近日，德勤發(fā)布《2014清潔能源行業(yè)報告：穩(wěn)步多元化發(fā)展》。報告在描述我國風電行業(yè)現(xiàn)狀時指出，預計到2020年，我國風電發(fā)電量可滿足約6%的用電需求，但目前的一大問題是風電利用效率低下，棄風率嚴重。
風電利用效率和風電消納是業(yè)界長期存在的難題，涉及的原因復雜多樣，而優(yōu)化風電系統(tǒng)，提高風電機組運行效率，增大投入產(chǎn)出比，在一定程度上可以緩解風電利用效率不高、“棄風”等頑疾，也為風電機組更為穩(wěn)定長久的運行創(chuàng)造條件。
效益最大化是風電系統(tǒng)優(yōu)化前提
從國內(nèi)已建成的風電場來看，幾位專家指出，其實際運行效果往往低于設計的指標。例如，國際上風電場效率可達到95%~98%，而我國只有約75%。產(chǎn)生這一情況的原因有很多，包括風電場設計時風資源評估結(jié)果與實際的偏差，但其中一個主要原因是對風電機組的選型優(yōu)化較為粗糙。
風電系統(tǒng)的優(yōu)化是風電開發(fā)中的一個重要環(huán)節(jié)。首先涉及到風電機組的優(yōu)化選型，這需要根據(jù)風電場的具體情況，結(jié)合風電機組的功率特性，以及一些特定條件，比如臺風、溫度等，綜合考慮。華北電力科學研究院副總工程師范偉等專家認為，目前風電機組優(yōu)化選型中，一般以容量系數(shù)、發(fā)電量、單位千瓦掃風面積等技術經(jīng)濟指標作為優(yōu)化目標，再建立相應模型進行分析，從而在現(xiàn)有機型中作出選擇，實際上，這些方法應該從風電場整個壽命周期的效益最大化角度進行考慮。
風電系統(tǒng)的優(yōu)化，其實從風電發(fā)展一開始就受到關注，也可以說是風電最基礎的一個方面。優(yōu)化風電機組及其系統(tǒng)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。
近期海上風電呼聲很高，但它同樣離不開系統(tǒng)優(yōu)化。據(jù)中國科學院院士王錫凡介紹，海上風電系統(tǒng)包括風電機群、集電系統(tǒng)和輸電系統(tǒng)，從內(nèi)容上看，海上風電系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃包括系統(tǒng)評估、優(yōu)化模型與算法，從規(guī)劃層次看，海上風電系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃可分為三個層次：風電機組布局優(yōu)化、集電系統(tǒng)網(wǎng)絡接線規(guī)劃、輸電系統(tǒng)規(guī)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。
三個層次的優(yōu)化重點各有不同。王錫凡指出，風電機組布局優(yōu)化以收益分析為主，集電和輸電系統(tǒng)規(guī)劃以成本核算為重點。比如，風電機組布局優(yōu)化是指在給定風電場區(qū)域、風能情況、風電機組臺數(shù)和型號后，優(yōu)化各臺風電機組的布局位置，使尾流效應的影響盡可能降到最低。
但在王錫凡看來，當前海上風電系統(tǒng)規(guī)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，適用于海上風電系統(tǒng)規(guī)劃的優(yōu)化方法還需要探索。
利用激光雷達優(yōu)化風機性能
“針對風電的各個階段，開發(fā)、調(diào)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，可以說涵蓋了風電場的整個生命周期。在優(yōu)化風機性能、實現(xiàn)風機監(jiān)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)品市場主管DavidLangohr說。
作為一種高科技產(chǎn)品，激光雷達的應用，使得風電機組的智能控制技術越來越細化。新疆金風科技有限公司的一位工程師在談到風電單機時，認為可以使用先進的激光雷達測風技術，對風機及其周圍的風速進行實時測量和分析，用于實現(xiàn)智能預測控制，偏航位置校正及風電場的協(xié)調(diào)控制。同時對關鍵部件載荷實施監(jiān)控，對載荷計算數(shù)據(jù)進行對比，使得風機的控制更加智能。在此基礎上，還能實現(xiàn)風電機組的集群協(xié)調(diào)控制，并且基于大量的海量歷史數(shù)據(jù)，對風機的運行和控制進行優(yōu)化。總之，這樣可以帶來更多發(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，激光雷達照樣不會受到大的影響，同時也增加了數(shù)據(jù)的可靠性，節(jié)省了時間，降低了成本。
“風電機組開始運行之后，通過激光雷達和CFD技術等可以降低能源損耗，提高每臺風機的發(fā)電量，延長風機的壽命。基于激光雷達，能夠使風電系統(tǒng)發(fā)電量功率得到優(yōu)化。”法國明波公司(MeteoPole)首席執(zhí)行官卡卡說。
在分析風電機組發(fā)電量不足的原因時，卡卡認為是風機葉片的偏航誤差導致，通過實驗，荷蘭的風能研究中心已經(jīng)確認偏航誤差和發(fā)電量損耗的關系。這就需要用激光雷達來校正。
“用一臺激光雷達可以優(yōu)化很多臺風力發(fā)電機。原本需要通過5天不斷去測量偏航誤差，使用激光雷達，只需幾分鐘，風機控制系統(tǒng)因策就優(yōu)化了。一臺激光雷達一年之內(nèi)可以優(yōu)化50臺以上的風力發(fā)電機，投資回報率很高很快。”卡卡說。
隨著風力發(fā)電在我國越來越廣泛，風電系統(tǒng)優(yōu)化必將越來越受重視。
