我国风电场效率仅为75% 风电系统优化是关键

【编者按】风电：是风能发电或者风力发电的简称。属于可再生能源，清洁能源。风力发电是风能利用的重要形式，风能是可再生、无污染、能量大、前景广的能源，大力发展清洁能源是世界各国的战略选择。

近日，德勤发布《2014清洁能源行业报告：稳步多元化发展》。报告在描述我国风电行业现状时指出，预计到2020年，我国风电发电量可满足约6%的用电需求，但目前的一大问题是风电利用效率低下，弃风率严重。

风电利用效率和风电消纳是业界长期存在的难题，涉及的原因复杂多样，而优化风电系统，提高风电机组运行效率，增大投入产出比，在一定程度上可以缓解风电利用效率不高、“弃风”等顽疾，也为风电机组更为稳定长久的运行创造条件。

效益最大化是风电系统优化前提

从国内已建成的风电场来看，几位专家指出，其实际运行效果往往低于设计的指标。例如，国际上风电场效率可达到95%~98%，而我国只有约75%。产生这一情况的原因有很多，包括风电场设计时风资源评估结果与实际的偏差，但其中一个主要原因是对风电机组的选型优化较为粗糙。

风电系统的优化是风电开发中的一个重要环节。首先涉及到风电机组的优化选型，这需要根据风电场的具体情况，结合风电机组的功率特性，以及一些特定条件，比如台风、温度等，综合考虑。华北电力科学研究院副总工程师范伟等专家认为，目前风电机组优化选型中，一般以容量系数、发电量、单位千瓦扫风面积等技术经济指标作为优化目标，再建立相应模型进行分析，从而在现有机型中作出选择，实际上，这些方法应该从风电场整个寿命周期的效益最大化角度进行考虑。

风电系统的优化，其实从风电发展一开始就受到关注，也可以说是风电最基础的一个方面。优化风电机组及其系统的运行、控制、维护等等，使其获得更高的效率，产生更大的效益，始终是业界致力的主要目标之一。

近期海上风电呼声很高，但它同样离不开系统优化。据中国科学院院士王锡凡介绍，海上风电系统包括风电机群、集电系统和输电系统，从内容上看，海上风电系统优化规划包括系统评估、优化模型与算法，从规划层次看，海上风电系统优化规划可分为三个层次：风电机组布局优化、集电系统网络接线规划、输电系统规划。优化的目标是综合经济效益最优，而综合经济评估主要包括成本核算、收益分析、网损及可靠性评估等。

三个层次的优化重点各有不同。王锡凡指出，风电机组布局优化以收益分析为主，集电和输电系统规划以成本核算为重点。比如，风电机组布局优化是指在给定风电场区域、风能情况、风电机组台数和型号后，优化各台风电机组的布局位置，使尾流效应的影响尽可能降到最低。

但在王锡凡看来，当前海上风电系统规划尚未形成完整体系，可靠性评估较为粗略，缺乏完善的评估方法与指标，适用于海上风电系统规划的优化方法还需要探索。

利用激光雷达优化风机性能

“针对风电的各个阶段，开发、调试、运维等，有地面的激光雷达、扫描的激光雷达，还有漂浮的激光雷达等，可以说涵盖了风电场的整个生命周期。在优化风机性能、实现风机监控等方面，激光雷达大有用武之地。”法国莱维塞尔科技有限公司产品市场主管DavidLangohr说。

作为一种高科技产品，激光雷达的应用，使得风电机组的智能控制技术越来越细化。新疆金风科技有限公司的一位工程师在谈到风电单机时，认为可以使用先进的激光雷达测风技术，对风机及其周围的风速进行实时测量和分析，用于实现智能预测控制，偏航位置校正及风电场的协调控制。同时对关键部件载荷实施监控，对载荷计算数据进行对比，使得风机的控制更加智能。在此基础上，还能实现风电机组的集群协调控制，并且基于大量的海量历史数据，对风机的运行和控制进行优化。总之，这样可以带来更多发电量，创造更多的利润。

即使是在一些比较恶劣的天气情况下，激光雷达照样不会受到大的影响，同时也增加了数据的可靠性，节省了时间，降低了成本。

“风电机组开始运行之后，通过激光雷达和CFD技术等可以降低能源损耗，提高每台风机的发电量，延长风机的寿命。基于激光雷达，能够使风电系统发电量功率得到优化。”法国明波公司(MeteoPole)首席执行官卡卡说。

在分析风电机组发电量不足的原因时，卡卡认为是风机叶片的偏航误差导致，通过实验，荷兰的风能研究中心已经确认偏航误差和发电量损耗的关系。这就需要用激光雷达来校正。

“用一台激光雷达可以优化很多台风力发电机。原本需要通过5天不断去测量偏航误差，使用激光雷达，只需几分钟，风机控制系统因策就优化了。一台激光雷达一年之内可以优化50台以上的风力发电机，投资回报率很高很快。”卡卡说。

随着风力发电在我国越来越广泛，风电系统优化必将越来越受重视。

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