5.28米。我們對風(fēng)速變化做一個總結(jié)，對于測風(fēng)塔而言，它設(shè)計階段6.64米，降到6.2米，風(fēng)機(jī)尾流因素風(fēng)速繼續(xù)從6.2米，降到5.21米。尾流計算誤差都是有可能總體上已經(jīng)比較接近了，對于全廠平均風(fēng)速也是一個類似的效果。
這是我們模擬計算的結(jié)果，實際上我們現(xiàn)場還進(jìn)行現(xiàn)場的驗證，這個是我們在今年的6月份到今年7月份，我們現(xiàn)場實際去拜訪了4臺激光測風(fēng)雷達(dá)，第一臺放在咱們S風(fēng)電場上風(fēng)向兩三百米的地方，距離B風(fēng)電場下方向一千米的地方，第二臺雷達(dá)放在S風(fēng)電場下風(fēng)向1200米的地方，點三放在一千米的地方，還有一個點四放在D風(fēng)電場下風(fēng)向4500米的地方，再結(jié)合現(xiàn)場實際的測風(fēng)塔測風(fēng)塔一直都在，結(jié)合測風(fēng)塔位于D方向的下方向大概2200米的地方。
我們進(jìn)行初步的分析，風(fēng)速看到一個很有意思的現(xiàn)象，就是說對于點一同時測出來的風(fēng)速，點三5.66多一點，點四已經(jīng)5.81米了。當(dāng)時感覺這個效應(yīng)還挺顯著的，我們有一個初步的分析認(rèn)為說，這個B是121的機(jī)組，我點一距離121相當(dāng)于八九地的樣子，風(fēng)速是最低的，對于點2落講，點2距離S風(fēng)電場一千兩百米，整體上會導(dǎo)致我點一的風(fēng)速測出來比點的還要更低，點三實際上類似的尾流也在逐漸慢慢恢復(fù)的過程，測風(fēng)塔更顯著了，對于D風(fēng)電場121的機(jī)組，下方面16、17D的樣子，我們認(rèn)為點四基本上來說在結(jié)合這段時間實測，我們認(rèn)為點四基本上沒有太受到尾流的影響，實測出來5.81米，點一是很顯著的，風(fēng)速衰減，我們把它按照點一的風(fēng)速相對于點四的風(fēng)速的衰減比例11%點幾，仿真得出來的12%的樣子，現(xiàn)場實測的驗證與我們之前的仿真結(jié)果還是比較接近的。
風(fēng)電場尾流效應(yīng)實實在在存在的東西，這個是你沒法消除它的，對于我們考慮這個尾流問題的時候，我們設(shè)計應(yīng)該注意哪些事情，我們的初步的想法，就是說第一點可能就是采用大功率的機(jī)組，減少機(jī)組數(shù)量，拉大機(jī)組之間，機(jī)組的尾流有足夠的空間來進(jìn)行恢復(fù)，比如我們這里有個項目，采用50臺兩兆瓦的機(jī)組，這個是用工程尾流算出來，這個尾流6%，如果我是采用28臺3.6降低到2.1%，整體上我們認(rèn)為說你這個如果機(jī)組數(shù)量減少了，整體上這個尾流效應(yīng)會減少一些，當(dāng)然可能實際發(fā)電量會略微降低一點。
第二個采用自動盤尾流模型，或者大規(guī)模風(fēng)場專用尾流，更適合實際尾流的大小，我們給了一個對比，這個對比就是說，這里給出一個縱坐標(biāo)全場風(fēng)速差異，橫坐標(biāo)各種尾流模型，相當(dāng)于我們這里是用park尾流模型，不放周邊風(fēng)電場，如果我放了周邊風(fēng)電場之后我看平均風(fēng)速多少，兩者之間的差異，如果用park尾流模型，風(fēng)速差異0.16，如果是用大規(guī)模尾流模型結(jié)合park大概是0.43的樣子，計算速度能比較快一點，結(jié)果相對比較靠譜一點，如果你時間足夠你也可以用自動盤尾流進(jìn)行計算。
第三點咱們進(jìn)行廠區(qū)規(guī)劃的時候，最好還是給尾流一定的緩沖區(qū)域，我們這里看到瓜州風(fēng)電場的規(guī)劃，三到四公里，這個規(guī)劃還是比較科學(xué)的。
總統(tǒng)的一個總結(jié)，就是說我們這個改進(jìn)的自動盤尾流模型對大規(guī)模風(fēng)電場尾流模型但需要較多的高性能計算資源。
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)本人審核）
