金风科技风能研究院副院长胡高硕：大基地项目风资源创新技术研究与应用

2023年10月16日-19日，2023北京国际风能大会暨展览会（CWP2023）在北京如约召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一，这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会，再次登陆北京，聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题，将历时四天，包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见App全程直播本次大会。

10月17日上午，金风科技风能研究院副院长胡高硕在“风资源技术论坛上”发表了题目为《大基地项目风资源创新技术研究与应用》的主旨发言。

以下为演讲全文：

    刚才我和几位朋友在交流还提到，今天看到很多老面孔，同时看到更多新面孔。早上9点钟还是比较早的时刻，看到这么多的年轻人，愿意从事技术学习和研究探讨，真的是特别高兴，下面我正式开始今天的演讲。

    我今天演讲的主题是《大基地项目风资源创新技术研究与应用》，今天汇报分为四部分：大基地项目评估痛点和挑战、大基地项目风资源评估精度提升、大基地项目机组排布方案寻优、大基地项目尾流评估及优化。 

    以内蒙古新能源基地规划为例切入大基地项目的评估，基地型项目规划这两年如火如荼，如沙戈荒等，像新疆、内蒙都是大基地非常多的区域。第一批规划风电光伏装机总规模已经到9705万千瓦，其中内蒙古总规模达2020万千瓦，风电占1700万千瓦。在最近出现沙戈荒基地规划上政策频出，一直到第三批大基地，尤其是内蒙都是以千万千瓦起步，最近在做的像三峡、华能、蒙能、华电等客户都是千万千瓦的基地项目。

    在传统认知当中，基地项目地形相对来说没有山地那么复杂，是不是在风资源评估上就没有什么痛点？我们以一个项目的案例切入。

    最初拿到的是场区东北部的老的测风塔数据，离场区大概是13公里，在可研设计上是以场外两个测风塔数据进行评估，场区内风速在6.9-7.1m/s，如果按照传统的认知会以大容量机型为主。后续场区内立了测风塔，评估之后风速在5.1-5.5m/s，采用老的测风塔数据评估会导致整个项目的选型和收益出现重大偏差，这也是大基地规划当中比较失败的案例。这个案例中不光风速评估出现大的偏差，风向也出现比较大的偏转。

    从这个案例出发讲一下大基地项目评估的现状，基地型项目场区实际的风速、风向及其它风况也有复杂的呈现，从中可以看出大基地风资源评估中的痛点和挑战。

    一、资源评估的准确性，拆分出几点，如大基地项目本身的跨度会非常大，工期要求非常紧（如3月内开工，半年内并网），所以留给我们做资源评估的时间比较短。更甚者最早场址范围在哪里都不清楚，测风方案没有代表性，因此第一大痛点是如何提升资源评估的准确性。

    二、大范围的场区，基地型项目可能面临开工并网较长时间的跨度。在项目当中怎样做机组选型？怎么样选出来更先进的机组或者更适合场区的先进的机组？同时在排布方案上，上百台风机迭代一次，所用的时间有多长？传统的软件和现有计算能力，能否去承担这样的迭代？

    三、尾流影响，我们在讲大基地项目尾流影响特别大，那么究竟有多大？有没有精准的模型体现出大基地项目尾流的影响？我们了解到尾流的存在，有没有方案去优化它？这都是接下来要给大家做的分享。

    在大基地风资源评估的精度提升上我提出一个概念“大处着眼、小处着手”。以新疆为例，新疆位于中纬西风带，盛行西风，由于西伯利亚冷空气的影响，新疆区域又会存在压力梯度导致有冷暖的交汇，实际上新疆西北风和东南风都会存在。气流随着几大河谷流入准噶尔盆地，又经过达坂城、十三间房等区域流入南疆和内陆。

    我们在做一个基地项目时，要了解风的成因，还要结合地形特点，如新疆的风除了刚刚讲到的之外，不得不提到山脉的影响。几乎所有的风区都位于两山中间，所以除了背景场的影响外，还要了解局部地形的影响，才能更精准的把控一个大基地项目风资源的特性。

    在做大基地项目开始之前，我们要把它更大区域地形，气象条件整理出来。如我们总结出来新疆十大风区的特点和分析方法，比如说先大后小分八位、分析流场、方案设计以及提炼的经验。

    今年风能研究院做了十大区域风特性的分析，已经逐步在御风之道的公开课上进行分享，有想了解的同仁可以关注学习一下。

    除了大背景分析外，还要实现高质量的测风。为什么叫“高质量测风”？测风的时候不是场区内有一个测风塔，也不是场区外有一个数据就拿来用。即便场址相对比较平坦，如青海的案例当中峡谷中间的风速比较好，往两边走海拔虽然有增加，但是风速出现了降低。如果我们只是在某一个位置进行测风，评估得到的结果如果只考虑商业软件的呈现，海拔高的地方风速就会大，与实际会出现偏差。所以高质量测风上要结合地形考虑测风数据和机位点的相关性、代表性的问题。同时风向也是重点关注的因素，也会随着峡谷的走向出现一定程度的偏转。

    测风阶段会有同仁说到，项目的工期很短，场区内测风数据都没有，你们能不能给我们做风资源的评估？这个问题一定是存在的。现在有创新的技术，可以一定程度上降低缺少测风数据的评估不确定性问题。

