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【格林大家談】第12期 "湍流"那些事兒

2015-12-03 來源:中國風電新聞網(wǎng) 瀏覽數(shù):1224


  以下是對這兩種功率曲線的簡要說明:
  1、靜態(tài)功率曲線
  靜態(tài)功率曲線,是理論值,它無法體現(xiàn)風機本身的性能特點。它是假設(shè)風速為恒定,即湍流為0的情況下,在給定不同的恒定風速,機組所對應的靜態(tài)輸出功率。這個功率曲線反映的是機組的發(fā)電性能在理論上的最大發(fā)電能力。靜態(tài)曲線基本上由所采用的葉片翼型的Cp決定的,完全無法體現(xiàn)風機本身在真實環(huán)境中如何應對湍流的動態(tài)性能特點。
  實踐經(jīng)驗也證明,該理論值的參考意義不強。運行的實際經(jīng)驗可以看到,即使安裝完全相同的葉片,在不同的廠家的機組上所表現(xiàn)的發(fā)電性能差異顯著的。即使同一廠家的相同機型,采用的相同葉片,在湍流條件不同的情況下,其發(fā)電效率的差異也是顯著的。因此,靜態(tài)功率曲線僅僅能夠反映該機組在理論上的極限最大發(fā)電能力,因為不存在風速恒定,湍流為0的風資源。
  2、動態(tài)功率曲線
  動態(tài)功率曲線,是實際功率輸出及真實發(fā)電性能的表現(xiàn)。是指在考慮湍流條件下,即風速不是恒定不變的情況下,機組的實際功率輸出,這個功率輸出是通過風速在設(shè)定湍流條件下,機組控制系統(tǒng)實際響應下的功率輸出,是機組的真實發(fā)電性能表現(xiàn)。
  能夠用于客觀科學評價風場發(fā)電量水平的動態(tài)功率曲線一定是和當?shù)貙嶋H風資源狀態(tài)相對應的考慮的實際空氣密度和具體湍流下的動態(tài)功率曲線。這條曲線明確了該機組在該風場的實際發(fā)電性能,以及達到額定功率時的必要風速?;趯嶋H湍流環(huán)境下的動態(tài)功率曲線不僅考慮了風的波動,還通過風速的10分鐘概率平均繪制功率曲線,這樣才符合IEC標準關(guān)于功率曲線的定義。
  一般用于評價發(fā)電量的典型動態(tài)功率曲線在標準空氣密度(1.225kg/m3)下三條動態(tài)功率曲線,分別代表了低湍流的功率曲線(Ti<10%)、中湍流的功率曲線(10%<Ti<15%)以及高湍流的功率曲線(Ti>15%)下,機組的時間功率輸出。在接近額定風速時,湍流越大,機組能夠輸出的功率相對越小,這是因為風速的劇烈波動使得機組將風能轉(zhuǎn)換為電能的過程越困難,轉(zhuǎn)換效率越低,需要更多的智能控制方法,提升機組在風速波動下的能量轉(zhuǎn)化性能。
  事實上,不同風機的發(fā)電性能差異恰恰是體現(xiàn)在湍流環(huán)境下,目前很多行業(yè)的文章在靜態(tài)條件下做的各種關(guān)于技術(shù)路線的效率分析實際上都舍本逐末,沒有認識到?jīng)Q定風機發(fā)電量的主要矛盾和關(guān)鍵因素。因此,動態(tài)功率曲線能夠準確地體現(xiàn)不同風機在動態(tài)變化中的智能化水平和先進控制策略。
  為了能夠更好地理解本文中所提出的動態(tài)功率曲線,還需要對動態(tài)功率曲線和靜態(tài)功率曲線最大差異的地方做進一步闡述。大家可以通過上圖看到,動態(tài)功率曲線和靜態(tài)功率曲線最大的差異是在額定風速附近,靜態(tài)功率曲線在額定風速上是一個生硬的拐點,而動態(tài)功率曲線在額定風速附近都會顯著低于靜態(tài)功率曲線,這恰恰就是實際風能轉(zhuǎn)換效率和理論風能轉(zhuǎn)換效率偏差發(fā)生最大的風速區(qū)間。
  原因很簡單,風電機組在這個風速區(qū)間正是風機額定風速上下的范圍,這個時候的機組控制面臨著一個尷尬的境地。
  理想情況是,當超過額定風速時,機組的控制目標是將風能卸掉,但不能多也不能少,正好夠滿發(fā);而當風速低于額定風速時,機組的控制目標是盡量捕獲最多的能量。
  但現(xiàn)實情況是,風速在瞬態(tài)會時而高于額定風速,時而低于額定風速,如果不采用激光雷達技術(shù),我們很難預見下一時刻的風速。機組可能在風速高于額定風速時過度變槳而卸掉了更多的風能,導致不能滿發(fā)。相反,當風速低于額定風速時,機組也可能還處于上一時刻卸掉風能的變槳狀態(tài),導致風能轉(zhuǎn)換效率進一步降低,而大風輪慣量的增加,也加劇了這種低能量轉(zhuǎn)化在傳統(tǒng)風機的常態(tài)化。
  這就是為什么有些使用了大風輪傳統(tǒng)風機的業(yè)主抱怨機組過度偏離理論發(fā)電性能的原因吧。
  由此可以看出,湍流才是風機作為風能轉(zhuǎn)換效率達到最優(yōu)的最根本的挑戰(zhàn),戰(zhàn)勝湍流這個大惡魔,智能風機將會是一把利刃,那到底什么是智能風機呢,咱們下次再約,不見不散哦!

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