我國風(fēng)電場效率僅為75% 風(fēng)電系統(tǒng)優(yōu)化是關(guān)鍵

    近日，德勤發(fā)布《2014清潔能源行業(yè)報(bào)告：穩(wěn)步多元化發(fā)展》。報(bào)告在描述我國風(fēng)電行業(yè)現(xiàn)狀時指出，預(yù)計(jì)到2020年，我國風(fēng)電發(fā)電量可滿足約6%的用電需求，但目前的一大問題是風(fēng)電利用效率低下，棄風(fēng)率嚴(yán)重。

    風(fēng)電利用效率和風(fēng)電消納是業(yè)界長期存在的難題，涉及的原因復(fù)雜多樣，而優(yōu)化風(fēng)電系統(tǒng)，提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行效率，增大投入產(chǎn)出比，在一定程度上可以緩解風(fēng)電利用效率不高、“棄風(fēng)”等頑疾，也為風(fēng)電機(jī)組更為穩(wěn)定長久的運(yùn)行創(chuàng)造條件。

    效益最大化是風(fēng)電系統(tǒng)優(yōu)化前提

    從國內(nèi)已建成的風(fēng)電場來看，幾位專家指出，其實(shí)際運(yùn)行效果往往低于設(shè)計(jì)的指標(biāo)。例如，國際上風(fēng)電場效率可達(dá)到95%~98%，而我國只有約75%。產(chǎn)生這一情況的原因有很多，包括風(fēng)電場設(shè)計(jì)時風(fēng)資源評估結(jié)果與實(shí)際的偏差，但其中一個主要原因是對風(fēng)電機(jī)組的選型優(yōu)化較為粗糙。

    風(fēng)電系統(tǒng)的優(yōu)化是風(fēng)電開發(fā)中的一個重要環(huán)節(jié)。首先涉及到風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化選型，這需要根據(jù)風(fēng)電場的具體情況，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組的功率特性，以及一些特定條件，比如臺風(fēng)、溫度等，綜合考慮。華北電力科學(xué)研究院副總工程師范偉等專家認(rèn)為，目前風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化選型中，一般以容量系數(shù)、發(fā)電量、單位千瓦掃風(fēng)面積等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)，再建立相應(yīng)模型進(jìn)行分析，從而在現(xiàn)有機(jī)型中作出選擇，實(shí)際上，這些方法應(yīng)該從風(fēng)電場整個壽命周期的效益最大化角度進(jìn)行考慮。

    風(fēng)電系統(tǒng)的優(yōu)化，其實(shí)從風(fēng)電發(fā)展一開始就受到關(guān)注，也可以說是風(fēng)電最基礎(chǔ)的一個方面。優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組及其系統(tǒng)的運(yùn)行、控制、維護(hù)等等，使其獲得更高的效率，產(chǎn)生更大的效益，始終是業(yè)界致力的主要目標(biāo)之一。

    近期海上風(fēng)電呼聲很高，但它同樣離不開系統(tǒng)優(yōu)化。據(jù)中國科學(xué)院院士王錫凡介紹，海上風(fēng)電系統(tǒng)包括風(fēng)電機(jī)群、集電系統(tǒng)和輸電系統(tǒng)，從內(nèi)容上看，海上風(fēng)電系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃包括系統(tǒng)評估、優(yōu)化模型與算法，從規(guī)劃層次看，海上風(fēng)電系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃可分為三個層次：風(fēng)電機(jī)組布局優(yōu)化、集電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接線規(guī)劃、輸電系統(tǒng)規(guī)劃。優(yōu)化的目標(biāo)是綜合經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)，而綜合經(jīng)濟(jì)評估主要包括成本核算、收益分析、網(wǎng)損及可靠性評估等。

