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據(jù)《中電聯(lián)工業(yè)統(tǒng)計快報》的最新數(shù)據(jù)：安徽省2015年6000kW及以上風(fēng)電場的平均利用小時數(shù)為1742小時，宣城南漪湖風(fēng)電場2015年全年利用小時數(shù)2598小時，超出安徽省平均發(fā)電水平約49.14%，位居安徽省第一。
這么高發(fā)電水平的風(fēng)電場，到底是由什么決定的?
這座風(fēng)電場位于宣城市漪湖西北山丘陵上，海拔150m-300m，共安裝23臺遠景EN-110/2.1MW智能風(fēng)機。該風(fēng)電場于2014年10月5日完成吊裝，4天內(nèi)所有風(fēng)機完成并網(wǎng)工作，并于2014年11月初順利通過240預(yù)驗收。
安徽宣城風(fēng)電場規(guī)劃圖
為什么同在安徽相似的地形、類同的風(fēng)資源，而不同風(fēng)電場的利用小時數(shù)差距卻如此之大呢?其原因在于低風(fēng)速風(fēng)電場的出生基因，也就是說，一座低風(fēng)速風(fēng)電場發(fā)電水平的高低是由其出生基因的優(yōu)劣決定的。
構(gòu)成低風(fēng)速風(fēng)電場的出生基因有諸多因素，但有一點最為關(guān)鍵，那就是它的基因必須是在低風(fēng)速風(fēng)電場的場景中孕育并形成的。否則，會怎么樣呢?
一個得到業(yè)主認同的基本結(jié)論是：低風(fēng)速風(fēng)電場發(fā)電量對風(fēng)速有著很強的敏感性，在風(fēng)電場設(shè)計過程中0.1m/s的風(fēng)速誤差對應(yīng)4%的發(fā)電量誤差，這一點是低風(fēng)速風(fēng)電場設(shè)計實踐中血淋淋的教訓(xùn)。還有一點，低風(fēng)速風(fēng)電場風(fēng)機間的附加湍流、尾流明顯大于傳統(tǒng)風(fēng)電場，可能導(dǎo)致5%-10%的發(fā)電量評估誤差。
但問題是，如何規(guī)避上述風(fēng)險呢?這需要對低風(fēng)速場景規(guī)律有一個清晰的認識。遠景能源針對低風(fēng)速風(fēng)電場提出了“三七”原則，即30%的時間所蘊含的能量超過全年的70%以上，而70%的時間所集中的能量還不足全年的30%。
下圖清晰地詮釋了這一“三七”原則。圖中紅色柱狀圖代表風(fēng)電場實際風(fēng)頻分布。
根據(jù)上面功率與風(fēng)速的關(guān)系可知，風(fēng)電場的風(fēng)能量與風(fēng)速的3次方近似呈正比例關(guān)系。如果將該風(fēng)電場風(fēng)頻分布轉(zhuǎn)化為風(fēng)能量分布后(即下圖中藍色柱狀圖)，會發(fā)現(xiàn)有兩大秘密隱藏在風(fēng)能量分布圖中：
其一，風(fēng)機切入風(fēng)速并非越低越好?？聪聢D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，風(fēng)機低風(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。
實際上，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。
其二，風(fēng)電場70%以上的風(fēng)能量主要分布在6m/s-12m/s風(fēng)速區(qū)間，而不幸的是，由于這一區(qū)間風(fēng)速處于非滿發(fā)和滿發(fā)的“膝部”拐彎段，需要風(fēng)機控制系統(tǒng)執(zhí)行動作兼顧最大化捕獲效率又要確保機組安全，造成這個區(qū)間的風(fēng)能是最難以捕獲的，這也是實際風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率與理論功率曲線所推演的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率偏差發(fā)生最大的風(fēng)速區(qū)間。
低風(fēng)速風(fēng)電場風(fēng)頻分布與風(fēng)能分布圖
具體到宣城南漪湖風(fēng)電場，在其前期設(shè)計階段，遠景設(shè)計團隊與客戶進行多次迭代優(yōu)化，充分挖掘并利用低風(fēng)速風(fēng)電場的風(fēng)資源，并對傳統(tǒng)設(shè)計軟件的適用性進行技術(shù)優(yōu)化，使流體、湍流、尾流推算符合低風(fēng)速風(fēng)場的運動規(guī)律。與業(yè)內(nèi)分享是，相關(guān)的優(yōu)化技術(shù)已集成至遠景能源格林威治平臺。
值得一提的是，機組選型對風(fēng)電場后期的實際運行表現(xiàn)也起到關(guān)鍵性作用。宣城風(fēng)電場機組2015年的平均時間可利用率為99.16%，并不比其他品牌的機組高多少，可為什么2015年該風(fēng)電場的利用小時數(shù)卻如此超出期望，究竟是什么讓采用遠景機組的低風(fēng)速風(fēng)電場利用小時數(shù)遠高于平均呢?
