善意地提醒，你也別只看到2015年中國風(fēng)電新增裝機兇猛，也要想想行業(yè)痛點依舊很痛：“三北”風(fēng)資源優(yōu)良區(qū)域限電無解，更多的風(fēng)電開發(fā)項目不得不往風(fēng)速更低、地形更復(fù)雜的山地區(qū)域轉(zhuǎn)移，但雪上加霜的是國內(nèi)風(fēng)電上網(wǎng)電價進入逐年下調(diào)通道，這些風(fēng)電場投資收益離盈虧平衡點更近，稍有不慎，投資痛點就可能100%發(fā)生在某個項目上，所以把控投資風(fēng)險越來越不輕松。
你不妨看看遠景能源低風(fēng)速復(fù)雜山地風(fēng)電場解決方案中的智能風(fēng)機，這對認知、理解和應(yīng)對低風(fēng)速復(fù)雜山地風(fēng)電項目投資風(fēng)險還是蠻有價值的。
在進入這個問題之前，先來看看下面這幅低風(fēng)速風(fēng)電場風(fēng)頻與風(fēng)能分布圖，你就懂得怎么用好這低風(fēng)速風(fēng)電場的風(fēng)了。請注意，這幅圖可是某5.8m/s的典型低風(fēng)速風(fēng)電場風(fēng)速風(fēng)能分布實例,紅色的分布柱狀圖是風(fēng)速在全年的時間分布,由于風(fēng)能是風(fēng)速的三次方,所以直接給客戶帶來真金白銀的風(fēng)能在全年的分布其實是蘭色的柱狀圖。
有圖有真相，顯而易見,一個5.8m/s的低風(fēng)速風(fēng)電場卻有70%的風(fēng)能主要來源于8m至12m/s風(fēng)速的中高風(fēng)速區(qū)間，但是值得注意的是，這一風(fēng)速區(qū)間在時間上的分布在全年的占比還不到30%，也就是說，一個5.8m/s的低風(fēng)速風(fēng)電場全年30%的時間里蘊含了超過70%的風(fēng)能。
其實，這張圖還告訴你一個常常被大家誤解的真相：即使在一個年均風(fēng)速這樣低的風(fēng)電場，6m/s以下風(fēng)速盡管在全年的時間占比上超過50%以上,但其在全年的能量分布還不到全年的15%。因此，在低風(fēng)速有更高效率的機組，就是這種看似符合形式邏輯的觀點著實給行業(yè)帶來很大的誤導(dǎo),真正的低風(fēng)速機組應(yīng)是能夠更加有效的在最豐富的區(qū)間捕獲能量,而這恰恰又是能量最難捕獲的風(fēng)速區(qū)間,因為這段風(fēng)速恰恰是在額定風(fēng)速上下的區(qū)間范圍,這時智能風(fēng)機的優(yōu)勢就得以充分發(fā)揮。
接下來,請你再來看看,當?shù)惋L(fēng)速風(fēng)電場遇上復(fù)雜山地的時候,又會面臨哪些更大的挑戰(zhàn)呢？
一方面，由于地形復(fù)雜海拔差異，山地風(fēng)電場機位風(fēng)資源出現(xiàn)較大差異，單一機型設(shè)計方案無法滿足這一風(fēng)資源特性，這對機組定制化及平臺化設(shè)計提出了重要挑戰(zhàn)；另一方面，山地風(fēng)電場地形復(fù)雜，湍流、入流角、風(fēng)切變、風(fēng)向及風(fēng)速變化等風(fēng)況參數(shù)，都對風(fēng)機能量捕獲穩(wěn)定性和風(fēng)機荷載安全提出了雙層挑戰(zhàn)。
解決上述挑戰(zhàn)，還是需要依靠智能風(fēng)機。
在認識低風(fēng)速復(fù)雜山地對風(fēng)機智能化要求之前，先認識業(yè)內(nèi)兩大誤區(qū)：
一是認為低風(fēng)速風(fēng)機要求切入風(fēng)速低。事實上，回看上圖就會發(fā)現(xiàn)，2m/s風(fēng)速度段對整年的發(fā)電量貢獻微乎其微，這段風(fēng)能量占低風(fēng)速風(fēng)電場全年風(fēng)能量的比例小于0.5%。因此，低風(fēng)速切入并不能帶來風(fēng)電場整體收益的大幅度提升，而且有些風(fēng)電場由于低風(fēng)速段風(fēng)速和風(fēng)向的穩(wěn)定性差，過早切入反而帶來偏航自耗電過大，以及并網(wǎng)開關(guān)的頻繁動作。與此相反，在8m/s至12m/s風(fēng)速區(qū)間，風(fēng)能量全年占比高達70%，這才是風(fēng)電場收益的關(guān)鍵風(fēng)速段。
二是認為單位千瓦掃風(fēng)面積越大越好。單位千瓦掃風(fēng)面積是一個比較簡單的概念，由此可以大致判斷不同機組差異情況。但是，不同的葉片翼型、整體設(shè)計、失速特性，在源頭上就會影響不同葉輪的Cp大小。更為重要的是，其實Cp不是一個值,而是一個和葉尖速比λ相對應(yīng)的關(guān)系曲線，所以當行業(yè)的領(lǐng)先業(yè)主越來越不再參考靜態(tài)功率曲線時，我們也需要理解這背后的原因，其實就是機組運行可獲得的實際Cp也是由控制系統(tǒng)能夠控制的葉尖速λ直接相關(guān)。
