三峡集团易侃:海上风能资源评估及发电量计算中的技术挑战与创新

能见App 2021年10月20日 2534

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

在19日下午召开的风资源精细化评估论坛上,中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院专业师易侃发表了题为《海上风能资源评估及发电量计算中的技术挑战与创新》的主题演讲。

以下为演讲实录:

易侃:今天我汇报题目是“海上风能资源评估及发电量计算中的技术挑战与创新”,相对于前两位专家来说方向比较宏观一点,从这几个方面简单介绍一下,一个是技术挑战。第二三峡集团在风资源评估这块开展以及计划开展的创新实践。最后是我们的思考。

我们重视海上风资源,是从三个方面来考虑。第一,我们认为海上风资源评估它其实面临更加复杂的基础条件,一个是海上观测本身成本难度比较高。第二,海上观测本身起步晚,基础数据也比较少,所以基础条件对于风资源来说我认为是更差的。第二,它也有一定的技术复杂度,技术难度,一个是海上面临海气相互作用的对风流场的影响,还有就是台风影响。第三,从整个需求角度来讲,在我们海上风电平价化发展趋势下,对海上风电降本提效压力比较大,我们从各个技术环节都强调技术创新。

第二,因为做风资源长期年代也是一个问题,面临一个长期年代站的一个数据缺失,海上的面临的代表性和环境也是比较大,这是两个气象参证站,受到环境影响,逐年风速变化是很难作为我们代表人订正的一个参考。

在基础数据比较缺失情况下,现在的主流风资源评估建模方法和设计工具应用上有它的局限性,从线性模型和计算力学模型来讲,对于缺测的数据有一定难度,第二都是基于相对比较简化一些空气动力学原理。对于我们现在海上场区内测风塔需要做远距离推算,对于一些中尺度过程没有办法捕捉。第三,整个面对深远海技术问题,从观测手段到关心的一些技术难题应用场景都有一些局限。现在大家提的,在这种背景下,中尺度数据依赖越来越强,现在看到所有海上风资源评估都要用到中尺度数据应用,我们对于中尺度数据产品应用没有一个特别明确的规范,准确性难以得到保障。

这两张图,一个是中尺度数据和风资源风速相关性分析,还有年平均风速比对,从这张图可以看到,它不是一个很好的参考点,这两个从相关性来讲,或者从时间序列变化来讲,其实两个还是有比较大偏差的,但是这两个案例又都是实实在在的海上风电应用了,大家觉得这样的数据也没有办法,只能这样应用,既然谈发电量不确定度,如果没有一个明确的规范,怎么样的资料可以资料,怎么样的资料偏差比较大的,这个规范没有,带来不确定性还是很大的,我们也做了中尺度相关的分析,从海上案例来讲,现在中尺度气象模型偏差平均应该还是在10%左右,部分案例达到20%以上,当然这后面对于中尺度模型本身研究还需要进一步加强。

刚才讲的主要是从风资源评估,从风资源过渡到发电量主要考虑的是关于尾流计算这块,我们通过前期建成海上风电场做后评估去评价一下实际尾流带来发电量它的影响,可以看到,我们现在散点图反应的是一个实际通过现役风电场尾流折解的规律,线性图对于尾流模型的计算结构,比较的话还是存在一定偏差的,当然这里面需要对尾流计算,也是一个进一步需要加强的东西。

另外刚才讲的是尾流从损耗的分布,我们对于尾流叠加模型也做了一些研究,这个图反映的是我们在这个尾流,从来流风速到第一排风机,到后风机带来的功率损耗可以看到,按照现在尾流叠加方法,它的功率损耗基本上随着风机排数往后,尾流损耗逐渐往下的,但是我们实测数据来看,实际上尾流损耗到第三排风机有一个上升的过程,初步分析是因为第二排尾流带来的湍流强度增强,是可以对整个场尾流有一个能量补充,所以第三排尾流损耗不一定比第二排就更高,这一块,因为我们用的数据量相对比较有限,后续也需要进一步多的案例来做支撑。

最后关于海上风电大基地,风电场间的尾流评估影响,现在海上风电场基本上单体规模都要往百万规模发展了,现在尾流模型还适不适用,它现在的尾流损耗在海上受到不同的稳定度影响,它的影响范围相对于陆上还是更大,风电场间的尾流影响怎么评价,我认为设计领域还没有一个大家共识的方法。

另外从建模角度,我们也是看气象建模本身涉及到不同尺度,都有相应的应用场景和相应模型,我们在数值建模这一块主要关心的也是从中尺度到微尺度这一块的过度,中尺度这一块刘工讲的比较多,现在中尺度应用特别多,但是大部分应用还是以再分析资料去做分析为主,像刘工做的多尺度嵌套做得比较细,中尺度应用针对我国不同的海洋环境,它的整个从参数方案选择到订正,这些都需要进一步去加强,它不是一个拿着资料就能够去用的工具,而是需要对整个机理计算过程有了解之后,了解它的适用性和不足,根据特定场景去做建模分析的工具。

我们主要做海上风资源评估,在海上作业做数值模拟,对于海洋环境也不可能不考虑,所以我们现在也在搭建区域海洋海浪、大气耦合的数值模拟系统,也是在中尺度模型基础上与区域海洋模式,海浪模式做耦合,来做风资源以及后续的海洋水文的分析,因为在海上海期相互作用,特别波浪海洋边界层对大气分布线的影响也是不容忽视的一个问题。   

最后也讲一下我们对海上风资源评估的一个基本的想法,或者说前景展望。从技术创新角度来讲,海上风资源评估应该从三方面增加科技投入。一是在新型观测手段方面,需要借助更加灵活、方便的漂浮式激光雷达观测设备提前开展测风工作。二是重视数据的管理以及数据的再分析和挖掘相关的服务,我们也倡导有相关数据资源的企业,联合起来做技术创新合作,把我国海洋环境,海洋气象问题梳理的更清楚更明确。三是项目技术总结和后评价工作在海上风电全生命周期的技术创新中发挥了重要作用,也希望各位同仁能够以更加开放的态度去迎接新技术、新理念、新方法的应用。

 

(根据速记整理,未经本人审核)