高邊坡風(fēng)電場精準(zhǔn)選址與載荷評估一體化解決方案科創(chuàng)研究院張糶獻(xiàn)人類清潔綠電，還自然碧水藍(lán)天1972中國最早從事風(fēng)力發(fā)電的企業(yè)SINCE●

背景與挑戰(zhàn)●

技術(shù)突破與解決方案●

驗證與成果展示目錄CONTENTS●

工程應(yīng)用與價值1.風(fēng)電場高邊坡現(xiàn)象高邊坡風(fēng)電機(jī)組：由于山地風(fēng)電場道路、平臺開挖后常形成數(shù)米至數(shù)十米的陡立面，機(jī)位點距邊坡邊緣距離很近高邊坡機(jī)位現(xiàn)場示意圖高邊坡機(jī)位示意圖風(fēng)向山體3背景2.風(fēng)電場高邊坡現(xiàn)象越來越嚴(yán)重：據(jù)統(tǒng)計，在山地風(fēng)電場中時常遇到高邊坡現(xiàn)象，涉及湖南、湖北、江西、廣東等12個省份山地風(fēng)電場，約占比20%~25%的項目

地形因素：風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，復(fù)雜地形山地項目成為

風(fēng)電開發(fā)的重點區(qū)域；

政策要求：行政界線、生態(tài)紅線、壓覆礦、林地等政策限

制導(dǎo)致機(jī)位點的調(diào)整和可選范圍縮小；

機(jī)組選型：

大型化葉片機(jī)組流行，加劇葉尖與地面的距離

縮小，部分項目在設(shè)計是甚至出現(xiàn)掃到邊坡的情況；

工程建設(shè)：大機(jī)組、大葉片對吊裝的要求增加，平臺挖方

增加，邊坡高度增加。背景2022年度實際運行年度發(fā)電量數(shù)據(jù)2500

實際運行

設(shè)計階段28h

1500

1000

500

**項目

**項目**項目11臺高邊坡機(jī)位的平均發(fā)電小時數(shù)降低約為457h，29臺非高邊坡機(jī)位小時數(shù)差距約209h。**項目高邊坡機(jī)位的平均發(fā)電小時數(shù)降低約為271h，非高邊坡機(jī)位小時數(shù)差距約28h。209h2000

457h271h

0

高邊坡機(jī)位非高邊坡機(jī)位高邊坡機(jī)位

非高邊坡機(jī)位3.

高邊坡項目發(fā)電量后評估分析：發(fā)電小時數(shù)5背景11臺高邊坡機(jī)組年度故障停機(jī)小時數(shù)為114h29臺非高邊坡機(jī)組小時數(shù)僅有28h。前三故障：偏航故障，更換偏航電機(jī)剎車片機(jī)艙產(chǎn)生滑移并出現(xiàn)異響偏航過快，更換偏航制動摩擦片4.

高邊坡項目安全性后評估分析：2022年度實際運行故障小時數(shù)120100806040200高邊坡機(jī)組非高邊坡機(jī)組6

故障小時數(shù)背景7

現(xiàn)有國標(biāo)和地方標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于風(fēng)電場工程微觀選址技術(shù)規(guī)范對地形主要集中在風(fēng)場主體結(jié)構(gòu)特征上，

未考慮風(fēng)場建設(shè)前后局部微地形改變帶來的影響；

IEC61400-1關(guān)于風(fēng)電機(jī)組等級定義，采用的是輪轂高度處風(fēng)速以及輪轂高度處湍流強(qiáng)度，

未考慮邊坡地形對風(fēng)輪面風(fēng)資源特征的影響；背景|原因分析

大型長柔葉片對于風(fēng)輪面風(fēng)速變化更加敏感，現(xiàn)有風(fēng)資源-載荷計算方法對結(jié)果的應(yīng)用可能存在影響機(jī)組安全性、發(fā)電效率的影響。復(fù)雜地形下非穩(wěn)態(tài)風(fēng)電場仿真風(fēng)輪面風(fēng)速結(jié)果背景|原因分析●

