2023年10月16日-20日，2023北京國際風(fēng)能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。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，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構(gòu)筑全球穩(wěn)定供應(yīng)鏈 共建能源轉(zhuǎn)型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)布局及供應(yīng)鏈安全”“雙碳時代下的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展前景”“國際風(fēng)電市場發(fā)展動態(tài)及投資機(jī)會”“風(fēng)電機(jī)組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見App全程直播本次大會。

10月17日上午，法國美迪的謝新在“風(fēng)資源技術(shù)論壇上”發(fā)表了題目為《偏航優(yōu)化控制技術(shù)對海上風(fēng)電設(shè)計(jì)方案的影響》的主旨發(fā)言。

以下為演講全文：

大家好，很高興今天和各位分享我們的課題，主題是《偏航優(yōu)化控制技術(shù)對海上風(fēng)電設(shè)計(jì)方案的影響》。這個課題是我們和中國電建、福建省勘測設(shè)計(jì)院共同完成的課題。

今天第一部分有關(guān)大基地項(xiàng)目，很多同仁談到尾流。我從另外一個角度，結(jié)合海上風(fēng)電實(shí)際的案例，與大家探討我們對于此的看法。

演講分為三部分：理論方向講偏航控制技術(shù)、結(jié)合框架和海上風(fēng)電實(shí)際案例講單風(fēng)場和多風(fēng)場優(yōu)化結(jié)果、結(jié)論。

圖中（PPT）給出對風(fēng)資源評估的尾流框架，關(guān)注的是兩方面。大家對于尾流更多關(guān)注的是結(jié)果而不是本身，我只需要知道最終造成多少發(fā)電量折減就夠了。在這種條件下，我們采用的模型像pack而模型或者大蜂巢尾流模型等，給出的都是發(fā)電量折減的結(jié)果。

但是我們?nèi)绻v尾流的目的改變，我們想針對尾流做一些優(yōu)化。我們開始的目的就變了，要更多的去關(guān)注尾流的形態(tài)，它的形態(tài)涉及到三個方面：一是折減；二是尾流偏移，第一部分框架下一般來說上游風(fēng)機(jī)不做主動偏航，這種情況下尾流的中心線是沿著初始，一旦做優(yōu)化會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)；三是尾流的疊加，不是光考慮發(fā)電量疊加。在這個框架下，我們要采用單獨(dú)的模型考慮。

首先來看風(fēng)速衰減，最早研究是2016年，根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測提出尾流有幾個特性，它在同樣的距離條件下分布不是均勻的，越靠近尾流中心，尾流折減是越大的，越遠(yuǎn)離的話折減越小。同時分布是由尾流特征框架控制的，同時提出要采用近尾流區(qū)和遠(yuǎn)尾流區(qū)分開的模式。

基于這個模型有很多的探討，我們在課題下采用比較新的結(jié)果，它是2020年的模型，基于以上的問題都有解釋，比如說形態(tài)分布應(yīng)該是超高的，近遠(yuǎn)尾流區(qū)會變成8參數(shù)的模型。這邊我不會對模型的細(xì)節(jié)進(jìn)行展開，大家感興趣可以看一下。

我們關(guān)注它空間形態(tài)上尾流的分布，可以看到得出來的結(jié)論，尾流形態(tài)是逐漸減少，同時永遠(yuǎn)是靠近中心區(qū)域尾流衰減最大的，遠(yuǎn)離中心區(qū)域尾流衰減比較小。

風(fēng)速衰減確定后，對于偏航優(yōu)化控制還要進(jìn)一步考慮尾流的偏移，這個是怎么造成的？由于風(fēng)機(jī)有夾角，可以分解為兩個部分，一個是沿著X方向，另外一個是垂直方向會將風(fēng)產(chǎn)生偏移。結(jié)合質(zhì)量守恒和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以得到尾流中心線的距離。在不同的偏轉(zhuǎn)角下，它偏轉(zhuǎn)的情景。

尾流疊加，大基地有很多同仁已經(jīng)談過，針對這個情景下該用什么樣的尾流疊加？2016年有文獻(xiàn)做了比較詳細(xì)的對比。針對目前的工業(yè)領(lǐng)域和商業(yè)軟件上常用的三種疊加方法，它做不同的評估。得出來的結(jié)論是各有優(yōu)劣，最大的方法是最大尾流衰減，嚴(yán)格來說是不疊加。

第二種是自由流的線性疊加和第三種的不疊加，這三種的適用度不同。第一種是上有兩臺風(fēng)機(jī)完全對齊，這種情況下和實(shí)驗(yàn)結(jié)果最大衰減模型，另外兩個高估。第二種是上下風(fēng)機(jī)部分重疊，擬合最好的是線性疊加。第三種是上有兩臺風(fēng)機(jī)完全不重合，但是尾流區(qū)域有重合。所以實(shí)際上，你沒有辦法針對所有的情形，找到一種完美契合的方法，為了折中采用的是最后的方法。

