瑞科科技公司张驰:海上风能资源分布机组选型及开发思路探讨

能见App 2023年10月17日 23809

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。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,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见App全程直播本次大会。

10月17日上午,瑞科科技公司张驰在“风资源技术论坛上”发表了题目为《海上风能资源分布机组选型及开发思路探讨》的主旨发言。

以下为演讲全文:

    各位领导、各位同仁,大家上午好!本次我分享的主题是《海上风能资源分布机组选型及开发思路探讨》,分为三个部分:海上资源分布分析、极端风况下资源特性、开发阶段资源评估经验探讨。

    海上资源分布分析,这里展示的是我国和欧美近海海域资源分布的区别,左边的图可以看到欧洲北海、波罗的海大部分区域,平均风速可以达到9m/S左右。同时,这片区域也是面临台风极端风况,从资源储量上来看中国海上风电要略逊于欧洲和美国。

    接下来针对海域资源进行分析,左边的图对四大海域进行范围的示意图,右边是联合国内外机构和实测数据做的高精度资源图谱。渤海海域受到大连和秦皇岛山脊的影响,所以要优于周边的海域。黄海海域、东海海域北部资源条件一般,差不多是在7.5m/S,东海靠近台湾海峡平均风速受到台湾的影响,平均风速能够到10m/S以上,南海海域平均分布也是比较分散,基本上是6.5-10m/S。

    接下来以实测数据进行分析,这是在全球各地实施测风塔。海上测风设备,大部分采用的是激光雷达进行测风,这是现场的照片(PPT)。

    下面也是展示漂浮雷达安装后的视频,它是直径10米的浮体。接下来是对漂浮雷达实际数据的分析,辽宁营口测下来是8.5m/s,黄海山东烟台、连云港是7.5m/s,风向相较于渤海略为分散。东海北部以及南海海域,靠近台湾海峡的区域整体集中,风速在8.5-10m/s。广西风速是7-8m/s左右,这些数据大概是满足一两个完整年,数据完整率大于95%。

    极端风况下的资源特性,这里主要指的是台风,选取14座台风影响的海上漂浮雷达观测点,一共观测到12场台风,总共统计33个数据进行分析。

    首先做的是雷达数据可靠性,以台风过境风速图进行对比,我们对比的是同时期的风速和持续图。由于受到台风强降雨的影响,导致激光能量损失加大,所以在台风影响期间有雷达数据会缺失,但是整体的情况比较好,基本上可以说是抵抗住了台风。

    接下来展示的是台风期间风速和风向的变化,三场台风都是2023年,第一个台风“小犬”,这是超百年难一遇的风速,这场台风经过台湾后已经有所减弱,观测到的风速不到30m/s。包括像“泰利”,我们观测到它的风向分布计划,采用L型的特征,风向是沿着顺时针和逆时针偏转,并且会出现短时间内较大偏转的特征。

    风切片指数,台风期间要小于正常期间,下面的图(PPT)展示“泰利”台风时间序列图,台风眼经过的地方,风切片指数下降接近于0的趋势。它和台风的垂直结构,也有一定的关系。

    对于湍流强度的分析,台风要高于正常的时间,风速达到一定的程度,海浪存在会使海面的粗糙度变大。

    空气密度对比,它中位值要低于正常区间,因为台风是低气压系统,根据公式可以看到气压对空气密度的影响是非常大的。

    这章节的背后对极端天气下做总结,主要是看对于以上资源特性的总结延伸机组选型的建议。一是要根据历史台风强度和频次选择对应的机型;二是台风不仅仅带来破坏性的风速,也是蕴含巨大的能量,可以根据风的特性深入理解台风的特征,调整对台风的控制策略。

    开发阶段资源评估经验探讨,第一部分重点强调侧风的重要性,风速的大小对项目的收益率影响都是非常大的,并且国内大部分海域风能资源优于模拟评估,并且存在明显的分布不均,主要是不同地区的风速差别比较大。我们要重视前期的测风,也展示了几种观测手段,第一种是测风塔,第二种是平台上放激光雷达的方式,第三种是采用漂浮式激光雷达的方式。第三种相较于前两种不需要基础建设,成本会有降低。

    前面几位专家重点讲到尾流,我们以实际的测风案例给大家分享,关于海上风电场尾流低估的现象。红色是项目范围,周边有两个测风塔,观测的时间分别是在周边风电场建设前,以及建设后。统计年平均风速,1号塔是7.23m/s,当然这个风速排除大小分年的影响。从观测的结果可以看到,场区内由于风电场的影响,到底年平均风速降低0.6m/s,我们通过一些尾流模型计算这样的现象,分别采用Park模型和dawm模型,dawm模型处理更有优势。

    右边的表格中尾流折减是指漂浮式雷达位置放置一台风机,导致发电量损失。可以看到第四个模型尾流折减在10%以上,这个风电场投运之后受到影响,发电量损失会在10%以上。右边的图,分享由于风电场扎堆建设会导致一个现象,这是德国风盗窃的案件,风电场上面又新建一个风电场,这个情况会存在监管的空白,所以我们做海上风电场的时候要关注周边风电场的影响,这些因素会导致风电场投入之后增加发电量不达预期的风险。

    考虑各个海域不同的情况选择机型,可以看到主流的机型都是在10兆瓦以上,换算发电小时数差异大概是5%-8%。

    内容总结,一是要关注测风的重要性;也要关注海上尾流低估的现象;三是考虑各个海域不同的资源特性,选取合适的机型。

    以上就是我的分享,谢谢各位领导的聆听。

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)