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数字化产品系列(八)丨WINDSIGHT风电场数字化设计平台

2021-11-29 22:31:09浏览:631 来源:上海电气风电集团   
核心摘要:数字化产品系列(八)丨WINDSIGHT风电场数字化设计平台

数字化产品系列(八)

WINDSIGHT·巽鸣风电场数字化设计平台

经过数十年是二手吊车的发展,中国风电迎来飞跃发展是二手吊车的黄金时期,但是,随着优质风资源是二手吊车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。

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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
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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。

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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


来源:电气风电技术部首席数字官办公室

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(责任编辑:吊车出租)
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