三一重能颜灵伟:大基地项目风资源评估不确定因素分析及相关案例

能见APP 2021年10月20日 3541

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,三一重能股份有限公司解决方案中心高级营销技术经理颜灵伟发表了题为《大基地项目风资源评估不确定因素分析及相关案例》的主题演讲。

以下为演讲实录:

颜灵伟:各位专家大家下午好,我是来自三一重能股份有限公司颜灵伟。

第一部分,老生常谈聊一聊风资源评估过程中的不确定性因素,作为风资源工作者,大家每天都在和不确定性打交道,我们无论前期测风仪器误差,还是风资源工程师拿到数据之后进行异常数据的剔除以及刚才几位专家提到的数据插补,都是带着不确定性,当我们处理完数据之后放到常用商业软件里边进行计算的时候,尾流模型,包括CFD计算的一个水平,或者垂直外推的分流模型,以及整机厂家比较关心的湍流模型,这些都会带来计算模型上的不确定度,还有一点体现在平时常用的折检上面,还有功率曲线的表现,以及风电场设计好了之后场内的电气损耗,包括我们的环境影响以及上网点网限电等等,前几年因为限电三北停滞了好多年,这些都是影响不确定性的相关因素。

在2019年之后,因为我们三北地区消纳得到了非常好的改善,所以基地项目逐渐成为了我们风资源开发的一个主要的方式,当然很多年前就是基地项目,从2019年到2020年到现在又回归到三北大基地的评估,但是大基地场区面积比较大,机位排布比较多,所以出现到不确定误差的时候带来损失也是比较大的。

现在的开发有个特点,每天都在赶着跑,我们政府催的时间节点很紧,为我们前期测风工作时间就压缩的比较短。所以这个时候研究基地项目的不确定性一个分析,是尤其更为重要的,下面结合一些具体案例进行分析,在结合案例之前我还是想和各位专家汇报一下三一做的数据插补和长期订正的结果,相比运达的工作,我们工作量,工作深度浅了一些,我们搜集到了三北地区25座测风时间超过3年以上的数据插补和长期订正实验,如果使用半年以上的,6个月以上数据进行数据插补,25座偏差率2.9%左右,这是风速便差率,在切变和湍流差别比较小了,对于切变和湍流关系到风机载荷的计算,半年以上的数据是可以接受的,从风速影响发电量程度来讲,半年以上的数据,发电量差100到200个小时,我们认为也是可以参考个的。

在长期订正方面我们使用了9种长期订正的方法,然后通过结果来看,因为刚才陈工也讲到了,分批分布K值直接影响到发电量结果,从算法对比结果来看,其中比值法,它没有改变分批分布的形状,K值的变化比较小,或者说基本上没有变化,得到的整体偏差来说比较小的,另外我们做长期订正过程当中,发现了相关性比较差的项目,如果我们订正之后的结果,还不如直接用完整年的结果得到偏差更小,所以我们得到另一个结论,如果它的相关性比较差的时候,直接用完整性数据算的结果更靠谱一些。

下面是关于风数据不确定性的一个案例,这个项目是新疆高风速项目,在投标阶段只有位于风场的西北角一座测风塔,也是整个场区最高点,1号测风塔,平均风速8米39,当然经过插补之后的数据,从推到机位点,风速大概7米到8米之间,其中超过8米每秒风速只有两个机位,大部分厂家选用了面积比较大的三类机型,也有少部分厂家选了风速比较高几个点位选用了二类机型。但是到了项目实际现场微观选址阶段,这时候1号测风塔已经用了9个月数据,又获得了2号测风塔的数据,这个时候1号测风塔插补得到9.5的风速,我们认为这个场区风速变化太大了,这两个测风塔也不足以代表整个场区,觉得影响我们前期的选形,我们也购买到了两个附近气象站数据,进行了一个长期风速研究,两个气象站数据大概有30年的长期观测,应该是28年长期数据观测,通过气象站及时分布来推算气象站最大风速,进而我们参考气象站数据和测风塔实测数据推算出了每个机位点的风速,50年遇的最大风速,36个机位小于40米每秒的,最大的达到44.8%,它在微观选址阶段我们又把它换成了一类的机型。

