大家都知道,每一个美丽风电场的一生都要经历“宏观选址——树立测风塔——漫长的测风过程——可行性研究——工程设计——项目建设——运行维护”等一系列复杂的过程。而对于开发商来说,拿到一块意向资源后的第一步投资就是树立测风塔,那么测风塔对于一个风电场来说究竟意味着什么呢?
规划设计阶段的决策依据
虽然现在市面上出现了越来越多的中尺度数据,部分产品也能够指导投资者快速准确的初步选定风资源——我们称之为宏观选址,但受限于中尺度数据的产品原理及精度限制,即便是目前最优秀的中尺度产品,其单点的风速误差达到0.1m/s以上也是很正常的。小编以一个50MW风场的实际案例来看看这0.1m/s的误差到底会产生多大的影响:
从上表可以明显看出,对于这样的低风速风场来说,0.1m/s的风速误差就意味着超过2%的投资回报率误差,而更大的风速误差甚至会影响到风场的机组选型。因此,准确的测风塔数据是风电场投资决策不可或缺的重要依据。
生产阶段风功率预报和能量管理系统的初始输入
依据国内目前的电网政策,风电场在并网运行之后,必须要定期向电网调度上报风电场风功率预测数据。根据《NBT31046-2013风电功率预测系统功能规范》要求,风功率预报必须采用实时传输测风塔并满足以下数据要求:
a)测风塔至风功率预测系统的实时测风数据传送时间间隔应不大于5min;
b)测风塔宜在风电场外1km~5km范围内且不受风电场尾流效应影响,宜在风电场主导风向的上风向,位置应具有代表性;
c)采集量应至少包括10m、50m及轮毂高度的风速和风向以及气温、气压等信息,应包括瞬时值和5min平均值;
d)测风塔数据可用率应大于99%。
抛开规范要求不谈,从技术层面来说,如果风电场没有测风塔实时数据,风功率预测系统往往会采用机舱风速仪数据来进行预测。而机舱风速仪的数据由于两个天然缺陷必然会导致风功率预测产生巨大的误差:1)机舱风速仪安装在风轮之后,本身受到风机尾流影响和风轮扰动影响;2)机舱风速仪的精度一般远远不如测风塔传感器的精度。
由此可见,要想在生产运行期内实现对风电场的精细化管理,生产测风塔也是必不可少的。
运行后评估和闭环考核的基准标尺
根据IEC61400-12-1及IEC61400-12-2规范,风机安装的测风设备由于受叶片转动引起的扰流影响,并不能表征风轮前真实捕获的自由流风速,需要通过生产测风塔的树立,建立SCADA采集的机舱风速与风轮前自由流风速的回归关系,从而获得校准后的风轮前风速,进而通过对能量可用率的计算,实现对各类电量损失的精确分解及管理。
那么问题来了,既然SCADA系统的风速“不准确”,那么系统中显示的功率曲线也会跟着“失真”吗?下面举一个简单的例子:
某风机厂商SCADA系统中的功率曲线如上图所示,其实际和理论功率曲线表现“严丝合缝”,基本没有性能损失。
但通过该风机附近的生产测风塔,按照IEC61400-12-1规范对功率曲线进行标定(如下图所示),从瑞利分布的计算结果来看,功率曲线在不同风速下的吻合度仅在73%到89%之间,因设备性能不达标导致的平均电量损失将达到20%以上。
由此可见,基于生产测风塔数据,可以有效还原风机舱前风速,从而发现功率曲线问题,及时采取措施避免进一步的设备性能损失。
通过以上三点我们不难发现,精准的测风塔数据是风电场全生命周期管理中不可或缺的元素。就像标题所说的,一个好的测风塔对于风电场来说,就像娶对老婆一样重要。