智慧風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及規(guī)劃建議

王進(jìn)

魯能新能源集團(tuán)有限公司河北分公司 河北張家口 076650

1 智慧風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

風(fēng)能資源取決于風(fēng)能密度和可利用的風(fēng)能年累積小時(shí)數(shù)。風(fēng)能資源受地形的影響較大，我國(guó)風(fēng)能資源比較豐富。根據(jù)全國(guó)900多個(gè)氣象站將陸地上離地10m高度資料進(jìn)行估算，全國(guó)平均風(fēng)功率密度為100W/m2，風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約32．26億kW，可開(kāi)發(fā)和利用的陸地上風(fēng)能儲(chǔ)量有2．53億kW，近?？砷_(kāi)發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量有7．5億kW，共計(jì)約10億kW。如果陸上風(fēng)電年上網(wǎng)電量按等效滿負(fù)荷2000h計(jì)，每年可提供5000億kWh電量，海上風(fēng)電年上網(wǎng)電量按等效滿負(fù)荷2500h計(jì)，每年可提供1．8萬(wàn)億kWh電量，合計(jì)2．3萬(wàn)億kWh電量。中國(guó)風(fēng)能資源豐富，開(kāi)發(fā)潛力巨大，必將成為未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要的組成部分，建設(shè)智慧風(fēng)電場(chǎng)有著良好的發(fā)展前景[1]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)智慧風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究十分活躍，其相關(guān)技術(shù)也隨之不斷發(fā)展。智慧風(fēng)電場(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)包括：風(fēng)機(jī)關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)技術(shù)、智能故障診斷技術(shù)、風(fēng)力機(jī)智能控制技術(shù)、智慧運(yùn)維技術(shù)、大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)、精準(zhǔn)風(fēng)功率預(yù)測(cè)技術(shù)、備品備件智能管理技術(shù)、風(fēng)電場(chǎng)信息智能管理技術(shù)等。其中，風(fēng)力機(jī)智能控制技術(shù)已進(jìn)行了大量的研究，并取得了較好的成果。目前，兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)已普遍實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)啟停、自動(dòng)偏航、自動(dòng)變槳、自動(dòng)功率調(diào)節(jié)等功能。目前，國(guó)內(nèi)外主要的風(fēng)機(jī)廠家如遠(yuǎn)景能源、金風(fēng)、明陽(yáng)、運(yùn)達(dá)、GE、西門(mén)子、Vestas等，都開(kāi)發(fā)有自己的數(shù)字化、智慧化風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)及信息管理服務(wù)平臺(tái)及系統(tǒng)，相關(guān)科研機(jī)構(gòu)如西安熱工研究院、大唐新能源研究院、德國(guó)Fraunhofer等，工程設(shè)計(jì)單位如華東勘察設(shè)計(jì)研究院等也在開(kāi)展相關(guān)研究工作，且開(kāi)發(fā)有智慧風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)及信息管理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)各有側(cè)重，但均未達(dá)到智慧風(fēng)電場(chǎng)的要求。各風(fēng)機(jī)廠家開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)通過(guò)大數(shù)據(jù)、云服務(wù)來(lái)分析并提供風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃、測(cè)風(fēng)方案管理，以及風(fēng)資源評(píng)估、微觀選址、風(fēng)場(chǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化、風(fēng)功率預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)、資產(chǎn)后評(píng)估分析等全方位的技術(shù)解決方案，還可以對(duì)風(fēng)機(jī)、測(cè)風(fēng)塔、升壓站等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、遠(yuǎn)程機(jī)組在線狀態(tài)檢測(cè)、遠(yuǎn)程故障診斷與修復(fù)、機(jī)組健康管理及性能評(píng)估，并能進(jìn)行能量管理和報(bào)表管理。而科研機(jī)構(gòu)及工程設(shè)計(jì)單位則偏重?cái)?shù)據(jù)分析、設(shè)備故障智能診斷及預(yù)警、設(shè)備性能智能分析、智能巡檢、智能運(yùn)維等系統(tǒng)功能的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。

2 智慧風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃建議

2.1 山地風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

（1）山地風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)塔選址需要把握的原則。擬選測(cè)風(fēng)塔位置的風(fēng)況應(yīng)基本代表擬選風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的風(fēng)況。(擬選測(cè)風(fēng)塔位置附近應(yīng)無(wú)高大建筑物、樹(shù)木等障礙物，與單個(gè)障礙物距離應(yīng)大于障礙物高度的3倍，與成排障礙物距離應(yīng)保持在障礙物最大高度的10倍以上。擬選測(cè)風(fēng)塔位置應(yīng)選擇在擬選風(fēng)電場(chǎng)主風(fēng)向的上風(fēng)向位置。測(cè)風(fēng)塔的數(shù)量依擬選風(fēng)電場(chǎng)地形復(fù)雜程度而定。對(duì)于簡(jiǎn)單地形，可設(shè)置一座測(cè)風(fēng)塔；對(duì)于復(fù)雜地形，應(yīng)考慮設(shè)置兩座及以上測(cè)風(fēng)塔。

