地理范圍大、局部地形復(fù)雜，限制因素較多，各細(xì)分區(qū)域風(fēng)資源情況差異大;
未確定開發(fā)主體的項(xiàng)目缺乏前期測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù);
整場(chǎng)機(jī)組選型、排布組合方案多，影響因素多維，追求全局最優(yōu)工作量巨大;
大規(guī)模風(fēng)場(chǎng)尾流影響等情況疊加，發(fā)電量很難精確評(píng)估;
送出方案設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式難以達(dá)到全局最優(yōu)。
如此龐大、復(fù)雜的風(fēng)電項(xiàng)目，如何進(jìn)行科學(xué)的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，以達(dá)到方案最優(yōu)，對(duì)于任何開發(fā)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)都是巨大的課題。
針對(duì)這些“疑難雜癥”，金風(fēng)科技依托多年、多專業(yè)，包括在測(cè)風(fēng)、仿真模型、方案設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)等方面縱向深入的技術(shù)積累，以GoldFarm三維數(shù)字化風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)平臺(tái)為一體化載體，打通前后臺(tái)的需求和技術(shù)，進(jìn)行大基地精細(xì)化規(guī)劃設(shè)計(jì)，層層尋優(yōu)，快速迭代，求解大基地項(xiàng)目全生命周期LCOE最優(yōu)。
項(xiàng)目風(fēng)資源的精準(zhǔn)把控
精細(xì)化測(cè)風(fēng)輸入
項(xiàng)目風(fēng)資源評(píng)估的準(zhǔn)確程度，直接影響度電成本測(cè)算的精度，大基地測(cè)風(fēng)工作又往往存在場(chǎng)區(qū)內(nèi)無(wú)測(cè)風(fēng)塔、測(cè)風(fēng)塔代表不足、測(cè)風(fēng)時(shí)段短和數(shù)據(jù)質(zhì)量差等問(wèn)題。
為解決精細(xì)化測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的輸入問(wèn)題，金風(fēng)科技開發(fā)了GoldWRF虛擬測(cè)風(fēng)塔解決方案，讓項(xiàng)目風(fēng)資源情況盡收眼底。
GoldWRF虛擬測(cè)風(fēng)塔技術(shù)是在精細(xì)地形、數(shù)據(jù)同化、參數(shù)化方案、集合預(yù)報(bào)、后處理算法5種技術(shù)上的迭代更新。通過(guò)金風(fēng)科技21年共2194座氣象站數(shù)據(jù)，6000多座測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)，28000多臺(tái)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)的迭代校正，GoldWRF模式的準(zhǔn)確性一直處于市場(chǎng)領(lǐng)先地位。
經(jīng)多個(gè)項(xiàng)目應(yīng)用反饋，GoldWRF虛擬測(cè)風(fēng)塔在平原上的平均風(fēng)速偏差不超過(guò)0.2m/s(超越概率P84)，山地項(xiàng)目不超過(guò)0.3m/s(超越概率P84)，復(fù)雜項(xiàng)目不超過(guò)0.4m/s(超越概率P75)。
無(wú)論是測(cè)風(fēng)不足完整年，還是場(chǎng)區(qū)特定點(diǎn)分析，GoldWRF都可定制化完成高精準(zhǔn)度中尺度分析，輸出可用于風(fēng)資源分析的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，為大基地區(qū)域大范圍精準(zhǔn)資源評(píng)估提供高效準(zhǔn)確的支持。
風(fēng)資源精細(xì)化評(píng)估，更精準(zhǔn)的尾流計(jì)算
