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數字化產品系列(八)丨WINDSIGHT風電場數字化設計平臺

2021-11-29 22:31:09瀏覽:673 來源:上海電氣風電集團   
核心摘要:數字化產品系列(八)丨WINDSIGHT風電場數字化設計平臺

數字化產品系列(八)

WINDSIGHT·巽鳴風電場數字化設計平臺

經過數十年是二手吊車的發展,中國風電迎來飛躍發展是二手吊車的黃金時期,但是,隨著優質風資源是二手吊車的不斷減少以及平價時代的到來,風資源評估過程中存在的歷史痛點及問題日益突出。傳統風資源評估過程被分隔為多個階段,每個階段獨立并進行串接,缺少基于全局視角的精細化全過程標準方法體系;每個過程均涉及海量數據,而這些海量信息缺少統一管理平臺,以進行數據的精細化管理和數據價值的深度挖掘;缺少標準化的后評估指標系統,無法量化風電場的整體設計水平,并最終形成設計閉環。

為此,電氣風電推出WINDSIGHT平臺,該平臺能夠覆蓋完整的風資源評估工作流程,對機組全生命周期過程中產生的海量信息進行統一收集、清洗、分析、利用以及管理,同時借助云服務技術,為數據信息的精細化處理賦能。
2019年10月,電氣風電發布風電場數字化設計平臺V0.1版本——風鳴平臺,并與WindSim建立戰略合作關系。2020年,全新升級的V1.0版風鳴,即WINDSIGHT發布。2021年,WINDSIGHT持續迭代升級,融合更多前沿技術和優化功能。

WINDSIGHT平臺,主要包含四大模塊:數據庫模塊、微觀選址模塊,風場優化設計模塊,以及后評估模塊。其中:

◎微觀選址模塊:微觀選址的準確性是奠定風資源評估和風電場設計的基石,WINDSIGHT平臺的核心模塊部分,提供精確的三維流動仿真和發電量計算
◎數據庫模塊:提供完備的高精度數據源和數據引用、數據處理分析功能。
◎風場優化設計模塊:在充分考慮各種約束條件下,綜合評估發電量和度電成本等目標,為微觀選址提供方案。

◎后評估模塊:對風電場測量數據進行清洗,處理及分析,實現閉環風電場設計,為風電場運營的持續優化賦能。

· 

采用三種不同的數據集來滿足產品規劃和宏觀選址、長年代訂正和微觀選址不同的需求。(陸上)

◆ 高精度地理數據庫

◆ 測風數據一鍵處理

模塊二:微觀選址模塊

◆ CFD流體仿真

WINDSIGHT平臺仿真模塊采用高精度雙方程湍流模型,相較行業內常規使用的單方程模型,更加精準地預測流動分離,在Bolund島盲測實驗中業內領跑。

◆ 精細化評估的前沿技術支撐

為了實現機組的精細化評估,多年來,電氣風電和WindSim建立緊密的戰略合作關系,共同提高精細化仿真能力。

基于機器學習的中微尺度耦合和降尺度技術:采用先進的模式識別模型對中尺度數據進行精細化分類,從而對每個扇區進行個性化的參數設置,實現從點耦合到面耦合、體耦合的技術提升

阻塞效應(blockage effect):阻塞效應是指建成后的風電場及機組導致來流風速降低的現象。WINDSIGHT流體仿真內核,支持采用致動盤和半解析兩種模型,來評估包含阻塞及尾流效應的風速損失。

◆ 尾流計算

WINDSIGHT平臺提供不同精細化程度的尾流分析方法,包括多種常用的尾流模型,并針對復雜地形提供相應的改進方法。平臺還支持采用致動盤/致動線仿真機組與風的相互作用,能夠直接對機組進行更精細化的建模,精確評估風機近場尾流。精細化的尾流仿真和風電場后評估技術,能夠有針對性的對工程尾流模型調參,優化工程尾流模型,充分利用其計算便捷的優勢。