（2）測(cè)風(fēng)塔選址具代表性。測(cè)風(fēng)塔在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)應(yīng)具有代表性，盡可能選擇在今后布機(jī)較多的區(qū)域內(nèi)。山地風(fēng)電場(chǎng)的山脊起伏較大，對(duì)于不超過(guò)10km的單一山體，測(cè)風(fēng)塔宜布置在山脊中間區(qū)域，選在位于整條山脊平均海拔高度偏上的位置，超過(guò)10km的連續(xù)山脊，在起伏較大的位置加密測(cè)風(fēng)塔。對(duì)于連片的山體和多道山脊組成的風(fēng)電場(chǎng)，測(cè)風(fēng)塔首先考慮布置在海拔較高的主山體，然后在迎風(fēng)面和可能存在前端擾動(dòng)區(qū)域的中等高度山體分別布置測(cè)風(fēng)塔，還要在可能布置風(fēng)電機(jī)組的海拔較低處布置測(cè)風(fēng)塔，使測(cè)風(fēng)塔的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)能反映出整個(gè)區(qū)域的平均風(fēng)能資源情況[2]。

（3）測(cè)風(fēng)塔選址應(yīng)具備可操作性。風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源較好的地方，往往是人煙稀少、無(wú)通訊信號(hào)、施工困難的偏遠(yuǎn)山區(qū)。在滿足代表性的基礎(chǔ)上，測(cè)風(fēng)塔選址還需滿足測(cè)風(fēng)塔的施工條件要求，盡量選在靠近道路、搬運(yùn)方便、有足夠拉線范圍的位置，便于測(cè)風(fēng)塔安裝和后期維護(hù)。對(duì)于無(wú)通訊信號(hào)的地方，要盡量保證人員容易到達(dá)，實(shí)現(xiàn)定期人工收集測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，對(duì)于無(wú)通訊信號(hào)且人工收集測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)成本較高的地區(qū)，建議在測(cè)風(fēng)塔配置中考慮衛(wèi)星傳輸設(shè)備[3]。

2.2 深海智慧化風(fēng)場(chǎng)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的重點(diǎn)在于離岸安裝。海上的風(fēng)能資源豐富，風(fēng)速較大，適合大功率風(fēng)機(jī)的安裝。挑選在較淺水域中安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)，離岸風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生較大的能量，超過(guò)岸上發(fā)電的一倍。如果要較好地解決風(fēng)電場(chǎng)和電閥之間的連接問(wèn)題，就需要通過(guò)熱量流通空氣調(diào)節(jié)輸電系統(tǒng)，此舉可以較好地把電量輸送到負(fù)載中心。高壓直流輸電接入電網(wǎng)技術(shù)擁有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是電纜上基本不會(huì)出現(xiàn)功率損耗的問(wèn)題；二是離岸安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)與陸地之間的擾動(dòng)互補(bǔ)影響；三是接收端與發(fā)電端的頻率相互獨(dú)立；四是系統(tǒng)功率流量是能夠掌控的，也十分穩(wěn)定；五是每根電纜運(yùn)輸?shù)碾娏枯^多；六是電流通過(guò)電纜時(shí)對(duì)直流輸電的距離不會(huì)造成影響。深遠(yuǎn)海域風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控使用集中、遠(yuǎn)程監(jiān)控的方法，通過(guò)智能化的監(jiān)控方式，科學(xué)地利用大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，在集控總部安排很少的值班工作者，利用集控部門(mén)指令管理風(fēng)電場(chǎng)，降低由于人員安排不科學(xué)與決策失誤產(chǎn)生的費(fèi)用與運(yùn)維時(shí)間的浪費(fèi)。海上風(fēng)電場(chǎng)的機(jī)組潛在問(wèn)題較多，規(guī)模較大，備件、設(shè)備以及運(yùn)維工作者的信息透明度影響了整個(gè)機(jī)組運(yùn)維的相應(yīng)效率。在風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維管理中設(shè)備數(shù)據(jù)十分重要。利用信息化技術(shù)以及大數(shù)據(jù)的思維方法，能夠?qū)υO(shè)備的維護(hù)、巡檢等信息展開(kāi)透明、更新管控，并和其他信息展開(kāi)共享，展開(kāi)風(fēng)電機(jī)組全生命周期的管理。

3 結(jié)語(yǔ)

雖然，目前建成的或在建的數(shù)字化智慧風(fēng)電場(chǎng)還處于較初級(jí)階段，但隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、信息化與人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，大型數(shù)字化智慧風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)必將成為未來(lái)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。