隨著平價、大基地時代的到來，整個行業(yè)正在不斷優(yōu)化風場的機型配置和排布方案，以期獲得最優(yōu)發(fā)電量。在制定排布方案之前，準確、科學地評估尾流對風場的影響尤為重要。
↑海上風電場起霧時，風機尾流“萬馬奔騰”的景象
尾流的千萬收益落差
以新疆某項目為例，風電場共有264臺1.5MW風力發(fā)電機組，主風向為西風，風向相對集中，排布方案為主風向上14排風機。
該風電場在可行性研究階段，采用行業(yè)內(nèi)主流商業(yè)軟件（Park尾流模型），預(yù)估主風向的尾流損失為7.6%。但通過風電場實際運行數(shù)據(jù)分析（除限電、故障等），實際尾流損失高達16.2%，尤其從第三排風機開始尾流導致的發(fā)電量損失達20%（如下圖所示）。本風場實際收益因前期主風向尾流評估不準確造成約8%的偏差，即每年收益比預(yù)期降低約1500萬元。
尾流評估的誤差不僅會影響風機的選型排布，使風場發(fā)電量無法達到最佳狀態(tài)，還可能因過于樂觀估計而導致投資決策失誤。隨著風機葉片長度不斷增加，風機尾流對發(fā)電量影響也會持續(xù)提高，因此，行業(yè)對風機尾流效應(yīng)特性和空氣動力學屬性的深入理解愈發(fā)重要。
傳統(tǒng)尾流模型瓶頸
目前行業(yè)多采用傳統(tǒng)商業(yè)軟件做可行性分析，受架構(gòu)限制，這些軟件很難進行超大規(guī)模計算，因此所選尾流模型多為線性模型。線性模型采用的是經(jīng)驗參數(shù)，無法對風場實際尾流進行還原，更無法適應(yīng)大基地、大項目的風場評估。
現(xiàn)行的主流尾流模型包括：線性模型（Park模型等）、二維CFD模型和三維CFD模型。
↑不同尾流模型原理
從原理上看，CFD模型是更為精準的尾流計算模型，能真實還原實際尾流情況，但CFD尾流模型需要較大的計算資源支撐。因此，行業(yè)需要在精度和計算成本之間找到平衡點，以可負擔的成本達到最高的精度。
↑CFD模型計算費用與準確度的關(guān)系示意
致動盤尾流技術(shù)新模型
金風科技經(jīng)過長期理論研究和大量測試驗證，研發(fā)出風匠致動盤尾流技術(shù)，該技術(shù)基于致動盤風機模型，采用三維CFD求解，并融合金風風資源經(jīng)驗來評估尾流的影響。相比于線性尾流模型，對物理現(xiàn)象的還原度更高，精度也更好；相比其它CFD模型，又能較好的兼顧到計算資源以及效率。
↑致動盤風機模型
在技術(shù)突破的同時，要實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，還需要軟件的支持。但目前市場主流風資源評估軟件基本來源美、德、法等國家，軟件代碼均非開源，無法對軟件模型參數(shù)進行修正或優(yōu)化。
近年來，金風科技憑借強大的風資源專業(yè)團隊和多年的評估經(jīng)驗，率先搭建了一系列自主研發(fā)的風資源評估軟件。2019年風能展，金風科技發(fā)布了風資源評估云平臺——“風匠”（詳情見《風象臺 | 風匠，讓平價時代風資源評估更加精準高效》），該平臺采用自主研發(fā)的致動盤尾流技術(shù)得到了風電從業(yè)人員的廣泛認可。
線性尾流模型偏差大，那么風匠致動盤尾流模型的表現(xiàn)怎么樣呢？在“風匠”平臺中建模，重新計算文初案例中的新疆風電場尾流損失情況，用時僅3小時得到了更接近現(xiàn)實的評估結(jié)果。
↑風匠致動盤尾流技術(shù)與線性Park模型結(jié)果對比
通過上圖可以發(fā)現(xiàn)，采用致動盤尾流模型評估的各排風機尾流損失（藍色柱狀）與實際尾流損失（紅色柱狀）更為接近，尾流比較嚴重的區(qū)域（第4-7排和第9-11排）與實際運行結(jié)果相符。致動盤尾流模型還模擬出了第一排風機由于風場阻塞效應(yīng)導致的功率損失，從全場統(tǒng)計結(jié)果來看，風匠計算尾流損失（藍色柱狀）15.5%，比商業(yè)軟件線性Park尾流模型（綠色柱狀）誤差降低約8%。
風電機組的發(fā)展史是一部風機大型化、多元化的演變史，隨著更多應(yīng)用于大基地、海上等項目的大型化機組的崛起，行業(yè)對風力發(fā)電機組尾流效應(yīng)特性的深度研究勢在必行。金風科技愿與風電同仁一道共享經(jīng)驗和智慧，打造真正適用于未來風電發(fā)展的風資源評估平臺。
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