這是結(jié)合衰減+偏移+疊加的方法后，給出大家不同最終尾流形態(tài)的模擬。針對最開始提出的框架可以給出答案，我們采用這樣模型的框架。當(dāng)然這是最基本需要考慮的三個問題，實(shí)際上你需要在框架上增加一些細(xì)節(jié)，比如說二級偏轉(zhuǎn)，尾流本身橫向速度也要考慮進(jìn)去，最后找到完整的框架。

當(dāng)框架構(gòu)建好之后，基于框架開發(fā)出比較適合工業(yè)的產(chǎn)品，啊它能給出不同豐富段下最優(yōu)的策略，實(shí)際上就是每臺風(fēng)機(jī)采用什么樣的偏航角。以及偏航前后或者優(yōu)化前后發(fā)電量的變化，以及尾流折減的變化。

為了驗(yàn)證這個框架，我們和福建電設(shè)計(jì)院針對他們的項(xiàng)目進(jìn)行計(jì)算，分為單風(fēng)場和多風(fēng)場說一下。

首先是單風(fēng)場，選取的是臺灣海峽、福州海域，本身的排布是8D×2.2D，可以看到主動偏航控制優(yōu)化前后發(fā)電量提升是2.16%，如果關(guān)注到每一臺風(fēng)機(jī)的情況，在上游的風(fēng)機(jī)發(fā)電量是降低的，這也很符合邏輯，主動有一個偏航角，所以最上游的風(fēng)機(jī)發(fā)電量一定會有降低，但是得到的是下游的尾流變化，下游風(fēng)機(jī)避開了最大的中心區(qū)域。最大的一臺風(fēng)機(jī)發(fā)電量提升，尾流折減的提升接近15%。

第二個情形是針對風(fēng)電場，假設(shè)裝機(jī)容量不確定，我的規(guī)劃面積是確定的，這種情況下怎么樣能夠獲得一個最優(yōu)的收益？這個收益是和你的尾流折減掛鉤的。我們選取10%的尾流折減閾值優(yōu)化排布，做出4種額外的排布，由8D按照7.57%、6.56%，針對這些排布采用策略。如果不采用的話，尾流到9%以上，如果再稍微的縮短一點(diǎn)，尾流就超過閾值了。采用偏航控制是把主間距直接縮短到6.5%，等于說容量就大大的增加了。

同樣偏航優(yōu)化控制，排布越緊密，優(yōu)化的效果也是越好的，拉的越遠(yuǎn)，本身的尾流也比較小。我觀察到豐富段，優(yōu)化技術(shù)對于中低效果是最好的。這是每臺風(fēng)機(jī)優(yōu)化的發(fā)電量變化與初始是一樣的。

同時，如果說容量固定，同樣可以通過這種方法減少用海面積。得出來的結(jié)論是基于風(fēng)電場，如果優(yōu)化容量，同等的情況下可以提升20%，如果說容量不變，用海面積可以減少23.8%。

最后的案例是多風(fēng)場，找兩個風(fēng)場也是在臺灣海峽，它的容量是900mw，還有馬祖1000mw，如果是單風(fēng)電場可以進(jìn)行偏航控制，但是很多時候開發(fā)風(fēng)電場一個規(guī)劃區(qū)內(nèi)是不同的開發(fā)商，如果采用統(tǒng)一的優(yōu)化策略，有的時候不太好溝通。

針對這種情形，部分風(fēng)機(jī)采用偏航優(yōu)化，其他的風(fēng)機(jī)仍然保持對風(fēng)，這兩個風(fēng)電場采用偏航優(yōu)化，上游沒有進(jìn)行優(yōu)化。

得出來的結(jié)論，即便全部風(fēng)機(jī)不采用偏航優(yōu)化策略效果也是可以的，DE區(qū)采用偏航下游風(fēng)機(jī)提升1.02%。這個可以從本身的排布分析出來，這也是很正常的情況。R區(qū)和D區(qū)間距只有3公里，越密集優(yōu)化效果是越好的，另外是5公里優(yōu)化效果能達(dá)到稍微小一點(diǎn)不到1%。

針對以上提出的技術(shù)和應(yīng)用給出比較關(guān)注的結(jié)論，針對偏航優(yōu)化控制技術(shù)，我們需要考慮尾流實(shí)際上和傳統(tǒng)風(fēng)資源評估系統(tǒng)不同，我們要額外考慮到尾流的分布，涉及到衰減、偏移、疊加，必須要同時考慮這三個才能優(yōu)化形態(tài)。采用偏航優(yōu)化控制技術(shù)，對單個風(fēng)場進(jìn)行排布：一是可以提升發(fā)電量，二是達(dá)到有效擴(kuò)容，三是有效的減少用海面積。

采用這種面積針對多個風(fēng)場進(jìn)行優(yōu)化它仍然有效，但是效果沒有采用整個風(fēng)場的效果好。最后是如果采用偏航優(yōu)化控制技術(shù)，針對這樣的效果風(fēng)機(jī)間距越小效果也是越顯著的，一般是中低風(fēng)速段效果優(yōu)化更加明顯。

我的分享結(jié)束，謝謝大家。

（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）