常規(guī)的流體仿真商業(yè)軟件，受限于計(jì)算資源和欠缺對(duì)風(fēng)電行業(yè)了解等問(wèn)題，在算法內(nèi)核上不能保證復(fù)雜地形或特殊場(chǎng)景風(fēng)資源計(jì)算的精度。GoldFarm的風(fēng)資源評(píng)估模塊兼容WT流體方針成果，并能夠與金風(fēng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GoldFOAM進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?014年，金風(fēng)科技就開始進(jìn)行精準(zhǔn)風(fēng)場(chǎng)風(fēng)廓線、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、熱穩(wěn)定度、三維森林蓋層模型、WRF+CFD的深入研究，將成果集成到GoldFOAM中。用戶從而能夠?qū)Ω鞣N應(yīng)用場(chǎng)景更精準(zhǔn)干預(yù)和經(jīng)驗(yàn)控制，風(fēng)資源工程師也擁有了更大自主權(quán)。
對(duì)于大基地項(xiàng)目，平坦地形的大規(guī)模風(fēng)機(jī)排布，尾流影響預(yù)估不足是發(fā)電量難以評(píng)估準(zhǔn)確的重要因素。現(xiàn)行商業(yè)軟件通常采用半經(jīng)驗(yàn)公式方法(例如Park模型)評(píng)估尾流，其優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算速度快，缺點(diǎn)是應(yīng)用于多排的平原風(fēng)電場(chǎng)時(shí)會(huì)嚴(yán)重低估尾流損失，可能直接導(dǎo)致發(fā)電量計(jì)算不準(zhǔn)確，也可能影響機(jī)組正常運(yùn)行。
為此，金風(fēng)科技引入致動(dòng)盤(ADM)方法。ADM是通過(guò)使用體積力代替葉片的影響獲得風(fēng)力機(jī)周圍流場(chǎng)信息，從而評(píng)估風(fēng)機(jī)尾流影響的一種方法。相比傳統(tǒng)的半經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)物理現(xiàn)象的還原度更高，精度也更好;相比于一些精度更高的瞬態(tài)算法，又能較好地兼顧計(jì)算資源和效率。金風(fēng)科技開發(fā)的GoldwindDiskSource致動(dòng)盤模型，解決了目前廣泛使用的致動(dòng)盤模型不適用于風(fēng)電場(chǎng)尾流計(jì)算的問(wèn)題，GoldwindDiskSource可根據(jù)風(fēng)機(jī)功率曲線動(dòng)態(tài)判斷推力系數(shù)和功率系數(shù)，實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)與風(fēng)機(jī)的雙向耦合。
致動(dòng)盤尾流模型基于GoldFOAM平臺(tái)，在超算中心進(jìn)行計(jì)算，沒(méi)有計(jì)算資源的限制，網(wǎng)格總數(shù)可超過(guò)5.5億，機(jī)位點(diǎn)處加密網(wǎng)格尺寸小于2m，即風(fēng)機(jī)周圍2m尺度的最小的氣流情況都能捕捉到，同時(shí)考慮風(fēng)機(jī)、地形、風(fēng)場(chǎng)的相互作用，保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
高收益機(jī)型匹配與排布方案定制化設(shè)計(jì)
大基地項(xiàng)目開發(fā)規(guī)模巨大，各機(jī)位點(diǎn)風(fēng)資源差異性明顯，甚至單一機(jī)位點(diǎn)不同扇區(qū)風(fēng)資源也存在較大的差異性，傳統(tǒng)單一機(jī)型的風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)方式已經(jīng)無(wú)法適用。局部風(fēng)資源的差異化，要求風(fēng)電場(chǎng)中安裝的風(fēng)電機(jī)組必須實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)置(個(gè)性化的大部件、個(gè)性化的控制策略等)，因此需要進(jìn)行機(jī)型的逐點(diǎn)位匹配及整場(chǎng)排布方案的優(yōu)選。
首先是風(fēng)電機(jī)組選型的個(gè)性化。大基地的風(fēng)電機(jī)組如何科學(xué)且經(jīng)濟(jì)地選型，是一個(gè)棘手的問(wèn)題。不同的機(jī)型、塔筒組合有非常多的組合方案。另外，大基地項(xiàng)目可以擁有非常多的影響因素，如機(jī)型平臺(tái)、額定功率，全場(chǎng)容量，機(jī)組數(shù)量、輪轂高度等等，加之不同的目標(biāo)函數(shù)，如發(fā)電量、內(nèi)部收益率、度電成本等，將這些影響因素及目標(biāo)進(jìn)行組合，可以得到非常多種的場(chǎng)景。
