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WINDSIGHT风电场数字化设计平台
2021-11-11 来源:晨枫老苑
 经过数十年的发展,中国风电迎来飞跃发展的黄金时期,但是,随着优质风资源的不断减少以及平价时代的到来,风资源评估过程中存在的历史痛点及问题日益突出。传统风资源评估过程被分隔为多个阶段,每个阶段独立并进行串接,缺少基于全局视角的精细化全过程标准方法体系;每个过程均涉及海量数据,而这些海量信息缺少统一管理平台,以进行数据的精细化管理和数据价值的深度挖掘;缺少标准化的后评估指标系统,无法量化风电场的整体设计水平,并最终形成设计闭环。
 
为此,电气风电推出WINDSIGHT平台,该平台能够覆盖完整的风资源评估工作流程,对机组全生命周期过程中产生的海量信息进行统一收集、清洗、分析、利用以及管理,同时借助云服务技术,为数据信息的精细化处理赋能。
 
2019年10月,电气风电发布风电场数字化设计平台V0.1版本——风鸣平台,并与WindSim建立战略合作关系。2020年,全新升级的V1.0版风鸣,即WINDSIGHT发布。2021年,WINDSIGHT持续迭代升级,融合更多前沿技术和优化功能。
 
WINDSIGHT平台,主要包含四大模块:数据库模块、微观选址模块,风场优化设计模块,以及后评估模块。其中:
 
◎微观选址模块:微观选址的准确性是奠定风资源评估和风电场设计的基石,WINDSIGHT平台的核心模块部分,提供精确的三维流动仿真和发电量计算。
 
◎数据库模块:提供完备的高精度数据源和数据引用、数据处理分析功能。
 
◎风场优化设计模块:在充分考虑各种约束条件下,综合评估发电量和度电成本等目标,为微观选址提供方案。
 
◎后评估模块:对风电场测量数据进行清洗,处理及分析,实现闭环风电场设计,为风电场运营的持续优化赋能。
 
· 功能模块及技术亮点
 
WINDSIGHT平台功能覆盖整个风电场运营的全生命周期,①前期宏观选址阶段:可提供高精度数据源,辅助产品规划、风场布局、测风规划;②可自动收集和一键处理测风数据,内嵌高精度地形、地貌数据,实现测绘地图与数据库地图拼接,为微观选址计算提供输入;③采用云端部署的WindSim内核,多种尾流模型可选,并针对复杂地形和我国气象地理特点进行改进,提供精细化风资源评估;④采用智能化的多目标优化算法,综合考虑风电场设计的多种目标和约束条件,包括居民点避让、机位点载荷校核等,寻找风电场成本和收益最优解集;⑤增加后评估模块,确保实现闭环设计,同时形成设计的不断循环优化和技改效果的量化。
 
模块一:数据库模块
 
◆ 高精度气象数据库(全国范围)
 
产品规划和风场选址:
 
高分辨率(90m*90m)风速年平均值图谱
 
MCP订正:分辨率9km数据,15+年数据序列
 
微观选址:10+年的3km分辨率数据序列
 
 
采用三种不同的数据集来满足产品规划和宏观选址、长年代订正和微观选址不同的需求。(陆上)
 
◆ 高精度地理数据库
 
 
◆ 测风数据一键处理
 
 
模块二:微观选址模块
 
◆ CFD流体仿真
 
WINDSIGHT平台仿真模块采用高精度双方程湍流模型,相较行业内常规使用的单方程模型,更加精准地预测流动分离,在Bolund岛盲测实验中业内领跑。
 
 
◆ 精细化评估的前沿技术支撑
 
为了实现机组的精细化评估,多年来,电气风电和WindSim建立紧密的战略合作关系,共同提高精细化仿真能力。
 
基于机器学习的中微尺度耦合和降尺度技术:采用先进的模式识别模型对中尺度数据进行精细化分类,从而对每个扇区进行个性化的参数设置,实现从点耦合到面耦合、体耦合的技术提升。
 
阻塞效应(blockage effect):阻塞效应是指建成后的风电场及机组导致来流风速降低的现象。WINDSIGHT流体仿真内核,支持采用致动盘和半解析两种模型,来评估包含阻塞及尾流效应的风速损失。
 
◆ 尾流计算
 
WINDSIGHT平台提供不同精细化程度的尾流分析方法,包括多种常用的尾流模型,并针对复杂地形提供相应的改进方法。平台还支持采用致动盘/致动线仿真机组与风的相互作用,能够直接对机组进行更精细化的建模,精确评估风机近场尾流。精细化的尾流仿真和风电场后评估技术,能够有针对性的对工程尾流模型调参,优化工程尾流模型,充分利用其计算便捷的优势。
 