下一个是风资源评估遇到更常见的情况,就是因为计算模型不确定性导致发电量高估或者低估,这个案例是高估,甘肃的丘陵项目,当时只有3座测风塔,其他的都在测风塔超过3km,很多机位都是在可以看到的范围之外的。这是我在后期在场内业主又重新补立了7座测风塔,一共10座测风塔结果,从3塔结果和10塔结果来看,小时数相差200个多个小时以上,资金内部收益率6.58%降低到了4.78%,对于这个项目造成了颠覆性投资决策影响。

还是计算模型的不确定性,这是我们经常现在很多人都在研究的尾流低估情况,载荷也会进行低估,对于尾流的影响有两个方面,一个方面针对我们单机尾流,常规用的pack模型线性等距模型,我们有一些比较更贴近于实际的模型,当然增加了计算量,另外就是新版WT借用了气象学的原理,出现了一些新的模型,当然我们三一重能这去年也结合项目对原有的尾流叠加模型进行了考虑范围上的优化改进,推出了三一只有的解决大基地项目的尾流模型,这是对内蒙某投产项目的后评估结果,后评估结果也有很多不确定性,从数据结果上来看,考虑大规模风机叠加的结果误差大概在1%左右,常规模型误差是在4到5%左右。

前面说的都是资源评估过程中的不确定性,最后分享一下风资源工程师也是经常做的工作,微观选址工作带来的不确定性,还是从具体案例出发,这是蒙东大基地项目,规划总装机量100万KW,一共排布了367个机位,它的轮毂高度风速6.8%,选用三类机型是没有问题的,但是我们评估的时候发现有一些机位布置了不是很合理,我们组织了风资源专业人员对现场进行了因素排查,从排查结果来看,场区A限制因素比较多的,经过初步的核查由原来70个机位受到影响比较大,不能继续使用,场区B,有一些林地、农田,还有牧民独立房屋这些情况导致40个机位不能应用。所以排查下来对整个区域进行了重新布机,最后总数A场区是150个,B场区119个,总共269个,所以结合我们项目容量再结合现在机位限制,最后必须要使用4.2兆瓦以上的机型才能满足项目总装机容量需求,项目最终也是由包括三一重能4家单位进行了组机提供,包括4.5兆瓦机型,4.8兆瓦机型以及5.0兆瓦机型。

针对我以上一个分享总结和建议。首先测风时长不够,和测风塔代表性不足,代表计算模型和风数据不确定性,导致评估过高或者过低,评估过高使得业主投资决策不了乐观,过低的时候过于悲观,我们现在资源越来越少,还是要尽量去多做一些项目,又有3060这个目标在后边推动着,所以导致悲观也不好,导致我们厂家选型过于激进,导致安全性出现问题,也不是很好的结果。

第二点,传统的常规尾流模型不再适用打击敌项目多机位尾流叠加效应,我们业内有很多机构在做,但是好像关于湍流这没有过多研究,我也是提一下,这块应该有更多研究。

第三,相比南方山地项目,三北地区项目没有那么多限制因素,但是从实际项目来看,它们同样有很多选址的限制因素,对于现场微观选址也是比较重要的。

最后提几点建议。第一,很多年都在提的,要重视测风选址和微观选址工作,说是这么说。我们有很多业主受于压力,不得不把工作压缩。第二,关于大基地项目限制性因素排查问题。第三,也是行业和风资源专委会现在正在做的事情,通过风资源的精细化评估,包括前面专家讲到的WRF降尺度方法,以及CFD方法,以及尾流模型改进方法,来把风资源不确定性降到最低化,来为我们投资决策做参考。

(根据速记整理,未经本人审核)