業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，風(fēng)電技術(shù)發(fā)展多年并趨于成熟，在保持風(fēng)電機(jī)組高可靠性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升發(fā)電量的同時(shí)壓低成本知易行難。如今，一項(xiàng)名為EFarm激光雷達(dá)智能控制技術(shù)（下稱EFarm）開始廣泛應(yīng)用，不僅可以有效降低機(jī)組關(guān)鍵部位載荷5%~10%，同時(shí)針對(duì)具體項(xiàng)目，結(jié)合不同的應(yīng)用方案，還可提升發(fā)電量2%及以上。
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產(chǎn)品開發(fā)始終緊貼客戶關(guān)鍵痛點(diǎn)
傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組只能通過葉輪觸摸吹到其表面的風(fēng)，并將其轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速、變槳角度等信號(hào)來控制機(jī)組對(duì)風(fēng)的響應(yīng)。然而，盡管利用葉輪自身可以獲得來流風(fēng)的大致情況，但機(jī)組卻始終無法精準(zhǔn)和全面地感知整個(gè)來流風(fēng)域的風(fēng)速、風(fēng)向、湍流、風(fēng)剪切及其變化信息。更重要的是，葉輪的感知永遠(yuǎn)滯后于風(fēng)的變化。這使機(jī)組無法更快地響應(yīng)和最優(yōu)地匹配風(fēng)況，從而影響機(jī)組載荷與發(fā)電量。
在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，風(fēng)電機(jī)組都難以對(duì)風(fēng)的信息與脈動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確、充分地感知，無法主動(dòng)提升自身發(fā)電能力和適應(yīng)性。
“EFarm利用激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)傳感提前并精準(zhǔn)地感知來流的信息，依托先進(jìn)的風(fēng)域重構(gòu)算法和智能控制算法，還原前方風(fēng)域三維空間里的完整信息，并精確地控制機(jī)組，實(shí)現(xiàn)提前、主動(dòng)、最優(yōu)地匹配風(fēng)的變化。”新疆金風(fēng)科技股份有限公司（下稱“金風(fēng)科技”）EFarm激光雷達(dá)智能控制技術(shù)負(fù)責(zé)人談道：“這大幅降低了機(jī)組載荷，提高了發(fā)電量，從而幫助業(yè)主降低項(xiàng)目投資，提升項(xiàng)目收益。”
技術(shù)應(yīng)用離不開大量研發(fā)和測(cè)試
多年來，金風(fēng)科技對(duì)各種激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)及方案進(jìn)行了測(cè)試評(píng)估，包括不同技術(shù)路線，旋轉(zhuǎn)掃描和固定光束等不同探測(cè)方式、光束配置、測(cè)量距離和測(cè)量頻率等不同性能參數(shù)，以及葉輪前、后的不同安裝位置等多種方案。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試和技術(shù)論證，金風(fēng)科技選擇了最有優(yōu)勢(shì)的技術(shù)路線。并且，金風(fēng)科技與國內(nèi)外先進(jìn)的雷達(dá)廠商合作，針對(duì)風(fēng)機(jī)的智能控制定制開發(fā)激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)傳感器，先后完成原型機(jī)、一代機(jī)、二代機(jī)的開發(fā)測(cè)試，并在國內(nèi)外的多種地形、氣候和氣溶膠環(huán)境下設(shè)立樣機(jī)，完成技術(shù)方案和傳感器的驗(yàn)證測(cè)試。
金風(fēng)科技通過大量測(cè)試發(fā)現(xiàn)，能準(zhǔn)確解析和重構(gòu)風(fēng)電場(chǎng)是實(shí)現(xiàn)降載和功率優(yōu)化的前提。其中激光雷達(dá)的測(cè)量精度、有效測(cè)量距離、實(shí)際測(cè)量頻率、光束配置等關(guān)鍵參數(shù)至關(guān)重要，而非雷達(dá)在葉輪前后的安裝位置。相反，性能參數(shù)不足的激光雷達(dá)傳感器，會(huì)使得降載和電量提升的效果大打折扣，甚至起到反作用。
可靠性源于實(shí)地嚴(yán)苛的檢驗(yàn)與優(yōu)化
EFarm技術(shù)所采用的是高性能、高可靠性、小型化的第二代激光雷達(dá)，能夠在各種復(fù)雜甚至極端的環(huán)境和工況下，始終穩(wěn)定有效地對(duì)來流風(fēng)域進(jìn)行精準(zhǔn)感知。
以位于山西平陸的云蓋寺項(xiàng)目為例：該項(xiàng)目屬于復(fù)雜山地地形，經(jīng)常出現(xiàn)雨霧環(huán)境，并且冬季冰雪充沛，低溫接近-30℃，同時(shí)因?yàn)楦浇宣}湖而存在鹽霧腐蝕情況。針對(duì)金風(fēng)科技機(jī)組控制需要而定制化開發(fā)的激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)傳感器，在該項(xiàng)目整個(gè)冬季的極端惡劣環(huán)境下，始終穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。
除了有一雙“明亮的眼睛”外，EFarm的另一個(gè)核心優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在軟件方面：為風(fēng)電機(jī)組的大腦植入先進(jìn)的“智慧模塊”。
