數(shù)字化三維風電場設計產(chǎn)品如何在國內(nèi)首個“風電大基地”顯神通？

• 2019年7月4日 YaoEnHua來源：國際新能源網(wǎng) 1060 67
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塞罕壩，蒙語中意為“美麗的地方”。國內(nèi)首個“風電大基地”在這里催生。如今，隨著政策回暖，跨區(qū)域遠距離高壓通道輸送建設，風電外送及消納問題逐步解決，大基地項目再次迎來建設高潮。與此同時，大基地項目的規(guī)劃、設計和建設過程中遇到的各種新情況也給建設者們提出

塞罕壩，蒙語中意為“美麗的地方”。國內(nèi)首個“風電大基地”在這里催生。如今，隨著政策回暖，跨區(qū)域遠距離高壓通道輸送建設，風電外送及消納問題逐步解決，大基地項目再次迎來建設高潮。與此同時，大基地項目的規(guī)劃、設計和建設過程中遇到的各種新情況也給建設者們提出了新的挑戰(zhàn)。

大基地規(guī)劃設計的難點

地理范圍大、局部地形復雜，限制因素較多，各細分區(qū)域風資源情況差異大;

未確定開發(fā)主體的項目缺乏前期測風數(shù)據(jù);

整場機組選型、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)模風場尾流影響等情況疊加，發(fā)電量很難精確評估;

送出方案設計周期長，傳統(tǒng)設計方式難以達到全局最優(yōu)。

如此龐大、復雜的風電項目，如何進行科學的整體規(guī)劃設計，以達到方案最優(yōu)，對于任何開發(fā)團隊來說都是巨大的課題。

針對這些“疑難雜癥”，金風科技依托多年、多專業(yè)，包括在測風、仿真模型、方案設計、工程設計等方面縱向深入的技術積累，以GoldFarm三維數(shù)字化風電場規(guī)劃設計平臺為一體化載體，打通前后臺的需求和技術，進行大基地精細化規(guī)劃設計，層層尋優(yōu)，快速迭代，求解大基地項目全生命周期LCOE最優(yōu)。

項目風資源的精準把控

精細化測風輸入

項目風資源評估的準確程度，直接影響度電成本測算的精度，大基地測風工作又往往存在場區(qū)內(nèi)無測風塔、測風塔代表不足、測風時段短和數(shù)據(jù)質量差等問題。

為解決精細化測風數(shù)據(jù)的輸入問題，金風科技開發(fā)了GoldWRF虛擬測風塔解決方案，讓項目風資源情況盡收眼底。

GoldWRF虛擬測風塔技術是在精細地形、數(shù)據(jù)同化、參數(shù)化方案、集合預報、后處理算法5種技術上的迭代更新。通過金風科技21年共2194座氣象站數(shù)據(jù)，6000多座測風塔數(shù)據(jù)，28000多臺風機數(shù)據(jù)的迭代校正，GoldWRF模式的準確性一直處于市場領先地位。

經(jīng)多個項目應用反饋，GoldWRF虛擬測風塔在平原上的平均風速偏差不超過0.2m/s(超越概率P84)，山地項目不超過0.3m/s(超越概率P84)，復雜項目不超過0.4m/s(超越概率P75)。

無論是測風不足完整年，還是場區(qū)特定點分析，GoldWRF都可定制化完成高精準度中尺度分析，輸出可用于風資源分析的時間序列數(shù)據(jù)，為大基地區(qū)域大范圍精準資源評估提供高效準確的支持。

風資源精細化評估，更精準的尾流計算

常規(guī)的流體仿真商業(yè)軟件，受限于計算資源和欠缺對風電行業(yè)了解等問題，在算法內(nèi)核上不能保證復雜地形或特殊場景風資源計算的精度。GoldFarm的風資源評估模塊兼容WT流體方針成果，并能夠與金風自主知識產(chǎn)權的GoldFOAM進行橫向對比。2014年，金風科技就開始進行精準風場風廓線、非結構網(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。用戶從而能夠對各種應用場景更精準干預和經(jīng)驗控制，風資源工程師也擁有了更大自主權。

對于大基地項目，平坦地形的大規(guī)模風機排布，尾流影響預估不足是發(fā)電量難以評估準確的重要因素。現(xiàn)行商業(yè)軟件通常采用半經(jīng)驗公式方法(例如Park模型)評估尾流，其優(yōu)點在于計算速度快，缺點是應用于多排的平原風電場時會嚴重低估尾流損失，可能直接導致發(fā)電量計算不準確，也可能影響機組正常運行。

為此，金風科技引入致動盤(ADM)方法。ADM是通過使用體積力代替葉片的影響獲得風力機周圍流場信息，從而評估風機尾流影響的一種方法。相比傳統(tǒng)的半經(jīng)驗公式，對物理現(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，又能較好地兼顧計算資源和效率。金風科技開發(fā)的GoldwindDiskSource致動盤模型，解決了目前廣泛使用的致動盤模型不適用于風電場尾流計算的問題，GoldwindDiskSource可根據(jù)風機功率曲線動態(tài)判斷推力系數(shù)和功率系數(shù)，實現(xiàn)流場與風機的雙向耦合。

致動盤尾流模型基于GoldFOAM平臺，在超算中心進行計算，沒有計算資源的限制，網(wǎng)格總數(shù)可超過5.5億，機位點處加密網(wǎng)格尺寸小于2m，即風機周圍2m尺度的最小的氣流情況都能捕捉到，同時考慮風機、地形、風場的相互作用，保證計算結果的準確性。

高收益機型匹配與排布方案定制化設計

大基地項目開發(fā)規(guī)模巨大，各機位點風資源差異性明顯，甚至單一機位點不同扇區(qū)風資源也存在較大的差異性，傳統(tǒng)單一機型的風電場設計方式已經(jīng)無法適用。局部風資源的差異化，要求風電場中安裝的風電機組必須實現(xiàn)個性化設置(個性化的大部件、個性化的控制策略等)，因此需要進行機型的逐點位匹配及整場排布方案的優(yōu)選。

首先是風電機組選型的個性化。大基地的風電機組如何科學且經(jīng)濟地選型，是一個棘手的問題。不同的機型、塔筒組合有非常多的組合方案。另外，大基地項目可以擁有非常多的影響因素，如機型平臺、額定功率，全場容量，機組數(shù)量、輪轂高度等等，加之不同的目標函數(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進行組合，可以得到非常多種的場景。

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