    一是利用好大数据平台，中国风电发展二三十年，积累了大量测风数据，全国的测风塔近2万座（金风数据库），相信行业聚集起来数据量会更大。做项目可以先在附近找到测风的数据，如果面临时间短，同时要给一个相对比较精准的方案，可以采取组合测风方式。比如场区内做激光雷达的短期测风，同时用虚拟测风塔技术，一定程度上降低评估的不确定性。

    如果时间允许，我建议采用更多的实测数据，哪怕风电场的运行数据也可以作为评估依据，在很多基地项目上已经应用起了组合测风的方案，效果也还可以，比较符合预期。

    二是排布方案上实现寻优，当是乌兰察布大基地的招标，项目投入了风资源工程师十几个人，分片去做建模和排布方案。当时之后就一直考虑，是否可以实现自动排布？找到其中的一个方法是利用模拟退火算法，它可以在比较大的空间中找到最优的解。而且可以实现多目标寻优，因为我们在一个项目的设计当中，绝对不是单一的因素或者目标，可能要求是发电量最高，造价最低。我们怎么样综合考虑资源情况、限定因素和载荷的情况，实现点位的自动寻优和方案的迭代？

    自动排布技术是目前金风团队应用比较好的技术，看下我们的应用案例，相比较最初手动排布，和放进去很多的限制因素，结合地形特点通过采用自动排布工具，得到的结果从电量提升来看，提升将近5%，这是非常可观的，计算机在半个小时就可以跑出这样的结果，同时风速也有比较大幅度的提升。

    在整机厂商的技术团队介入的时候，项目和方案会有初步的设计，我特别建议开发商在更早的阶段，点位还没有确认，单机容量也没有完全定下来的阶段，采用这套算法和计算平台，可以更好的为项目做方案的优化设计。

    大基地项目尾流评估及优化部分，要讲尾流一定要从后评估的角度切入，这个是在新疆基地做的后评估项目。场区周围没有什么遮挡，同时海拔变化也比较小，所以我们认为尾流前的风速是一致的，通过对运行数据的清洗找到某一个单一方向（90度方向吹来的风）以及各机位风速的变化。

    我们比较容易理解的是前排风速一定比后排要大，但是还有一个比较特别的现象，外围的风速也会大于内部的风速，想提醒各位在做排布方案设计时，不能说单一的因为它在前面风速好，要充分利用资源，而且要考虑深阵列的影响，充分发掘场区的资源做好选型和方案的设计。

    同时新的研究发现，尾流造成电量的损失并不像传统意义上随着风速的增加而线性增加。而是一个近似二项式。可以看到在不同的风速段，尾流的影响导致的电量损失不同，如果再结合实际的评估来看，用一个单一的尾流损失折减是否合适？这也是所有从业者要去认真思考的问题。现在对于尾流损失处理还有点简单粗暴，我们没有太多的关注在不同风速段去考虑真正对电量的损失影响到底有多大。

    以上是我们团队对大基地尾流的部分研究成果，针对上述提出我们的解决方案。

    一是针对基地的项目要考虑到大间距的排布，如果场区允许的话可以缩减垂直主风向上的间距，拉大在平行主方向上的间距，可以做到15D~18D的排布。

    二是结合地形，如果在基地项目上遇到山体要分析风向，如果顺着山谷要远离山体的排布，靠近山体虽然海拔比较高，可能商业软件给出的结果也比较好，但真实的风速会差一些。

    三是设置尾流缓冲区，因为我们从后评估的结果能看到，在下风向尾流的影响是非常严重的，实际上有一些已经达到20%-30%的水平。这么好风资源的条件，不能被尾流给消耗掉了，所以这个是我们要解决的问题。

    在尾流研究上也有一些结论。

    第一部分：尾流的损失随着排布有变化，第二排损失是骤降，第四排开始趋于稳定。

    第二部分：尾流的损失和风速的关系不是线性的，而是二项分布。

    第三部分：尾流模型建议用大风场尾流模型进行评估。

    第四部分：针对平原型风电场虽然不是传统意义上的大基地项目，但是对于平原大型风电场或者周围有比较多的已建风电场，也可以参考基地型风电场来评估。

    尾流规避方案从排布上不再赘述，比如说间距设置、缓冲区的设置等。我们还要考虑尾流控制方案，除了对尾流评估模型进行改进，一定要考虑到怎么样针对尾流控制，另外采用自动排布软件，在基地型项目评估的效果和效率上会有一定的提升。

    小结一下，一是针对资源评估的准确性提升，要大处着眼小处着手。二是大数据的应用，建议大家回去把手头实测的测风数据做个整理汇总。三是做高质量的测风。四是考虑创新组合测风技术。

    在机组选型和排布方案寻优，建议大家研究下模拟退火算法，考虑采用自动排布工具。此外还有针对尾流的评估和优化的缓冲区设计优化，我就不重复了。

    此外，针对行业发展的建议，第一、我们做创新技术研究的目的，绝不仅仅为了发文章写专利，而是要考虑把这些技术应用到行业中，怎么样实现行业高质量发展。要把研究的算法和技术变成数字化平台和工具赋能业务和工程应用当中。

    第二、我们一定不要被一些现有的标准去局限，比如针对大基地尾流评估的方法和排布方案的设计，金风一直在创造标准，我们要尊重标准，同时也要实现突破。

    最后想呼吁一下，在行业大规模、高质量发展的背景下，希望开发商、整机厂商和第三方包括高校等形成命运共同体，一起推动整个行业的高质量发展。

（根据演讲速记整理，未经演讲人审核）