重新定义风电度电成本 你要看看激光雷达技术!
2017-07-13 09:56:09

也许你已看到,激光雷达正在汽车行业开拓未来,而在风电行业,测风激光雷达正在引领风机技术的发展方向。

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  风机处在难以捉摸的风况中,所承受的负载也充满了随机性,这给风机的载荷设计带来了很大的不确定性,工程师们往往采用“过设计”的方法来补偿风的不确定度,这也是风电价格居高不下的一大原因。而激光雷达测风设备,恰恰将这随机性转化为确定性,实时掌握这些确定的风况信息,就能颠覆传统的设计思路,突破传统桎梏,重新定义风机的度电成本。

  目前业界普遍认为,机载测风雷达是最具有应用前景的未来发展方向,将激光雷达安装在机舱顶部或者轮毂中心,可以使得雷达测得的风速始终是主风向来流,对于风机所承受的风况信息更有代表性。

  那么,雷达如何降低风机的度电成本?掌握了风况信息又有什么用?其实,风机的成本取决于风机所能承受的载荷大小,而且同样的风况,不同控制策略可使载荷可大可小,发电性能也是可高可低。换言之,风机的性能和载荷很大一部分是由风机的控制系统决定的,所以控制系统的好坏很大程度上就决定了风机的度电成本的高低。

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  控制系统要做到载荷和发电性能的最优平衡,就要准确地知晓风况。而传统风机上一般只标配风速仪和风向标作为测风设备,由于风轮旋转造成的旋流和扰流影响,风速仪测得的风速受到强烈的干扰,无法作为风况信息的准确参考,风向标的测量值也同样是飘忽不定的。还有就是当风机遇到极限草帽风,而传统控制系统又无能为力时的那种无奈感,哪怕是提前1秒变桨都能大幅度降低载荷。这些痛点,相信业内的工程师们肯定深有体会。如果采用机载激光雷达,通过激光焦距调整不但能够精确测风,还能让控制系统提前几秒预知风况信息,就从本质上解决了原有控制策略的缺陷,以降低风机的载荷来降低风机的度电成本。

  研究表明,通过激光雷达反馈信息配合智能控制策略,可以大幅降低风机疲劳载荷5%-10%以上,如图所示,不同部件有不同的降载效果。同时对于极限载荷,激光雷达更有立竿见影的效果,在能保证雷达可靠性的前提下,可达到10%-20%的极限载荷降低。如图所示案例,在极限草帽风下,雷达辅助控制使得风机提前2-3秒变桨,保证风机稳稳当当地避过极限阵风,在保证载荷的情况下也保证了发电量。

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  其实不仅仅是载荷,反馈信息配合智能控制算法还可以优化风机的动态风能捕获响应和偏航规划,还可能提升发电量1%左右,更不要提修正偏航误差挽回的可能高达5%的发电量损失了。综上,雷达辅助控制可以大幅降低风机成本5%-10%。

  随着中国风电行业的持续深入,风机应用呈现了山地化和向低风速区域转移的发展趋势。复杂地形所带来的复杂风况,其不确定性更加超出了平地风况,不确定性引发的小概率极限风况,给风机的强度、寿命以及发电性能带来很大的危害。

  而在低风速区域,即使再小的年平均风速,还是有概率碰到极限阵风,风机设计时仍然要考虑承受住这些极限风况带来的极限载荷。这些小概率事件的不确定性,也给风机的成本带来了额外的负担。

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  在这些应用环境下,传统的风机设计方法会使得工程师们为了考虑一个极小概率的恶劣风况而大幅增加成本,而这与低风速风机设计的理念背道而驰。这种顾此失彼的局面也完全可以用激光雷达配合先进的智能控制来克服,使得低风速风机的适应性更广、成本更优。

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