由于风电产业的飞速发展,大兆瓦、长叶片、高塔筒风机已成为行业发展趋势。与此同时,行业对项目前期的风资源评估也有了更高的测量要求。
也就是说,风电已进入平价时代,风机单机容量将大型化,目前主流投标机型已达3兆瓦以上,其叶片转动半径跨度更大,需要测风的高度甚至超过200米以上,采样点高度自然也就升高,而传统测风塔高度具有一定的局限性(最高160米),无法满足该观测条件,这时激光雷达就派上了用场。
激光雷达以大量程(30-300米)、高精度(低对流层<1m/s,中高层<3m/s)、可移动、高时空分标率(urad量级)、数据安全可靠、安装简单、易维护而完胜测风塔,且综合成本低,工期短,更是风资源测量的绝佳法宝。
根据激光雷达风力传感器原理,激光器发出的光被空气中的微小颗粒:花粉、灰尘和水滴等反射回来;再利用激光多普勒效应计算出这些微小颗粒的运动速度和方向(因微小粒子与风的运动相同),以此计算出风速、风向等。
传统测风塔一旦安装后,测风高度与测风位置很难更改、仅能获得特定点位和特定高度的测风数据,可移动性差,且工期长、成本高。
而激光雷达因其便携、灵活、好安装,更容易获得更高高度的测风数据,特别是风机轮毂高度及扫风面积的增加,激光雷达能监测到不同高度的高层测风数据,为项目开发及轮毂高度选择提供有力的支撑。
同时,在某些地形复杂或建塔成本高的风场中,采用激光雷达测风,可提高风资源测量的准确性,有效降低项目风险。
众所周知,风电开发中,风资源评估的确存在着一定的不确定性,但高质量的测量、在复杂地形增设激光雷达、优化基于CFD技术的数值模型,加强风机功率曲线验证等,均能降低这种不确定性。
事实证明,激光雷达数据应用CFD校正系数后,与测风塔数据具有更高的一致性,经某项目验证,显示其测量误差从8%降低到了1%。
复杂地形下的激光雷达测量数据,需注意要移除受到临近风机尾流影响的测风数据,再进行CFD校正系数计算,它作为一种行业标准程序,能有效降低误差,提高精度。
从CFD校正前和校正后的激光雷达风速数据与测风塔数据的绘图分析比较来看,其线性回归模型的斜率在校正后得到了较大改善,这足以表明由于复杂地形导致的激光雷达测风数据的偏差被有效降低。
综上所述,激光雷达测风,能避免机械式转动、风资源叶轮扰动等,更好地捕获风资源、提升测风数据精准度、还降低了维护成本、提升了发电量,这极大的促进了风电产业的发展。
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