    三個層次的優(yōu)化重點(diǎn)各有不同。王錫凡指出，風(fēng)電機(jī)組布局優(yōu)化以收益分析為主，集電和輸電系統(tǒng)規(guī)劃以成本核算為重點(diǎn)。比如，風(fēng)電機(jī)組布局優(yōu)化是指在給定風(fēng)電場區(qū)域、風(fēng)能情況、風(fēng)電機(jī)組臺數(shù)和型號后，優(yōu)化各臺風(fēng)電機(jī)組的布局位置，使尾流效應(yīng)的影響盡可能降到最低。

    但在王錫凡看來，當(dāng)前海上風(fēng)電系統(tǒng)規(guī)劃尚未形成完整體系，可靠性評估較為粗略，缺乏完善的評估方法與指標(biāo)，適用于海上風(fēng)電系統(tǒng)規(guī)劃的優(yōu)化方法還需要探索。

    利用激光雷達(dá)優(yōu)化風(fēng)機(jī)性能

    “針對風(fēng)電的各個階段，開發(fā)、調(diào)試、運(yùn)維等，有地面的激光雷達(dá)、掃描的激光雷達(dá)，還有漂浮的激光雷達(dá)等，可以說涵蓋了風(fēng)電場的整個生命周期。在優(yōu)化風(fēng)機(jī)性能、實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)監(jiān)控等方面，激光雷達(dá)大有用武之地。”法國萊維塞爾科技有限公司產(chǎn)品市場主管DavidLangohr說。

    作為一種高科技產(chǎn)品，激光雷達(dá)的應(yīng)用，使得風(fēng)電機(jī)組的智能控制技術(shù)越來越細(xì)化。新疆金風(fēng)科技有限公司的一位工程師在談到風(fēng)電單機(jī)時，認(rèn)為可以使用先進(jìn)的激光雷達(dá)測風(fēng)技術(shù)，對風(fēng)機(jī)及其周圍的風(fēng)速進(jìn)行實(shí)時測量和分析，用于實(shí)現(xiàn)智能預(yù)測控制，偏航位置校正及風(fēng)電場的協(xié)調(diào)控制。同時對關(guān)鍵部件載荷實(shí)施監(jiān)控，對載荷計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，使得風(fēng)機(jī)的控制更加智能。在此基礎(chǔ)上，還能實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的集群協(xié)調(diào)控制，并且基于大量的海量歷史數(shù)據(jù)，對風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和控制進(jìn)行優(yōu)化。總之，這樣可以帶來更多發(fā)電量，創(chuàng)造更多的利潤。

    即使是在一些比較惡劣的天氣情況下，激光雷達(dá)照樣不會受到大的影響，同時也增加了數(shù)據(jù)的可靠性，節(jié)省了時間，降低了成本。

    “風(fēng)電機(jī)組開始運(yùn)行之后，通過激光雷達(dá)和CFD技術(shù)等可以降低能源損耗，提高每臺風(fēng)機(jī)的發(fā)電量，延長風(fēng)機(jī)的壽命。基于激光雷達(dá)，能夠使風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)電量功率得到優(yōu)化。”法國明波公司(MeteoPole)首席執(zhí)行官卡卡說。

    在分析風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量不足的原因時，卡卡認(rèn)為是風(fēng)機(jī)葉片的偏航誤差導(dǎo)致，通過實(shí)驗(yàn)，荷蘭的風(fēng)能研究中心已經(jīng)確認(rèn)偏航誤差和發(fā)電量損耗的關(guān)系。這就需要用激光雷達(dá)來校正。

    “用一臺激光雷達(dá)可以優(yōu)化很多臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)。原本需要通過5天不斷去測量偏航誤差，使用激光雷達(dá)，只需幾分鐘，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)因策就優(yōu)化了。一臺激光雷達(dá)一年之內(nèi)可以優(yōu)化50臺以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，投資回報(bào)率很高很快。”卡卡說。

    隨著風(fēng)力發(fā)電在我國越來越廣泛，風(fēng)電系統(tǒng)優(yōu)化必將越來越受重視。<