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北極星風力發電網訊:隨著平價、大基地時代的到來，整個行業正在不斷優化風場的機型配置和排布方案，以期獲得最優發電量。在制定排布方案之前，準確、科學地評估尾流對風場的影響尤為重要。
↑海上風電場起霧時，風機尾流「萬馬奔騰」的景象
尾流的千萬收益落差
以新疆某項目為例，風電場共有264臺1.5MW風力發電機組，主風向為西風，風向相對集中，排布方案為主風向上14排風機。
該風電場在可行性研究階段，採用行業內主流商業軟體（Park尾流模型），預估主風向的尾流損失為7.6%。但通過風電場實際運行數據分析（除限電、故障等），實際尾流損失高達16.2%，尤其從第三排風機開始尾流導致的發電量損失達20%（如下圖所示）。本風場實際收益因前期主風向尾流評估不準確造成約8%的偏差，即每年收益比預期降低約1500萬元。
尾流評估的誤差不僅會影響風機的選型排布，使風場發電量無法達到最佳狀態，還可能因過於樂觀估計而導致投資決策失誤。隨著風機葉片長度不斷增加，風機尾流對發電量影響也會持續提高，因此，行業對風機尾流效應特性和空氣動力學屬性的深入理解愈發重要。
傳統尾流模型瓶頸
目前行業多採用傳統商業軟體做可行性分析，受架構限制，這些軟體很難進行超大規模計算，因此所選尾流模型多為線性模型。線性模型採用的是經驗參數，無法對風場實際尾流進行還原，更無法適應大基地、大項目的風場評估。
現行的主流尾流模型包括：線性模型（Park模型等）、二維CFD模型和三維CFD模型。
↑不同尾流模型原理
從原理上看，CFD模型是更為精準的尾流計算模型，能真實還原實際尾流情況，但CFD尾流模型需要較大的計算資源支撐。因此，行業需要在精度和計算成本之間找到平衡點，以可負擔的成本達到最高的精度。
↑CFD模型計算費用與準確度的關係示意
致動盤尾流技術新模型
金風科技經過長期理論研究和大量測試驗證，研發出風匠致動盤尾流技術，該技術基於致動盤風機模型，採用三維CFD求解，並融合金風風資源經驗來評估尾流的影響。相比於線性尾流模型，對物理現象的還原度更高，精度也更好；相比其它CFD模型，又能較好的兼顧到計算資源以及效率。
↑致動盤風機模型
在技術突破的同時，要實現大規模應用，還需要軟體的支持。但目前市場主流風資源評估軟體基本來源美、德、法等國家，軟體代碼均非開源，無法對軟體模型參數進行修正或優化。
近年來，金風科技憑藉強大的風資源專業團隊和多年的評估經驗，率先搭建了一系列自主研發的風資源評估軟體。2019年風能展，金風科技發布了風資源評估雲平臺——「風匠」（詳情見《風象臺 | 風匠，讓平價時代風資源評估更加精準高效》），該平臺採用自主研發的致動盤尾流技術得到了風電從業人員的廣泛認可。
線性尾流模型偏差大，那麼風匠致動盤尾流模型的表現怎麼樣呢？在「風匠」平臺中建模，重新計算文初案例中的新疆風電場尾流損失情況，用時僅3小時得到了更接近現實的評估結果。
↑風匠致動盤尾流技術與線性Park模型結果對比
通過上圖可以發現，採用致動盤尾流模型評估的各排風機尾流損失（藍色柱狀）與實際尾流損失（紅色柱狀）更為接近，尾流比較嚴重的區域（第4-7排和第9-11排）與實際運行結果相符。致動盤尾流模型還模擬出了第一排風機由於風場阻塞效應導致的功率損失，從全場統計結果來看，風匠計算尾流損失（藍色柱狀）15.5%，比商業軟體線性Park尾流模型（綠色柱狀）誤差降低約8%。
風電機組的發展史是一部風機大型化、多元化的演變史，隨著更多應用於大基地、海上等項目的大型化機組的崛起，行業對風力發電機組尾流效應特性的深度研究勢在必行。金風科技願與風電同仁一道共享經驗和智慧，打造真正適用於未來風電發展的風資源評估平臺。
想要了解更多尾流技術，敬請關注7月3日下午14:00即將召開的新一期「御風之道」線上直播，金風科技將聯合鑑衡認證，並特別邀請中國華能集團清潔能源技術研究院、中國電建集團西北勘測設計研究院，帶您共同探索CFD自主創新，破局尾流仿真。詳情請掃描下方二維碼。
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