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水电技术|风资源误区大求真:从“一杯水”的新闻来看风切变

放大字体  缩小字体 更新日期:2018-11-20  来源:建材之家  作者:水电之家  浏览次数:12
核心提示:一篇关于测风方案的文章发布后,很多行业的朋友发来私信、微信询问和交流,感谢大家的支持!测风方案很重要,涉及到选址、选型、维护,标定等过程,笔者后续计划再为大家讲述这些内容。前段时间一个用于测试机舱是否晃动的小实验视频很火,笔者看来实验有可取之处,但是这种方式并不科学。叶轮扫掠面风况非常复杂,大叶轮高塔架如果没有严谨的测试过程,只可能带来风险。刚好最近我的一位朋友张双益博士发……
水电之家讯:一篇关于测风方案的文章发布后,很多行业的朋友发来私信、微信询问和交流,感谢大家的支持!测风方案很重要,涉及到选址、选型、维护,标定等过程,笔者后续计划再为大家讲述这些内容。

前段时间一个用于测试机舱是否晃动的小实验视频很火,笔者看来实验有可取之处,但是这种方式并不科学。叶轮扫掠面风况非常复杂,大叶轮高塔架如果没有严谨的测试过程,只可能带来风险。刚好最近我的一位朋友张双益博士发来他关于非标准风的研究成果,引发了我来说说那个“一杯水”新闻的兴趣。

“一杯水”的新闻里讲述的是柔性塔架在各种工况下的稳定,的确非常直观的能够告诉大家机组的性能。但是只能代表的是此时此刻的情形,不能代表自然界捉摸不定的全部风况,况且这项目还是在个复杂地形。新闻中用这样的方式去证明柔性塔架不太可取:

(1)水晃不晃出来取决于加速度,即位移/时间,柔塔频率小,周期时间长。如同汽车百米刹车,急刹车和慢刹车水能否洒出肯定不同。

(2)柔塔顶部的运动方向是旋转的,而不是直线,如同转红酒杯。酒晃而不洒。

(3)对于急停工况只有0.3m的塔顶位移数据有待证实。

来看看下面的这个视频:

简单科普一下:小于叶轮额定转速频率的叫做柔性塔架(简称软妹子),它需要通过(1)叶轮跳转速,避开共振;(2)塔架加阻技术,抑制摆幅。因此,更适合平坦的场地,简单风况的场地,否则可能因为场地的复杂导致控制策略的复杂,容易导致机组故障的产生,以及为了安全而降功率运行。这时候实际上更适合使用钢塔架或者钢混塔架(简称硬汉子),新闻中的项目真应该好好核一下风况条件,没准真应该召唤硬汉子上。

还有一个就是,软妹子、硬汉子都是高耸结构,即便机组安全也不该晃动过大,这样对运维人员情绪比较不好。

再说一个例子,去年听说某机组厂家在江苏沿海安装了高塔架,我当时大吃一惊,这个地方从我们在那边大量的高空风观测设备获取的数据来看,虽然江苏沿海地势平坦,没有破坏性的风况,但是由于海陆的热力交换和粗糙度变化,使得风切变大且变化剧烈。如果不做好充足的准备,除了计算的发电量高以外,其余全部都是风险。有一天一位朋友给我发来这张照片:

机组安装过程产生了晃动,很聪明的用图中办法解决了问题。安装时的晃动太容易出现事故了,当时真是为他们捏一把汗,值得更多关注的是,20年运行期可能一旦出现问题,就得限制功率运行了,损失就不小了。

梦想的另一面可能是贪婪,贪婪的下一步可能是危险。我们梦想着实现低风速上的突破,各种新技术的应用带来了新的发展,然而这一切都应该建立在科学和客观的基础上,否则追求发电量和投资收益的终极目标是很难达到的。

为了让梦想的小船不是说翻就翻,我们其实做了非常多的测试工作,今天就拿风切变的研究来说说,引用了一点张博士的研究素材。

IEC定义的标准风:

shear=0

veer=0

TurbuleceIntensity=0

Inflowangle=0

Direction Variataion=0

在现实情况下,运行的风电场都为非标准风:叶轮面上存在shear、veer、TI。。。

拿风切变来说,它是指风速随着高度增加的变化趋势,从统计意义上来看符合幂指数规律。下图左边是没有切变的风模型,右边是符合幂指数率切变的风模型。

咱们的机组载荷设计都是基于幂指数率,然而,这里面就有两个主要的问题值得关注:

(1)载荷设计是按照幂指数规律来计算的,实际风况因为地形地貌和热力变化,可能不太符合这个规律,在设计过程中一定要考虑到设计余量和环境适应性。

(2)机组载荷计算输入的是时间间隔10分钟平均值求取出来的年值,机组在实际运行中瞬态变化被严重的平滑掉了,为了保证机组安全稳定运行就需要通过实时控制策略来解决。

现实比理论残酷得多,看看下面几张截图,取自于一个平坦地形激光测风设备操作界面:





依上图,十分钟平均的风切变并不是都符合幂指数规律;同时,从左侧的风向雷达图可以看出,风向在不同高度也是不同的,也就是说风流过整个叶片的方向也是不同。风切变和风向切变在实际条件下还是非常复杂的,它的变幻多端,对于整个叶轮扫风面的能量分布、吸收风能的效率、风载荷存在有动态、随机的影响。那么我们在选择机型和设备的时候,就得擦亮眼睛,因地制宜,多听专业人士的建议了。

大伙儿说说,这一杯水咋就可能这么神奇呢?从上述来看,未来风电场的开发与机组选型,迫切的需要长时间精细化测风、重视瞬态的风况变化。所以,软妹子、硬汉子,什么情况该选谁,还是先且听风吟吧!



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