模塊三:風場排布優化設計模塊
風電場優化設計模塊支持綜合考慮當地風資源、尾流、機型、風電場建設及其限制性因素,以及機組安全性等;從多維目標出發,考慮風電場收益,即年發電量AEP,成本/度電成本等;采用隨機尋優實現全自動、精細化風電場設計。

◆ 自動化、精細化的優化算法

為了支撐優化設計模塊的運行,從目標和約束兩方面提供更準確的快速智能算法:

①目標方面:在發電量計算過程中,多種尾流模型可供選擇,綜合考慮復雜地形的情況,采用新型的streamline+尾流距離計算的方法;支持多機型、多輪轂高度的自動混排;在核算成本過程中,可針對子方案-集電線路或施工道路進行優化設計,降低成本,綜合實現全生命周期收益最大化。

②約束方面:內置機型載荷數據庫并與快速載荷仿真平臺接口打通,支持進行安全性評估;排布時,能夠自動避讓禁排區和居民點;另外,可從環保角度出發仿真噪聲、光影影響,配合場控策略的制定。
模塊四:后評估模塊
基于大量已投運項目的實踐,電氣風電形成了一整套標準化的風電場流場測試及數據采集流程;同時,通過WINDSIGHT平臺對現場運行數據進行后處理,評估風電場的真實出力情況,量化檢驗風電場設計水平,并為風場設備運營能力和技術改進效果進行量化評估,有效支撐資產在運行期間的持續優化。
時間:20M網格項目計算時間縮短至3h以內;布機優化效率提升50%以上
質量:高精度數據;WindSim內核;阻塞效應研究;中微耦合降尺度技術等。
成本:布機優化中可實現發電量提升2%以上LCOE降低3%以上
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案例2:風電場優化設計
2020年2月,內蒙古450MW風電場,場區容量大,居民區、耕地、保護區眾多,人工方式難以實施高效優化。利用WINDSIGHT平臺風電場優化功能,實現了自動化、智能化混排優化及禁排區域避讓,最優混排方案AEP提升量達到2.17%,LCOE降低達到3.22%


案例3:風資源分析

WINDSIGHT平臺-風資源數據模塊,支持實現測風數據自動化處理以及風資源分析報告自動生成,將復雜的數據處理分析過程流程化、自動化,配合全國中尺度氣象數據庫資源,實現自動化長周期訂正。將用戶分析整理工作(數小時甚至數天)的縮短至數分鐘。

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1.集成風電場設計全過程,提升解決方案響應效率50%以上

◎ 整合風資源評估流程,智能化算法,自動生成報告
◎ 集成全國氣相、地形、海洋、地物覆蓋數據庫,提供自動下載
◎ 虛擬測風塔和風資源評估流程自動化,提升效率100%
◎ 提升流場仿真計算速度,時間縮短50%以上

2.提升評估準確性,致力于將不確定變為確定

◎業內普遍認可的高精度流體仿真內核 
 ◎從極簡單至極復雜,為不同類型的風場提供精準評估
◎支持最新IEC4標準,多自由度模型控制,結果多維度分析

3.有效提升風電場收益率,實現AEP提升2%,LCOE降低3%以上

◎ 可靠、全面的經濟性評估模型
◎ 對真實流體流動的準確仿真為風場設計提供可靠輸入
◎ 以最大化發電量、最優收益為目標的風電場優化設計
◎ 集成施工道路/集電線路成本優化
◎ 載荷快速評估模型,最小化建設風險

4.持續迭代和擴展性

 ◎BS架構為項目管理、用戶合作、方案展示提供便利
 ◎持續升級的流體仿真內核,不斷融合最新仿真計算
 ◎載荷精細化評估,場址適應性分析,提供多維度輸入
 ◎基于市場變化和實際需求的功能迭代


來源:電氣風電技術部首席數字官辦公室

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