LEOSPHERE SAS梁志：利用扫描式激光雷达，探测与研究风机尾流特性的最新成果

2020年10月14日-16日，2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）在北京新国展隆重召开。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，本届大会以“引领绿色复苏，构筑更好未来”为主题，聚焦中国能源革命的未来。能见App全程直播本次大会。

在15日下午召开的学术发布会上。LEOSPHERE SAS应用经理梁志作为代表发言。

以下为发言实录：

梁志：感谢各位同行，我今天报告主要针对激光雷达在测量风机尾流方面的一些程度，首先关于尾流特征的分析，另外是技术原理，后面是国内进行项目的一个结果，还有一些国际上项目结果的介绍。

尾流的特性和研究意义，尾流产生的原因就是风机吸收了风里面大量的动能，叶片对风速是有阻挡作用的，叶片对于气流的分离作用，所以它会产生在风机后面有分速衰减的区域，同时这个区域的湍流也是非常高的。然后尾流在风能中的地位是非常重要的，这是时间尺度，横轴是空间尺度，单排风机时间尺度大约是在分钟级时间，然后在空间尺度上大概在几百米范围，如果向下会涉及到叶片的对于气流分离的效果，包括他风机主要获得能量升力的研究，另外由于大型多台风电场的话，其实尾流是有叠加的效应，它会影响整场发动量的情况，对于气候效应也会产生很大的影响，所以尾流从分钟到小时，乃至于到从空间上的话，从几百米到数十公里都会有很显著的，对我们周围的风场包括环境都有很强的影响，所以是比较重要的研究领域。

从实际上拍照，有一篇文章，这是欧洲的一个海上风电的项目，它在同一个时刻通过飞机它经历了风电场，从不同角度看到风电场尾流是非常显著的，也可以看到在很多角度是有一些叠加，一些整场的效果，包括它风电场里有很多风机了，整体是非常强的效果，尾流是很重要的作用，它会显著影响风电场电量的影响，尤其是当这个时刻我们可以看到，电量损失是非常高的，另外一个角度尾流是会有不重合的状态，所以它的影响是比较小的，我们可以通过两幅图看到，当尾流叠加的时候对空气扰动效果是非常明显的，通过照片我们非常可以直接感受到尾流存在的效果。

尾流的一些研究方法，在CFD模型里面有jensne、larsen的一些模型，这个是统计模型，利用一些参数计算出来的，下面这个是对于CFD的模拟，可以看到这个是用平均做的模拟，另外还可以用风洞的实验，在图片上不同状况下，它的风机旋转之后的对风场的影响是有一定区别的，另外外场感测的话，我们可以用侧风塔，也可以用激光雷达遥感技术类分析尾流的存在，可以看到在这个平面上风机上面有衰减的区域，通过数据分析可以得到尾流分布的特征。

这张图在尾流分布的作用，首先就是我们可以来验证来流和尾流的效果，验证尾流模型，单一风机的尾流，还有机组间的尾流，优势就是实际准确地测量为六衰减的效果，还可以降低发电量计算中的不确定性。

还有说一下激光雷达的原理，脉冲、相干式、多普勒的差，它的测量模式有多种，首先是平面的测量，以固定高度角扫角度的平面，另外也可以测量剖面，另外DBS在气象里面用的多一些，在风电场尾流测量中主要用到了前两种，扫平面和剖面的方式。

激光雷达有一个盲区，它最大的探测距离6到10公里，它数据分布最后是一个隔点的数据，会有320个数据点，因为它在扫描会有积分的时间，会有多个数据。下面我们看一下，因为我们要测尾流，首先对于风速测量要判断它的精度，这是丹麦DTU大学场地里面做的测试，首先利用标准的侧风塔对比了116米上的风速结果，对比了一些重要的参数，在这个项目测量开始之前我们定义了很多参数的阈值，达到阈值的话激光雷达是可以测量尾流的，也可以满足精度要求的，阈值设置在这个地方，实际是这个状况，所以都非常好的能够满足测量尾流的要求。

当时的场地雷达放在这边，这边是有它标准的侧风塔，另外就是通过地理信息也可以找到它的几个关系，通过数据处理跟对比，我们可以得到一系列的结果，这是它的雷达设置的参数。这是最后的结果，这是雷达、侧风塔的风速，两者数据是非常吻合的，相关系数都是非常高的。这是DNV GL做的测试，大概进行了两个月多的时间，它也是场地，测量侧风塔地方，位置的风速，最终也有DNV出局的比较权威的报告。这是我们最终测试结果，也可以看到散点图的分布激光雷达测量尾流是没有问题的。

国内风电场也做过测试，这是山东的平原风电场，然后场地地形是平坦的，植被是比较矮的，包括我们扫描的高度角，我们做了4个扇区，4个角度，用这个循环的来持续测量风电场的尾流，这是当时方位角，这是当地风机的排布，这是我们对激光雷达最后会，因为它测量很多网格点的数据，在这个风向下的话，这个之间的尾流是相互叠加的，其实没有什么重合，然后我们也可以看到，因为激光雷达塔筒会对它有影响，但是别的地方的话，因为叶片在旋转，雷达扫的时候，叶片不一定会挡住激光雷达的光束，别的点的穿透率是比较好的，通过这个分析，我们可以评估几排之间的影响，现在土地是很宝贵的资源，如果我们在面积相对有约束的状态下，尽量增加排布的话也可以很大提高资源利用的效率。

在国外也有一定的项目经验，这是在法国进行的，这是SMARTEOLE的项目，它是计划持续了42个月，总预算是1600万元，已拨付640万元，也想提高风场发电量，这个是风机排布图，这个是风机点位，这个是尾流和风速的结构图，有叠加，包括它变化的一个趋势，这是激光雷达放在这个位置对它进行扫描，这是一些详细的参数。测试结果，可以看到前排风机对后一排风机是有影响的，这是一个叠加的效果，我们选取了红色线的上面的风速数据，如这个图上面所示，我们可以很清晰的看到风速一个分布，这样可以看到尾流一个分布结构，包括非常核心的一个趋势，和尾流不是很强的一个区域。

这是在丹麦一个著名的FINO1的一个风电场做了一个尾流的测试，实际有一个简单的结果，这是测量尾流的分布，它对尾流的后面选取了一排风速数据进行了分析，我们看到它在风机离开之前，它叶片是有旋转的，所以它有一个尾流不是很强的近尾流的区域，所以它有很强的衰减作用，这样有利于我们真正的很客观的认识尾流，也通过实际对比，因为晚上大度稳定度是更强的，空气之间的交换会少，所以尾流持续长度也比白天更长的。

这是沃旭能源，在风电场用扫描雷达进行的测试，每个竖线是风机的状态，这个颜色是风速的分布，所以我们看到每一台风机后面有比较强的尾流分布的，我今天报告就是这些，谢谢大家。

（根据速记整理，未经本人审核）