基于大量核心的仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，特別是不同環(huán)境和工況下精準(zhǔn)的測(cè)風(fēng)大數(shù)據(jù)，憑借對(duì)風(fēng)與機(jī)組控制的深刻認(rèn)知和技術(shù)沉淀，結(jié)合大數(shù)據(jù)和人工智能的方法，金風(fēng)科技開發(fā)出了能夠精準(zhǔn)分析識(shí)別風(fēng)域信息的風(fēng)域解析及重構(gòu)算法，以及能夠控制機(jī)組實(shí)時(shí)地響應(yīng)和最優(yōu)匹配風(fēng)況變化的智能控制算法。這使機(jī)組發(fā)電性能的優(yōu)化，與整機(jī)及關(guān)鍵零部件載荷大幅降低得以實(shí)現(xiàn)。
成熟的技術(shù)體系支撐不同應(yīng)用需求
EFarm激光雷達(dá)智能控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)針對(duì)機(jī)組關(guān)鍵部位的載荷降低5%至10%，為機(jī)組設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來顯著的價(jià)值。以新機(jī)型產(chǎn)品開發(fā)為例，其一是實(shí)現(xiàn)機(jī)組輕量化設(shè)計(jì)與減重（如葉片、塔架、基礎(chǔ)等）；其二是提升機(jī)組安全與穩(wěn)定性，通過提前、精準(zhǔn)和全面地感知來流風(fēng)整個(gè)風(fēng)域的變化（特別是復(fù)雜地形下，風(fēng)機(jī)各個(gè)機(jī)位點(diǎn)局部流場(chǎng)的復(fù)雜變化是無法通過測(cè)風(fēng)塔或風(fēng)速儀感知的），降低風(fēng)的復(fù)雜變化對(duì)機(jī)組的不利影響，使葉輪轉(zhuǎn)速的跟蹤控制更精準(zhǔn)和平穩(wěn)，更低的變槳波動(dòng)和變槳?dú)v程，更少的變槳系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，提高機(jī)組穩(wěn)定性。其三是提升機(jī)組平臺(tái)的風(fēng)區(qū)適應(yīng)能力，通過降載，使機(jī)組能夠配置更大的葉輪，適應(yīng)更高的風(fēng)區(qū)及特殊的風(fēng)況環(huán)境等。
EFarm激光雷達(dá)智能控制技術(shù)提升機(jī)組發(fā)電量的應(yīng)用場(chǎng)景有兩種：
一種是通用場(chǎng)景，針對(duì)不同項(xiàng)目的風(fēng)資源情況，機(jī)組配備EFarm后，可提升約2%左右的發(fā)電量。其發(fā)電量提升一方面來自提前感知風(fēng)，并匹配風(fēng)變化的轉(zhuǎn)速和變槳智能控制；另一方面來自精準(zhǔn)的測(cè)風(fēng)傳感與先進(jìn)對(duì)風(fēng)偏航控制策略的結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)對(duì)風(fēng)”，令機(jī)頭長(zhǎng)時(shí)間地面向“風(fēng)能最大”的位置。同時(shí)也來自于減少因瞬時(shí)陣風(fēng)、風(fēng)向、風(fēng)剪、湍流等風(fēng)況突變引起的故障與機(jī)組保護(hù)停機(jī)時(shí)間，從而增加機(jī)組發(fā)電小時(shí)數(shù)。以提升2%的發(fā)電量為例，保守計(jì)算可在不到4年收回投資成本。
另一種應(yīng)用場(chǎng)景是通過把降低的載荷轉(zhuǎn)化為發(fā)電量，即在降低機(jī)組載荷的前提下，配置更大的葉輪或提升機(jī)組的適應(yīng)風(fēng)區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電量提升5%至10%。
“以河南滑縣項(xiàng)目為例，利用EFarm技術(shù)進(jìn)行降載和機(jī)組配置升級(jí)，將原設(shè)計(jì)方案中計(jì)劃采用的GW115-2.0MW機(jī)型升級(jí)為GW121-2.1MW，發(fā)電量提升7%?！鄙鲜鯡Farm負(fù)責(zé)人介紹：“在另一個(gè)位于河北灤平的項(xiàng)目，通過相同的應(yīng)用方式，將GW115-2.0MW機(jī)型升級(jí)為GW131-2.3MW，發(fā)電量則提升了13%?！?/p>
另外值得關(guān)注的是，降載的價(jià)值不僅在機(jī)組和風(fēng)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段體現(xiàn)明顯，并且在風(fēng)電項(xiàng)目全生命周期中，對(duì)運(yùn)維和質(zhì)量成本的降低有著直接和積極的貢獻(xiàn)。因此，雷達(dá)智能控制技術(shù)降載功能的價(jià)值，也必然會(huì)時(shí)時(shí)刻刻地體現(xiàn)在項(xiàng)目運(yùn)營的整個(gè)過程中。
事實(shí)上，金風(fēng)科技的EFarm雷達(dá)智能控制技術(shù)在2017年就已經(jīng)獲得了由DNV-GL頒發(fā)的設(shè)計(jì)認(rèn)證證書，并在同年的北京國際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)上正式推出。目前，其已擁有來自3個(gè)國家、8個(gè)省份共約200萬kW的項(xiàng)目采購意向。
“因?yàn)槟軌蛴行Ы档屯顿Y，顯著提升發(fā)電量，越來越多的業(yè)主開始關(guān)注并采用EFarm技術(shù)。以EFarm雷達(dá)智能控制技術(shù)為代表的此類技術(shù)，也已經(jīng)逐漸成為風(fēng)電行業(yè)應(yīng)對(duì)風(fēng)電競(jìng)價(jià)上網(wǎng)乃至平價(jià)上網(wǎng)的利器?！币晃恍袠I(yè)專家談道。
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