在海上風(fēng)電場建設(shè)過程中，機位排布是實實在在影響項目全生命周期收益的重要一環(huán)。合理的機位排布可以充分利用風(fēng)力資源以獲得最大發(fā)電量，進而獲取最大經(jīng)濟效益。

　　然而，主流的基于經(jīng)驗公式的傳統(tǒng)手動排布方法不僅費時費力，更致命的是不能精準(zhǔn)描述尾流場分布以及全生命周期風(fēng)向變化這兩大影響發(fā)電量的關(guān)鍵要素，導(dǎo)致100-200小時左右的年等效滿發(fā)小時數(shù)偏差值，給客戶造成重大損失。

　　為攻克上述難題，明陽智能開發(fā)了海上機位智能優(yōu)化模塊，以全生命周期機位優(yōu)化策略為指導(dǎo)，破解造成發(fā)電量損失的難題。基于多重變量嵌套迭代遍歷尋優(yōu)方式、先進的尾流計算模型，該模塊已實現(xiàn)在1-2個小時內(nèi)對上萬種機位排布方案快速尋優(yōu)，精準(zhǔn)鎖定最優(yōu)機位排布坐標(biāo)，帶來全生命周期發(fā)電量提升。

　　以某30萬千瓦海上項目為例，明陽智能海上機位智能優(yōu)化模塊在原始方案基礎(chǔ)上j發(fā)電量提升了2.1%。按海上0.85元/度電價計算，在25年全生命周期內(nèi)，整個風(fēng)場可為客戶增加收益3.94億元。

圖1  明陽智能海上機位智能優(yōu)化模塊自動排布結(jié)果

　　明陽智能海上機位智能優(yōu)化模塊自動排布結(jié)果顯示，不同機位排布方案導(dǎo)致的發(fā)電效率偏差值最高可達(dá)8%左右，如何精準(zhǔn)鎖定發(fā)電效率最高的排布點呢？

　　在傳統(tǒng)的排布機位方法中，工程師憑借技術(shù)經(jīng)驗在少量機位排布方案中模糊化優(yōu)選，而機位排布是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，“經(jīng)驗”往往存在偏差，進而導(dǎo)致發(fā)電量的損失。

　　明陽智能海上機位智能優(yōu)化模塊可以實現(xiàn)在1-2小時內(nèi)快速完成上萬種排布方案的迭代尋優(yōu)計算，并對所有排布方案進行清晰的量化處理，快速為客戶鎖定發(fā)電量最大的機位排布坐標(biāo)。

　　需要強調(diào)的是，海上機位智能優(yōu)化模塊之所以能夠精準(zhǔn)鎖定最佳機位排布坐標(biāo)，原因在于明陽智能抓住了“偷走”海上風(fēng)電場發(fā)電量的兩大關(guān)鍵因素：尾流及風(fēng)向，并基于全生命周期對其進行研究。

　　基于對100個實際案例的研究，并基于尾流模型、風(fēng)向年際變化等數(shù)據(jù)對年等效滿發(fā)小時數(shù)進行精準(zhǔn)計算，明陽智能風(fēng)資源工程師發(fā)現(xiàn)，尾流和風(fēng)向?qū)Πl(fā)電量的影響堪比陸上機位排布中的復(fù)雜地形因素影響。因?qū)ξ擦鲌龇植肌L(fēng)向年度變化的描述與風(fēng)場全生命周期的實際情況不符，造成的年等效滿發(fā)小時數(shù)偏差最高可超過200小時。

　　通過海上機位智能優(yōu)化模塊精準(zhǔn)描述尾流場分布以及全生命周期風(fēng)向變化是提升海上風(fēng)電項目發(fā)電量的關(guān)鍵。

　　尾流損失的大小直接影響整場的年發(fā)電量值。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，尾流損失降低1%，年等效滿發(fā)小時數(shù)至少提升30小時，IRR至少提升0.5%。

　　目前，機位排布主要通過經(jīng)驗公式計算尾流場分布，不同的經(jīng)驗公式計算得出的尾流場有極大偏差。下圖為Jensen尾流模型與Larsen尾流模型計算得出的尾流場分布，呈現(xiàn)出了不同的結(jié)果。經(jīng)驗公式所描繪的尾流場分布與海上風(fēng)場實際尾流分布不一致是導(dǎo)致風(fēng)場實際發(fā)電量與計算發(fā)電量偏差較大的主要原因。

