業(yè)內(nèi)普遍認為，風電技術發(fā)展多年并趨于成熟，在保持風電機組高可靠性的基礎上，進一步提升發(fā)電量的同時壓低成本知易行難。如今，一項名為EFarm激光雷達智能控制技術（下稱EFarm）開始廣泛應用，不僅可以有效降低機組關鍵部位載荷5%~10%，同時針對具體項目，結合不同的應用方案，還可提升發(fā)電量2%及以上。
產(chǎn)品開發(fā)始終緊貼客戶關鍵痛點
傳統(tǒng)風電機組只能通過葉輪觸摸吹到其表面的風，并將其轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速、變槳角度等信號來控制機組對風的響應。然而，盡管利用葉輪自身可以獲得來流風的大致情況，但機組卻始終無法精準和全面地感知整個來流風域的風速、風向、湍流、風剪切及其變化信息。更重要的是，葉輪的感知永遠滯后于風的變化。這使機組無法更快地響應和最優(yōu)地匹配風況，從而影響機組載荷與發(fā)電量。
在過去很長一段時間內(nèi)，風電機組都難以對風的信息與脈動進行準確、充分地感知，無法主動提升自身發(fā)電能力和適應性。
“EFarm利用激光雷達測風傳感提前并精準地感知來流的信息，依托先進的風域重構算法和智能控制算法，還原前方風域三維空間里的完整信息，并精確地控制機組，實現(xiàn)提前、主動、最優(yōu)地匹配風的變化?！毙陆痫L科技股份有限公司（下稱“金風科技”）EFarm激光雷達智能控制技術負責人談道：“這大幅降低了機組載荷，提高了發(fā)電量，從而幫助業(yè)主降低項目投資，提升項目收益?！?/p>
技術應用離不開大量研發(fā)和測試
多年來，金風科技對各種激光測風雷達及方案進行了測試評估，包括不同技術路線，旋轉(zhuǎn)掃描和固定光束等不同探測方式、光束配置、測量距離和測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。通過實驗測試和技術論證，金風科技選擇了最有優(yōu)勢的技術路線。并且，金風科技與國內(nèi)外先進的雷達廠商合作，針對風機的智能控制定制開發(fā)激光雷達測風傳感器，先后完成原型機、一代機、二代機的開發(fā)測試，并在國內(nèi)外的多種地形、氣候和氣溶膠環(huán)境下設立樣機，完成技術方案和傳感器的驗證測試。
金風科技通過大量測試發(fā)現(xiàn)，能準確解析和重構風電場是實現(xiàn)降載和功率優(yōu)化的前提。其中激光雷達的測量精度、有效測量距離、實際測量頻率、光束配置等關鍵參數(shù)至關重要，而非雷達在葉輪前后的安裝位置。相反，性能參數(shù)不足的激光雷達傳感器，會使得降載和電量提升的效果大打折扣，甚至起到反作用。
可靠性源于實地嚴苛的檢驗與優(yōu)化
EFarm技術所采用的是高性能、高可靠性、小型化的第二代激光雷達，能夠在各種復雜甚至極端的環(huán)境和工況下，始終穩(wěn)定有效地對來流風域進行精準感知。
以位于山西平陸的云蓋寺項目為例：該項目屬于復雜山地地形，經(jīng)常出現(xiàn)雨霧環(huán)境，并且冬季冰雪充沛，低溫接近-30℃，同時因為附近有鹽湖而存在鹽霧腐蝕情況。針對金風科技機組控制需要而定制化開發(fā)的激光雷達測風傳感器，在該項目整個冬季的極端惡劣環(huán)境下，始終穩(wěn)定可靠地運行。
除了有一雙“明亮的眼睛”外，EFarm的另一個核心優(yōu)勢體現(xiàn)在軟件方面：為風電機組的大腦植入先進的“智慧模塊”。
