【运风之道】微观选址“卡脖子”困局如何破?运达股份交出中国答案

发布时间:2023-08-30 浏览:683 来源: 运达股份

开栏语:

近日,运达股份自主研发、具有完全自主知识产权的“运风”风资源计算评估公共服务云平台获得北京鉴衡认证中心权威认证,对实现我国风资源评估系统国产化、精细化、产品化具有重要里程碑意义。

随着海上、大基地时代的加速推进,如何优化风场的机型配置和排布方案,以期获得更优发电量和经济效益?行业关注的种种问题都指向同一个名词——风资源技术。今日起,运达股份微信公众号特别策划《运风之道》专栏,带您一探究竟。

微观选址直接影响投资决策,关系后续的发电量水平和经济效益,可谓是风电场设计中非常重要的一环。为了提高复杂地形中的计算精度和准度,能够刻画场区内空气流动的细节特征、精确描述复杂地形对空气流动影响的CFD仿真风资源评估技术成为市场主流。

然而,目前市场上的通用商业CFD软件以及专为微观选址开发的CFD软件几乎均为国外厂商开发,并不完全适用于我国复杂多变的项目环境,且软件的采购、维护、升级成本昂贵,使得行业面临风资源评估软件“卡脖子”的困局。

为了突破困局,运达股份自2017年起自主研发风电场高精度CFD仿真技术,目前已经形成一套精准、高效、简洁的CFD算法,集成于“运风”风资源公共服务云平台上。通过上百组实际测风塔互推验证,相比于主流商业软件,“运风”将平均风速误差降低了1.7%,湍流强度误差降低了10%。平台算力由具备海量资源的超算中心提供,单个项目计算时长大幅缩短,且能够支撑大批量项目同时计算,使整体业务效率大大提升。

 

更适用风电项目的CFD核心算法

大气流动均为湍流,具有无序变化的特征,对其进行CFD仿真需要借助湍流模型。然而,不同场景下流动特征不完全相同,不存在适用于所有流动的湍流模型。就风电项目而言,场区范围通常为数十甚至上百公里,仿真所关注的结果点主要为地表上方数十至数百米。这类流动属于大尺度流动,有其独特规律,常见湍流模型无法对其精确刻画。为解决这个难题,“运风”研发了更适合大尺度空气流动的湍流模型,大幅提升计算精度。

此外,主流微观选址软件中的CFD仿真通常基于结构网格,但我国风电项目大部分建设于复杂山地。结构网格对这类地形的适应性不强,导致仿真失准或失败。针对该问题,“运风”采用非结构网格,大幅提升对复杂地形的适应性。

 

运风采用的非结构网格

 

“零基础”的CFD仿真

在CFD仿真中,需要根据原始地形数据进行几何建模,描述风电场区内地表的起伏变化,从而模拟地表对空气流动的影响。然而,原始数据中往往包含高程异常、等高线交叉等人工极难识别的坏点,导致几何建模时出现尖点、凹陷等异常地表,使仿真失准甚至失败。为规避这类问题,“运风”研发了地形数据坏点的自动识别及修复算法,自动识别原始地形数据中的坏点,并根据周边地形特征对坏点进行修复,大幅提升几何建模的成功率。

“运风”还对CFD仿真各环节的关键参数进行大量测试、验证,并研发了基于仿真结果特征的收敛判据,最终形成了一套自动化程度极高的CFD仿真流程。利用“运风”,无任何CFD基础的用户也可以发起流动仿真,并获得可靠结果,从而专注于项目评估和结果分析。此外,“运风”还集成了基于GIS的3D可视化模块,将流场仿真结果实景呈现于地形之上,方便用户查看和分析。

 

地形数据坏点自动识别及修复

 

基于GIS的流场3D可视化

 

独具特色的高边坡仿真功能

在风场建设、运行中,机位附近需要有一定范围的平台。对复杂山地项目,机位平台的建设通常靠开挖山体实现,但由于生态红线、行政边界、压覆矿等政策要求及工程建设要求,山体可能无法完全开挖,导致机位平台附近出现较高边坡。边坡的存在会改变局部空气流动,对机组发电量和安全性均有一定影响。据统计,约15%的项目存在高边坡现象,成为不可忽视的行业难题。

为把控边坡风险,推动边坡地形CFD仿真技术发展,“运风”平台专门研发了高边坡风险评估模块。该模块会自动根据边坡施工平面图和原始地形数据“开挖”边坡,精确刻画边坡处地形,并通过在边坡附近进行网格加密实现对流动的精确捕捉。在CFD仿真完成后,“运风”支持对多种轮毂高度的排布方案进行对比,辅助把控边坡风险,进行方案决策。

 

高边坡地形流场示意图

 

依托这套精准、高效、简洁的CFD仿真技术,“运风”平台已支撑公司1500余个项目的计算,并受到广泛关注,吸引数十家客户。未来,运达股份将继续以数字化、精细化、绿色化为目标,在风资源领域持续投入研发力量,不断探索、研究前沿技术,为风能资源的高效利用和风电场的高质量运营做出积极贡献。

 

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