　　

圖2  Jensen尾流模型與Larsen尾流模型計算得出的尾流場分布

　　以先進的尾流計算模型為內(nèi)核的海上機位智能優(yōu)化模塊破解了這一難題。明陽智能海上技術(shù)專家對MySE平臺機組整機模型的葉片與轉(zhuǎn)速、三種尾流描述方法（包括經(jīng)驗公式法、制動盤模擬法、大渦模擬法等），以及常見的十余個尾流經(jīng)驗公式做了深入研究，并利用CFD仿真中先進的大渦模擬技術(shù)計算真實尾流場分布，最終擬合推導(dǎo)出了針對MySE平臺機組的尾流計算模型。

　　為了驗證尾流計算模型的準(zhǔn)確性，明陽智能采用美國NREL實驗室的風(fēng)洞試驗結(jié)果，與經(jīng)驗公式及擬合尾流計算模型做了比對分析。由圖3可見，采用經(jīng)驗公式推導(dǎo)在超過4D距離后，計算偏差逐漸增大，最大可達(dá)20%，而明陽智能尾流模型計算結(jié)果與實際情況的偏差值僅為3%左右。尾流計算模型與MySE平臺機組完美匹配，實現(xiàn)了尾流場分布的準(zhǔn)確描述，進而實現(xiàn)了最高發(fā)電量的精準(zhǔn)計算。

圖3 不同經(jīng)驗公式、CFD仿真的尾流模型與風(fēng)洞試驗的測試數(shù)據(jù)對比圖

　　全生命周期精準(zhǔn)捕風(fēng)

　　破解尾流損失難題后，明陽智能海上機位智能優(yōu)化模塊進一步攻克風(fēng)向難題。

　　受限于風(fēng)場建設(shè)周期制約，大多數(shù)海上風(fēng)電項目機位排布定點都是依靠測風(fēng)塔一個完整年的風(fēng)向數(shù)據(jù)。但實際情況是，風(fēng)向是存在年際變化的，這意味著今年測風(fēng)數(shù)據(jù)排布最優(yōu)機位方案并非適用于明年，更不適用于整個生命周期。海上機位智能優(yōu)化模塊完美地解決了這個問題。

　　以某海上風(fēng)場項目為例，通過海上機位智能優(yōu)化模塊快速完成上萬種排布方案的迭代尋優(yōu)計算，找出發(fā)電量前五的機位排布方案，結(jié)果如下表。

 

 

　　由下圖可知，在不考慮25年風(fēng)向變化的前提下，方案4的年等效滿發(fā)小時數(shù)最高，其他方案年等效滿發(fā)小時數(shù)降低0.22%~0.65%。而考慮風(fēng)向的年際變化影響后，方案2的年等效滿發(fā)小時數(shù)最高。從風(fēng)向?qū)δ甑刃M發(fā)小時數(shù)影響差異上分析，方案2損失的年等效滿發(fā)小時數(shù)僅為0.24%，而方案4損失高達(dá)2.39%，兩方案差異為2.15%。

圖4 考慮全生命周期風(fēng)向偏轉(zhuǎn)的不同機位排布方案對比

　　由圖中數(shù)據(jù)可見風(fēng)向偏轉(zhuǎn)對年等效滿發(fā)小時數(shù)影響之大，方案2最終成為最優(yōu)機位排布方案。

　　而如若在這個海上風(fēng)場僅根據(jù)測風(fēng)塔某一年的風(fēng)向數(shù)據(jù)做機位排布，隨著風(fēng)向的年際變化，在風(fēng)場的全生命周期中，年等效滿發(fā)小時數(shù)減少92.6h，以10萬千瓦容量風(fēng)場計算，客戶將損失至少1.9億元的經(jīng)濟收益。

　　“出生決定一生”，明陽智能突破了傳統(tǒng)手動排布方法的技術(shù)經(jīng)驗限制，以領(lǐng)先的尾流計算模型、貼合全生命周期的風(fēng)向分析方法，精準(zhǔn)鎖定最優(yōu)機位排布，規(guī)避25年全生命周期內(nèi)的發(fā)電量損失，為客戶提供最佳風(fēng)場布局選擇，實現(xiàn)了對海上機位布控的全面引領(lǐng)。