下面的圖中，橫坐標是葉尖速λ，縱坐標是Cp，圖中給出了兩個種Cp-λ的曲線，可以看到，曲線1的理論Cp雖然不高，但由于Cp相對λ的變化，其變化較小，這樣的葉片Cp設(shè)計對控制系統(tǒng)的要求就沒有那么高，因為即便風(fēng)速變化引起λ變化，Cp波動也不大，但這樣帶來好處的同時也犧牲了讓Cp在設(shè)計上能夠更高的機會。而有些葉片，Cp和λ的關(guān)系圖形可以更尖更高（請見下圖曲線2），Cp在λ很狹窄的范圍內(nèi)最大，這要求控制系統(tǒng)要更加靈敏智能，可以動態(tài)自適應(yīng)，能夠通過有效的控制λ的變化使得Cp可以穩(wěn)定在一個較小的范圍而沒有較大的跌落。所以，葉片和控制系統(tǒng)的不同都會對實際的發(fā)電效率有很大影響，這些都會通過動態(tài)功率曲線可以反映出來。以前，控制技術(shù)不先進，風(fēng)機的智能化程度不高，只好用犧牲葉片Cp的最大值，來換取控制的難度降低，但隨著對Cp最大值的追求，會有更陡峭的Cp-λ曲線設(shè)計的葉片出現(xiàn)，可問題是要獲取這樣的更高理論Cp的發(fā)電量優(yōu)勢，控制系統(tǒng)的難度就顯著增大了，特別是隨著葉片風(fēng)輪的加大，這對控制和風(fēng)機智能化的挑戰(zhàn)會越來越大。
因此，不能簡單比較單位千瓦掃風(fēng)面積，更看風(fēng)機的智能化水平，因為只有智能化水平更高的先進的控制系統(tǒng)，才能在實際運行中，真正將理論上設(shè)計的Cp切實的發(fā)揮出來。
至此，可以進入低風(fēng)速智能風(fēng)機技術(shù)的話題了。遠景能源是低風(fēng)速風(fēng)電開發(fā)的探索者，其智能風(fēng)機有更高的能量可利用率。為什么呢？舉一個例子，比如針對低風(fēng)速的特點，遠景智能風(fēng)機的智能控制技術(shù)中有一個基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樣本訓(xùn)練預(yù)測模型，這個有數(shù)十萬行代碼的在線運行軟件模型能夠不斷通過歷史樣本訓(xùn)練，實現(xiàn)對風(fēng)場風(fēng)速模式的識別，這在很大程度上避免風(fēng)機在低能量轉(zhuǎn)化工況下運行的幾率。
遠景智能風(fēng)機不僅有先進的硬件傳感器，更有大量的軟件傳感器和在航空航天以及汽車行業(yè)成功應(yīng)用的先進控制算法，相比傳統(tǒng)風(fēng)機幾萬行的控制軟件代碼，遠景智能風(fēng)機控制系統(tǒng)搭載的軟件系統(tǒng)代碼超過200萬行。
當客戶在追求風(fēng)輪直徑增大來提升風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率時，同時還要關(guān)注更大的風(fēng)輪所帶來的運行風(fēng)險，因風(fēng)輪增大而急劇增加的風(fēng)機安全性風(fēng)險被顯著放大。目前，葉片安裝導(dǎo)致的槳距角對零誤差還停留在過去的水平上，正負1到2度的誤差在目前的制造和安裝工藝中不可避免，這對于100米以下風(fēng)輪直徑的風(fēng)機問題不大，但對直徑超過105米的風(fēng)輪，葉片不對稱所產(chǎn)生的疲勞載荷會急劇增加。遠景在110風(fēng)輪風(fēng)機上做過載荷測量，數(shù)據(jù)表明1度以上的槳距角對零誤差導(dǎo)致的疲勞載荷增加已顯著超出設(shè)計標準，這對風(fēng)機的長期安全性運行帶來巨大風(fēng)險。這不難理解遠景智能風(fēng)機控制軟件中僅槳距角誤差補償算法的軟件代碼量就超過1萬行。
具體到低風(fēng)速復(fù)雜山地風(fēng)電場，比如由于風(fēng)機被部分山體遮擋，湍流紊亂，風(fēng)向變化劇烈，風(fēng)機長期處于偏航不發(fā)電等各種情況，這些復(fù)雜地形的影響，機組發(fā)電量損失甚至高達到15%以上。這種情況，遠景智能風(fēng)機是可以避免的，因為它能夠根據(jù)風(fēng)機實際運行進行控制自優(yōu)化，找到新的最優(yōu)化工作點，動態(tài)調(diào)整偏航的邏輯策略，通過這些，在復(fù)雜山地條件下，遠景的智能風(fēng)機所提升的發(fā)電性能對于低風(fēng)速風(fēng)電場就顯得尤為重要了。
一句話總結(jié)：遠景智能風(fēng)機領(lǐng)先行業(yè)的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率，才是幫助業(yè)主在低風(fēng)速風(fēng)復(fù)雜山地風(fēng)電場降低風(fēng)險、獲得較好盈利的決定性因素。