其秘密在于，針對低風(fēng)速風(fēng)電場特點，遠景智能風(fēng)機控制技術(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，這個在線運行的軟件模型能夠不斷通過歷史樣本訓(xùn)練，實現(xiàn)對風(fēng)電場風(fēng)速模式的識別。如下圖所示，該風(fēng)電場機組的實際運行功率散點一致性處于行業(yè)領(lǐng)先水平，這一點受益于遠景智能風(fēng)機的控制策略。它不僅能夠使機組在低風(fēng)速區(qū)間有效捕獲風(fēng)能量，同時在6m/s-12m/s蘊含70%以上風(fēng)能量的風(fēng)速區(qū)間，可以避免風(fēng)機在低能量轉(zhuǎn)化工況下運行的幾率，這也是遠景智能風(fēng)機在低風(fēng)速風(fēng)能蘊含量最大的風(fēng)速區(qū)間，其風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率行業(yè)領(lǐng)先的重要原因。
宣城風(fēng)電場風(fēng)機運行散點圖
同時，遠景智能風(fēng)機基于載荷的控制策略及風(fēng)場定制化的參數(shù)標定能夠保證機組對低風(fēng)速地區(qū)復(fù)雜的風(fēng)況提前預(yù)判并做出及時響應(yīng)，降低機組各子部件失效頻次，提升機組大部件運行壽命。從2015年該風(fēng)電場運行數(shù)據(jù)上可以看出，風(fēng)場全年平均故障間隔時間約為2583小時，相當于每臺機組平均約107天才觸發(fā)一次停機故障，遠遠高于行業(yè)內(nèi)240小時無故障試運行驗收標準。
宣城風(fēng)電場高可靠性運行水平
值得注意的是，宣城低風(fēng)速風(fēng)電場除了優(yōu)秀的“出生基因”及正確的機組選型，風(fēng)電場后期的運行管理同樣對發(fā)電水平起到關(guān)鍵作用。
須要強調(diào)的是，“三七”原則是對能量可利用率進行管理的基點所在，也可以理解為，在70%的時間里做好風(fēng)電場運維管理的各種規(guī)劃，好讓所有的機組整裝待發(fā)且處于最佳工作狀態(tài)，好在30%的時間里一門心思的發(fā)電!
還須說明的一點，宣城風(fēng)電場實行無人值班、少人值守管理模式：一方面，遠景智能風(fēng)機平均107天觸發(fā)一次故障，機組的高可靠性水平可以讓現(xiàn)場工程師從傳統(tǒng)的日常檢修工作中釋放資源，花更多的時間對風(fēng)電場運維管理進行規(guī)劃，對現(xiàn)場機組實行基于運行狀態(tài)的維護模式;另一方面，現(xiàn)場工程師基于云平臺的遠景智慧風(fēng)場管理系統(tǒng)及其高級應(yīng)用，通過實行“中央廚房”標準化作業(yè)模式，來量化提升低風(fēng)速風(fēng)電場運行水平，切實實現(xiàn)宣城風(fēng)電場資產(chǎn)最大化增值。