其次是排布方案的個(gè)性化。若機(jī)型數(shù)量一定，機(jī)型平臺(tái)一定，機(jī)位點(diǎn)排布不定，額定功率不定，以發(fā)電量最大進(jìn)行尋優(yōu)。若是以度電成本最小進(jìn)行尋優(yōu)，以內(nèi)部收益率最大機(jī)型尋優(yōu)，會(huì)得出不同的排布版本，哪一個(gè)方案最優(yōu)?這個(gè)問(wèn)題不同角度來(lái)選擇答案可能不一而足。
由于可變的維度多，人工進(jìn)行工作量巨大，幾乎是不可能的。而常規(guī)的尋優(yōu)算法存在耗時(shí)長(zhǎng)、難收斂的情況。金風(fēng)與DTU合作開發(fā)了層次化的尋優(yōu)算法[MowFlot]以完成風(fēng)電場(chǎng)定制化設(shè)計(jì)，即以風(fēng)電場(chǎng)中潛在的機(jī)位點(diǎn)的風(fēng)資源狀況為輸入，通過(guò)定制不同機(jī)位點(diǎn)的機(jī)組配置及各機(jī)位點(diǎn)各扇區(qū)的控制策略為手段，使個(gè)性化的風(fēng)電機(jī)組充分發(fā)揮作用，并充分利用機(jī)位點(diǎn)差異化的風(fēng)資源狀況，使風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益最大化。
目前，該平臺(tái)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)在平坦地形及準(zhǔn)復(fù)雜地形(根據(jù)IEC61400-12-2中的地形評(píng)價(jià)等級(jí)，在III級(jí)以下)進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)排布優(yōu)化、風(fēng)電機(jī)組硬件配置的優(yōu)選(機(jī)型平臺(tái)、塔架高度、葉輪直徑等)、控制策略優(yōu)化(額定功率，延長(zhǎng)切出風(fēng)速等)，以及根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選取不同的優(yōu)化目標(biāo)，如IRR、AEP及初始投資等。
工程設(shè)計(jì)全局尋優(yōu)
從項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)備選型到工程設(shè)計(jì)，風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都與度電成本息息相關(guān)，也在極大程度地影響著開發(fā)商的內(nèi)部收益率。因此，市場(chǎng)形勢(shì)要求項(xiàng)目前期必須對(duì)項(xiàng)目度電成本進(jìn)行精細(xì)化測(cè)算，包括發(fā)電量、建設(shè)成本與運(yùn)維成本等。GOLDFARM圍繞著降低度電成本(LCOE)為核心目標(biāo)，從風(fēng)電整場(chǎng)排布方案優(yōu)選中嵌入了工程設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，針對(duì)于每一版本機(jī)位點(diǎn)排布，都進(jìn)行最優(yōu)的道路設(shè)計(jì)、最短線路設(shè)計(jì)，以及工程成本優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)全局經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的結(jié)果。
與多家知名設(shè)計(jì)院及科技公司合作，金風(fēng)科技力求實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，以軟件化取代 70%設(shè)計(jì)重復(fù)性、機(jī)械性的標(biāo)準(zhǔn)化圖紙?zhí)子煤腿斯ぶ茍D的工作，實(shí)現(xiàn)可行性研究報(bào)告、初步設(shè)計(jì)報(bào)告、施工圖設(shè)計(jì)，通過(guò)簡(jiǎn)潔人性化的軟件操作界面，僅輸入少量工程參數(shù)即可完成一鍵式成品出圖，并達(dá)到 90%工程質(zhì)量要求。
經(jīng)過(guò)二十余載的探索和積累，金風(fēng)科技更懂風(fēng)、更能把握風(fēng)資源。在大基地項(xiàng)目再次迎來(lái)建設(shè)高潮的今天，金風(fēng)科技將憑借數(shù)字化技術(shù)手段，為客戶提供更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐，為風(fēng)電大基地建設(shè)保駕護(hù)航。