 
模块三:风场排布优化设计模块
 
风电场优化设计模块支持综合考虑当地风资源、尾流、机型、风电场建设及其限制性因素,以及机组安全性等;从多维目标出发,考虑风电场收益,即年发电量AEP,成本/度电成本等;采用随机寻优实现全自动、精细化风电场设计。
 
◆ 自动化、精细化的优化算法
 
为了支撑优化设计模块的运行,从目标和约束两方面提供更准确的快速智能算法:
 
①目标方面:在发电量计算过程中,多种尾流模型可供选择,综合考虑复杂地形的情况,采用新型的streamline+尾流距离计算的方法;支持多机型、多轮毂高度的自动混排;在核算成本过程中,可针对子方案-集电线路或施工道路进行优化设计,降低成本,综合实现全生命周期收益最大化。
 
②约束方面:内置机型载荷数据库并与快速载荷仿真平台接口打通,支持进行安全性评估;排布时,能够自动避让禁排区和居民点;另外,可从环保角度出发仿真噪声、光影影响,配合场控策略的制定。
 
模块四:后评估模块
 
基于大量已投运项目的实践,电气风电形成了一整套标准化的风电场流场测试及数据采集流程;同时,通过WINDSIGHT平台对现场运行数据进行后处理,评估风电场的真实出力情况,量化检验风电场设计水平,并为风场设备运营能力和技术改进效果进行量化评估,有效支撑资产在运行期间的持续优化。
 
时间:20M网格项目计算时间缩短至3h以内;布机优化效率提升50%以上。
 
质量:高精度数据;WindSim内核;阻塞效应研究;中微耦合降尺度技术等。
 
成本:布机优化中可实现发电量提升2%以上;LCOE降低3%以上。
 
· 案例介绍
 
案例1:风电场流动仿真
 
安徽某50MW复杂山地风电场,采用WINDSIGHT平台高精度流动仿真系统,相较行业内其他CFD软件,更精准地捕捉了复杂流动现象。利用并行云计算,将计算时间由常规的12小时缩短至3小时。
 
 
案例2:风电场优化设计
 
2020年2月,内蒙古450MW风电场,场区容量大,居民区、耕地、保护区众多,人工方式难以实施高效优化。利用WINDSIGHT平台风电场优化功能,实现了自动化、智能化混排优化及禁排区域避让,最优混排方案AEP提升量达到2.17%,LCOE降低达到3.22%。
 
 
案例3:风资源分析
 
WINDSIGHT平台-风资源数据模块,支持实现测风数据自动化处理以及风资源分析报告自动生成,将复杂的数据处理分析过程流程化、自动化,配合全国中尺度气象数据库资源,实现自动化长周期订正。将用户分析整理工作(数小时甚至数天)的缩短至数分钟。
 

 
· 客户价值
 
WINDSIGHT围绕风资源评估和风电场设计,致力于提高计算速度,提升效率;同时从业主的角度出发,提供基于发电量和度电成本的整体最优解决方案;同时,优化效率和成本,依靠高精度的数据源,并采用国际上成熟的WindSim内核,确保风资源评估和风场设计效果精确、可靠。
 
1.集成风电场设计全过程,提升解决方案响应效率50%以上
 
◎ 整合风资源评估流程,智能化算法,自动生成报告
 
◎ 集成全国气相、地形、海洋、地物覆盖数据库,提供自动下载
 
◎ 虚拟测风塔和风资源评估流程自动化,提升效率100%
 
◎ 提升流场仿真计算速度,时间缩短50%以上
 
2.提升评估准确性,致力于将不确定变为确定
 
◎业内普遍认可的高精度流体仿真内核 
 
 ◎从极简单至极复杂,为不同类型的风场提供精准评估
 
◎支持最新IEC4标准,多自由度模型控制,结果多维度分析
 
3.有效提升风电场收益率,实现AEP提升2%,LCOE降低3%以上
 
◎ 可靠、全面的经济性评估模型
 
◎ 对真实流体流动的准确仿真为风场设计提供可靠输入
 
◎ 以最大化发电量、最优收益为目标的风电场优化设计
 
◎ 集成施工道路/集电线路成本优化
 
◎ 载荷快速评估模型,最小化建设风险
 
4.持续迭代和扩展性
 
 ◎BS架构为项目管理、用户合作、方案展示提供便利
 
 ◎持续升级的流体仿真内核,不断融合最新仿真计算
 
 ◎载荷精细化评估,场址适应性分析,提供多维度输入
 
 ◎基于市场变化和实际需求的功能迭代
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