基于大量核心的仿真和實測數(shù)據(jù)，特別是不同環(huán)境和工況下精準的測風大數(shù)據(jù)，憑借對風與機組控制的深刻認知和技術沉淀，結合大數(shù)據(jù)和人工智能的方法，金風科技開發(fā)出了能夠精準分析識別風域信息的風域解析及重構算法，以及能夠控制機組實時地響應和最優(yōu)匹配風況變化的智能控制算法。這使機組發(fā)電性能的優(yōu)化，與整機及關鍵零部件載荷大幅降低得以實現(xiàn)。
成熟的技術體系支撐不同應用需求
EFarm激光雷達智能控制技術可實現(xiàn)針對機組關鍵部位的載荷降低5%至10%，為機組設計和應用帶來顯著的價值。以新機型產(chǎn)品開發(fā)為例，其一是實現(xiàn)機組輕量化設計與減重（如葉片、塔架、基礎等）；其二是提升機組安全與穩(wěn)定性，通過提前、精準和全面地感知來流風整個風域的變化（特別是復雜地形下，風機各個機位點局部流場的復雜變化是無法通過測風塔或風速儀感知的），降低風的復雜變化對機組的不利影響，使葉輪轉(zhuǎn)速的跟蹤控制更精準和平穩(wěn)，更低的變槳波動和變槳歷程，更少的變槳系統(tǒng)負擔，提高機組穩(wěn)定性。其三是提升機組平臺的風區(qū)適應能力，通過降載，使機組能夠配置更大的葉輪，適應更高的風區(qū)及特殊的風況環(huán)境等。
EFarm激光雷達智能控制技術提升機組發(fā)電量的應用場景有兩種：
一種是通用場景，針對不同項目的風資源情況，機組配備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，并匹配風變化的轉(zhuǎn)速和變槳智能控制；另一方面來自精準的測風傳感與先進對風偏航控制策略的結合，可實現(xiàn)“精準對風”，令機頭長時間地面向“風能最大”的位置。同時也來自于減少因瞬時陣風、風向、風剪、湍流等風況突變引起的故障與機組保護停機時間，從而增加機組發(fā)電小時數(shù)。以提升2%的發(fā)電量為例，保守計算可在不到4年收回投資成本。
另一種應用場景是通過把降低的載荷轉(zhuǎn)化為發(fā)電量，即在降低機組載荷的前提下，配置更大的葉輪或提升機組的適應風區(qū)，從而實現(xiàn)發(fā)電量提升5%至10%。
“以河南滑縣項目為例，利用EFarm技術進行降載和機組配置升級，將原設計方案中計劃采用的GW115-2.0MW機型升級為GW121-2.1MW，發(fā)電量提升7%?！鄙鲜鯡Farm負責人介紹：“在另一個位于河北灤平的項目，通過相同的應用方式，將GW115-2.0MW機型升級為GW131-2.3MW，發(fā)電量則提升了13%?！?/p>
另外值得關注的是，降載的價值不僅在機組和風電項目設計階段體現(xiàn)明顯，并且在風電項目全生命周期中，對運維和質(zhì)量成本的降低有著直接和積極的貢獻。因此，雷達智能控制技術降載功能的價值，也必然會時時刻刻地體現(xiàn)在項目運營的整個過程中。
事實上，金風科技的EFarm雷達智能控制技術在2017年就已經(jīng)獲得了由DNV-GL頒發(fā)的設計認證證書，并在同年的北京國際風能大會暨展覽會上正式推出。目前，其已擁有來自3個國家、8個省份共約200萬kW的項目采購意向。
“因為能夠有效降低投資，顯著提升發(fā)電量，越來越多的業(yè)主開始關注并采用EFarm技術。以EFarm雷達智能控制技術為代表的此類技術，也已經(jīng)逐漸成為風電行業(yè)應對風電競價上網(wǎng)乃至平價上網(wǎng)的利器?！币晃恍袠I(yè)專家談道。
