在海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過程中，機(jī)位排布是實(shí)實(shí)在在影響項(xiàng)目全生命周期收益的重要一環(huán)。合理的機(jī)位排布可以充分利用風(fēng)力資源以獲得最大發(fā)電量，進(jìn)而獲取最大經(jīng)濟(jì)效益。

然而，主流的基于經(jīng)驗(yàn)公式的傳統(tǒng)手動(dòng)排布方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，更致命的是不能精準(zhǔn)描述尾流場(chǎng)分布以及全生命周期風(fēng)向變化這兩大影響發(fā)電量的關(guān)鍵要素，導(dǎo)致100-200小時(shí)左右的年等效滿發(fā)小時(shí)數(shù)偏差值，給客戶造成重大損失。

為攻克上述難題，明陽(yáng)智能開發(fā)了海上機(jī)位智能優(yōu)化模塊，以全生命周期機(jī)位優(yōu)化策略為指導(dǎo)，破解造成發(fā)電量損失的難題。基于多重變量嵌套迭代遍歷尋優(yōu)方式、先進(jìn)的尾流計(jì)算模型，該模塊已實(shí)現(xiàn)在1-2個(gè)小時(shí)內(nèi)對(duì)上萬種機(jī)位排布方案快速尋優(yōu)，精準(zhǔn)鎖定最優(yōu)機(jī)位排布坐標(biāo)，帶來全生命周期發(fā)電量提升。

以某30萬千瓦裝機(jī)的海上項(xiàng)目為例，明陽(yáng)智能海上機(jī)位智能優(yōu)化模塊在原始方案基礎(chǔ)上將發(fā)電量提升了2.1%。按海上0.85元/度電價(jià)計(jì)算，在25年全生命周期內(nèi)，整個(gè)風(fēng)場(chǎng)可為客戶增加收益3.94億元。

海量方案尋優(yōu)，鎖定最佳機(jī)位排布

圖1  明陽(yáng)智能海上機(jī)位智能優(yōu)化模塊自動(dòng)排布結(jié)果

明陽(yáng)智能海上機(jī)位智能優(yōu)化模塊自動(dòng)排布結(jié)果顯示，不同機(jī)位排布方案導(dǎo)致的發(fā)電效率偏差值最高可達(dá)8%左右，如何精準(zhǔn)鎖定發(fā)電效率最高的排布點(diǎn)呢？

在傳統(tǒng)的排布機(jī)位方法中，工程師憑借技術(shù)經(jīng)驗(yàn)在少量機(jī)位排布方案中模糊化優(yōu)選，而機(jī)位排布是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，“經(jīng)驗(yàn)”往往存在偏差，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電量的損失。

明陽(yáng)智能海上機(jī)位智能優(yōu)化模塊可以實(shí)現(xiàn)在1-2小時(shí)內(nèi)快速完成上萬種排布方案的迭代尋優(yōu)計(jì)算，并對(duì)所有排布方案進(jìn)行清晰的量化處理，快速為客戶鎖定發(fā)電量最大的機(jī)位排布坐標(biāo)。

需要強(qiáng)調(diào)的是，海上機(jī)位智能優(yōu)化模塊之所以能夠精準(zhǔn)鎖定最佳機(jī)位排布坐標(biāo)，原因在于明陽(yáng)智能抓住了“偷走”海上風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的兩大關(guān)鍵因素：尾流及風(fēng)向，并基于全生命周期對(duì)其進(jìn)行研究。

基于對(duì)100個(gè)實(shí)際案例的研究，并基于尾流模型、風(fēng)向年際變化等數(shù)據(jù)對(duì)年等效滿發(fā)小時(shí)數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，明陽(yáng)智能風(fēng)資源工程師發(fā)現(xiàn)，尾流和風(fēng)向?qū)Πl(fā)電量的影響堪比陸上機(jī)位排布中的復(fù)雜地形因素影響。因?qū)ξ擦鲌?chǎng)分布、風(fēng)向年度變化的描述與風(fēng)場(chǎng)全生命周期的實(shí)際情況不符，造成的年等效滿發(fā)小時(shí)數(shù)偏差最高可達(dá)200小時(shí)以上。

通過海上機(jī)位智能優(yōu)化模塊精準(zhǔn)描述尾流場(chǎng)分布以及全生命周期風(fēng)向變化是提升海上風(fēng)電項(xiàng)目發(fā)電量的關(guān)鍵。

先進(jìn)的尾流計(jì)算模型

尾流損失的大小直接影響整場(chǎng)的年發(fā)電量值。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，尾流損失降低1%，年等效滿發(fā)小時(shí)數(shù)至少提升30小時(shí)，IRR至少提升0.5%。

目前，機(jī)位排布主要通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算尾流場(chǎng)分布，不同的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出的尾流場(chǎng)有極大偏差。下圖為Jensen尾流模型與Larsen尾流模型計(jì)算得出的尾流場(chǎng)分布，呈現(xiàn)出了不同的結(jié)果。經(jīng)驗(yàn)公式所描繪的尾流場(chǎng)分布與海上風(fēng)場(chǎng)實(shí)際尾流分布不一致是導(dǎo)致風(fēng)場(chǎng)實(shí)際發(fā)電量與計(jì)算發(fā)電量偏差較大的主要原因。

圖2  Jensen尾流模型與Larsen尾流模型計(jì)算得出的尾流場(chǎng)分布

以先進(jìn)的尾流計(jì)算模型為內(nèi)核的海上機(jī)位智能優(yōu)化模塊破解了這一難題。明陽(yáng)智能海上技術(shù)專家對(duì)MySE平臺(tái)機(jī)組整機(jī)模型的葉片與轉(zhuǎn)速、三種尾流描述方法（包括經(jīng)驗(yàn)公式法、制動(dòng)盤模擬法、大渦模擬法等），以及常見的十余個(gè)尾流經(jīng)驗(yàn)公式做了深入研究，并利用CFD仿真中先進(jìn)的大渦模擬技術(shù)計(jì)算真實(shí)尾流場(chǎng)分布，最終擬合推導(dǎo)出了針對(duì)MySE平臺(tái)機(jī)組的尾流計(jì)算模型。