近日，德勤發(fā)布《2014清潔能源行業(yè)報告：穩步多元化發(fā)展》。報告在描述我國風(fēng)電行業(yè)現狀時(shí)指出，預計到2020年，我國風(fēng)電發(fā)電量可滿(mǎn)足約6%的用電需求，但目前的一大問(wèn)題是風(fēng)電利用效率低下，棄風(fēng)率嚴重。
風(fēng)電利用效率和風(fēng)電消納是業(yè)界長(cháng)期存在的難題，涉及的原因復雜多樣，而優(yōu)化風(fēng)電系統，提高風(fēng)電機組運行效率，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)電機組更為穩定長(cháng)久的運行創(chuàng )造條件。
效益最大化是風(fēng)電系統優(yōu)化前提
從國內已建成的風(fēng)電場(chǎng)來(lái)看，幾位專(zhuān)家指出，其實(shí)際運行效果往往低于設計的指標。例如，國際上風(fēng)電場(chǎng)效率可達到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(chǎng)設計時(shí)風(fēng)資源評估結果與實(shí)際的偏差，但其中一個(gè)主要原因是對風(fēng)電機組的選型優(yōu)化較為粗糙。
風(fēng)電系統的優(yōu)化是風(fēng)電開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要環(huán)節。首先涉及到風(fēng)電機組的優(yōu)化選型，這需要根據風(fēng)電場(chǎng)的具體情況，結合風(fēng)電機組的功率特性，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(zhuān)家認為，目前風(fēng)電機組優(yōu)化選型中，一般以容量系數、發(fā)電量、單位千瓦掃風(fēng)面積等技術(shù)經(jīng)濟指標作為優(yōu)化目標，再建立相應模型進(jìn)行分析，從而在現有機型中作出選擇，實(shí)際上，這些方法應該從風(fēng)電場(chǎng)整個(gè)壽命周期的效益最大化角度進(jìn)行考慮。
風(fēng)電系統的優(yōu)化，其實(shí)從風(fēng)電發(fā)展一開(kāi)始就受到關(guān)注，也可以說(shuō)是風(fēng)電最基礎的一個(gè)方面。優(yōu)化風(fēng)電機組及其系統的運行、控制、維護等等，使其獲得更高的效率，產(chǎn)生更大的效益，始終是業(yè)界致力的主要目標之一。
近期海上風(fēng)電呼聲很高，但它同樣離不開(kāi)系統優(yōu)化。據中國科學(xué)院院士王錫凡介紹，海上風(fēng)電系統包括風(fēng)電機群、集電系統和輸電系統，從內容上看，海上風(fēng)電系統優(yōu)化規劃包括系統評估、優(yōu)化模型與算法，從規劃層次看，海上風(fēng)電系統優(yōu)化規劃可分為三個(gè)層次：風(fēng)電機組布局優(yōu)化、集電系統網(wǎng)絡(luò )接線(xiàn)規劃、輸電系統規劃。優(yōu)化的目標是綜合經(jīng)濟效益最優(yōu)，而綜合經(jīng)濟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(gè)層次的優(yōu)化重點(diǎn)各有不同。王錫凡指出，風(fēng)電機組布局優(yōu)化以收益分析為主，集電和輸電系統規劃以成本核算為重點(diǎn)。比如，風(fēng)電機組布局優(yōu)化是指在給定風(fēng)電場(chǎng)區域、風(fēng)能情況、風(fēng)電機組臺數和型號后，優(yōu)化各臺風(fēng)電機組的布局位置，使尾流效應的影響盡可能降到最低。
但在王錫凡看來(lái)，當前海上風(fēng)電系統規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，適用于海上風(fēng)電系統規劃的優(yōu)化方法還需要探索。
利用激光雷達優(yōu)化風(fēng)機性能
“針對風(fēng)電的各個(gè)階段，開(kāi)發(fā)、調試、運維等，有地面的激光雷達、掃描的激光雷達，還有漂浮的激光雷達等，可以說(shuō)涵蓋了風(fēng)電場(chǎng)的整個(gè)生命周期。在優(yōu)化風(fēng)機性能、實(shí)現風(fēng)機監控等方面，激光雷達大有用武之地。”法國萊維塞爾科技有限公司產(chǎn)品市場(chǎng)主管DavidLangohr說(shuō)。
作為一種高科技產(chǎn)品，激光雷達的應用，使得風(fēng)電機組的智能控制技術(shù)越來(lái)越細化。新疆金風(fēng)科技有限公司的一位工程師在談到風(fēng)電單機時(shí)，認為可以使用先進(jìn)的激光雷達測風(fēng)技術(shù)，對風(fēng)機及其周?chē)娘L(fēng)速進(jìn)行實(shí)時(shí)測量和分析，用于實(shí)現智能預測控制，偏航位置校正及風(fēng)電場(chǎng)的協(xié)調控制。同時(shí)對關(guān)鍵部件載荷實(shí)施監控，對載荷計算數據進(jìn)行對比，使得風(fēng)機的控制更加智能。在此基礎上，還能實(shí)現風(fēng)電機組的集群協(xié)調控制，并且基于大量的海量歷史數據，對風(fēng)機的運行和控制進(jìn)行優(yōu)化?？傊?，這樣可以帶來(lái)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，激光雷達照樣不會(huì )受到大的影響，同時(shí)也增加了數據的可靠性，節省了時(shí)間，降低了成本。
“風(fēng)電機組開(kāi)始運行之后，通過(guò)激光雷達和CFD技術(shù)等可以降低能源損耗，提高每臺風(fēng)機的發(fā)電量，延長(cháng)風(fēng)機的壽命?；诩す饫走_，能夠使風(fēng)電系統發(fā)電量功率得到優(yōu)化。”法國明波公司(MeteoPole)首席執行官卡卡說(shuō)。
在分析風(fēng)電機組發(fā)電量不足的原因時(shí)，卡卡認為是風(fēng)機葉片的偏航誤差導致，通過(guò)實(shí)驗，荷蘭的風(fēng)能研究中心已經(jīng)確認偏航誤差和發(fā)電量損耗的關(guān)系。這就需要用激光雷達來(lái)校正。
“用一臺激光雷達可以?xún)?yōu)化很多臺風(fēng)力發(fā)電機。原本需要通過(guò)5天不斷去測量偏航誤差，使用激光雷達，只需幾分鐘，風(fēng)機控制系統因策就優(yōu)化了。一臺激光雷達一年之內可以?xún)?yōu)化50臺以上的風(fēng)力發(fā)電機，投資回報率很高很快。”卡卡說(shuō)。
隨著(zhù)風(fēng)力發(fā)電在我國越來(lái)越廣泛，風(fēng)電系統優(yōu)化必將越來(lái)越受重視。
