瑞科分享 | 海上風(fēng)能資源分布機(jī)組選型及開發(fā)思路探討

2023年10月17日上午，由可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)舉辦的風(fēng)資源技術(shù)論壇在北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)成功舉辦。來(lái)自行業(yè)內(nèi)從事風(fēng)資源技術(shù)工作的開發(fā)商、整機(jī)制造商、第三方及研究機(jī)構(gòu)等諸多同仁深入探討和交流，共同圍繞沙戈荒與大基地開發(fā)、海上風(fēng)資源評(píng)估等方面展開創(chuàng)新解決方案研討。瑞科科技研發(fā)中心前沿技術(shù)研發(fā)室副主任張弛分享《關(guān)于海上風(fēng)能資源分布機(jī)組選型及開發(fā)思路探討》主旨演講。

瑞科科技研發(fā)中心前沿技術(shù)研發(fā)室副主任張弛

中國(guó)海上風(fēng)資源儲(chǔ)量巨大，臺(tái)灣海峽平均風(fēng)速超過10m/s

瑞科科技通過對(duì)比中國(guó)與歐美近海海域風(fēng)資源情況，例如歐洲北海、波羅的海大部分區(qū)域平均風(fēng)速可達(dá)到9m/s左右，而中國(guó)近海的整體平均風(fēng)速相對(duì)較小，只有在臺(tái)灣海峽附近能達(dá)到9m/s以上的風(fēng)速，從資源儲(chǔ)量來(lái)看，中國(guó)的海上風(fēng)電要遜于歐洲和美國(guó)，但儲(chǔ)量依舊巨大。

通過高精度風(fēng)資源圖譜和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，我國(guó)四大海域風(fēng)資源情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，東海南部臺(tái)灣海峽附近海域，由于狹管地形的加速作用風(fēng)速達(dá)到10m/s以上，渤海海域風(fēng)速情況較好，年平均風(fēng)速在8.5m/s左右，南海區(qū)域范圍較廣，平均風(fēng)速跨度大；黃海和東海北部風(fēng)資源條件一般，年平均風(fēng)速在7.5m/s左右。

極端風(fēng)況下海上漂浮雷達(dá)可靠性較高 風(fēng)速呈現(xiàn)典型“Ｍ”型雙峰特征

瑞科科技選擇了33個(gè)在臺(tái)風(fēng)過境期間漂浮雷達(dá)觀測(cè)的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，首先驗(yàn)證激光雷達(dá)在臺(tái)風(fēng)期間數(shù)據(jù)的可靠性。數(shù)據(jù)顯示，在臺(tái)風(fēng)過境期間，海上漂浮雷達(dá)由于受到臺(tái)風(fēng)強(qiáng)降雨的影響，激光能量損失加大，導(dǎo)致雷達(dá)高層數(shù)據(jù)存在一定缺失，但是整體數(shù)據(jù)質(zhì)量比較好，且與周邊測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)具有較高的一致性。

臺(tái)風(fēng)極端風(fēng)況下風(fēng)參變化情況

●風(fēng)速：臺(tái)風(fēng)過境期間，呈明顯增大后降低特征，臺(tái)風(fēng)穿越觀測(cè)點(diǎn)期間，呈現(xiàn)典型的“Ｍ”型雙峰特征；

●風(fēng)向：沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向持續(xù)偏轉(zhuǎn)，會(huì)出現(xiàn)短時(shí)較大偏轉(zhuǎn)；

●風(fēng)切變指數(shù)：臺(tái)風(fēng)期間風(fēng)切變指數(shù)中位值＜正常期間風(fēng)切變指數(shù)中位值；

●湍流強(qiáng)度：湍流強(qiáng)度明顯高于正常期間；

●空氣密度：臺(tái)風(fēng)期間空氣密度低于正常期間。

瑞科科技在分析了極端風(fēng)況下的資源特性后，總結(jié)并給出了關(guān)于兩點(diǎn)機(jī)組選型的建議。一是要根據(jù)區(qū)域內(nèi)歷史臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度和頻次選擇對(duì)應(yīng)的抗臺(tái)機(jī)型；二是臺(tái)風(fēng)雖然帶來(lái)了破壞性的風(fēng)速，但是同時(shí)也帶來(lái)了巨大的能量，我們可以根據(jù)臺(tái)風(fēng)期間的風(fēng)參特征，深入理解臺(tái)風(fēng)特性，調(diào)整臺(tái)風(fēng)應(yīng)對(duì)策略，從抵御臺(tái)風(fēng)變成利用臺(tái)風(fēng)。

海上風(fēng)電開發(fā)階段前期資源評(píng)估的關(guān)鍵因素

瑞科科技強(qiáng)調(diào)了前期測(cè)風(fēng)的重要性。由于風(fēng)速的大小對(duì)發(fā)電量和項(xiàng)目收益產(chǎn)生巨大影響，因此準(zhǔn)確評(píng)估風(fēng)能資源對(duì)于投資商而言至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)大部分海域的風(fēng)能資源優(yōu)于模擬預(yù)估，但存在明顯的分布不均現(xiàn)象。為了確保項(xiàng)目收益率和發(fā)電量的預(yù)期效果，投資商應(yīng)重視前期測(cè)風(fēng)工作，以便準(zhǔn)確了解項(xiàng)目所在海域的風(fēng)能資源情況。在測(cè)風(fēng)方面，目前主要有三種方式：海上桁架式測(cè)風(fēng)塔、單樁平臺(tái)+激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)和漂浮式激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)。相較于前兩種方式，漂浮式激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)具有成本優(yōu)勢(shì)。

通過對(duì)比某海上風(fēng)電項(xiàng)目在周邊風(fēng)場(chǎng)投運(yùn)前后實(shí)測(cè)風(fēng)速的變化，發(fā)現(xiàn)由于周邊風(fēng)場(chǎng)的尾流影響，導(dǎo)致項(xiàng)目場(chǎng)區(qū)風(fēng)速降低0.6m/s左右，發(fā)電量損失至少10%。通過使用多種尾流模型進(jìn)行還原對(duì)比，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有主流發(fā)電量計(jì)算軟件對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)的尾流存在低估的現(xiàn)象。因此，我們需要關(guān)注周邊風(fēng)場(chǎng)的尾流情況以及未來(lái)可能規(guī)劃風(fēng)場(chǎng)的尾流因素，降低風(fēng)電場(chǎng)建成后發(fā)電量不達(dá)預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)。

最后，列舉了目前主流廠家的海上機(jī)型，單機(jī)容量基本以大于10MW為主，單位千瓦掃風(fēng)面積從2.7- 5.2均有分布，海上機(jī)型的單位千瓦掃風(fēng)面積同樣也很重要：差值0.5，對(duì)應(yīng)的發(fā)電小時(shí)數(shù)差異大約5~8%左右。機(jī)組選型需綜合考慮各海域不同的風(fēng)資源特性及其它因素，選擇適應(yīng)的海上機(jī)型。