背景與挑戰(zhàn)●

技術(shù)突破與解決方案●

驗證與成果展示目錄CONTENTS●

工程應(yīng)用與價值u高精度風(fēng)資源精細(xì)化建模：

開發(fā)貼近實際的、高保真的風(fēng)資源建模方法u創(chuàng)新全新耦合計算方法：

構(gòu)建基于風(fēng)輪面的風(fēng)資源-載荷耦合計算方法u構(gòu)建風(fēng)資源-載荷一體化計算流程：提高高邊坡風(fēng)電機(jī)組安全性以及可靠性高邊坡風(fēng)資源-載荷計算一體化評估流程圖目標(biāo)

風(fēng)況-載荷耦合建模機(jī)組載荷評估高邊坡地形建模選址及機(jī)型優(yōu)化建議風(fēng)輪面風(fēng)況模擬疲勞與載荷計算10高邊坡地形高邊坡微地形建模實際高邊坡機(jī)組風(fēng)資源外場測試多工況實際高邊坡風(fēng)洞試驗測試多工況不同邊坡高度風(fēng)洞試驗測試載荷仿真算法研究1.風(fēng)輪面風(fēng)況建模算法研究2.疲勞載荷及極限載荷計算算法研究風(fēng)輪面風(fēng)況評估算法研究1.湍流模型算法研究2.網(wǎng)格生成和求解器算法研究3.邊界條件算法研究實驗驗證

實驗驗證高邊坡地形測量高邊坡機(jī)組風(fēng)況測量高邊坡機(jī)組風(fēng)況測量高邊坡機(jī)組載荷測量實際高邊坡機(jī)組載荷外場測試構(gòu)建評估體系建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范技術(shù)路線圖風(fēng)輪面風(fēng)況-載荷耦合建模算法研究機(jī)組載荷計算CFD仿真計算驗證測量●

背景與挑戰(zhàn)●

技術(shù)突破與解決方案●

驗證與成果展示目錄CONTENTS●

工程應(yīng)用與價值風(fēng)資源驗證體系現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性驗證風(fēng)洞測試準(zhǔn)確性驗證仿真模型準(zhǔn)確性驗證多源實測

+風(fēng)洞試驗+數(shù)值模擬交叉驗證，提升風(fēng)資源計算可信度

不同測試設(shè)備結(jié)果

風(fēng)速對比

風(fēng)速脈動對比

流動不同位置

風(fēng)輪面風(fēng)況

不同湍流模型

縮尺風(fēng)洞試驗

粗糙度設(shè)置

流動不同位置模型與方法驗證|風(fēng)資源13現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性驗證測風(fēng)塔在10~50米高度布置雙傳感器

1.測量數(shù)據(jù)一致性良好各高度層的雙傳感器風(fēng)速測量結(jié)果高度一致，差值在±0.06m/s

以內(nèi)

2.動態(tài)風(fēng)速變化同步性高不同品牌傳感器瞬時風(fēng)速變化曲線對齊度高，波動響應(yīng)同步性一致14現(xiàn)場測試示意圖

不同高度時間動態(tài)風(fēng)速對比模型與方法驗證|風(fēng)資源風(fēng)向

測風(fēng)塔山體

確保外場測試地形與風(fēng)洞測試模型一致以機(jī)組中心為圓心

，

半徑

1

km

，

1m

間距等高線

，采樣建模風(fēng)洞測試結(jié)果實際高邊坡機(jī)組

風(fēng)資源外場測試模型與方法驗證|風(fēng)資源風(fēng)洞測試準(zhǔn)確性驗證結(jié)果15驗證

粗糙度精確映射通過“現(xiàn)場勘察-粗糙度計算-模型噴涂”三步映射

，實現(xiàn)風(fēng)洞中近地層湍流的真實再現(xiàn)。模型與方法驗證|風(fēng)資源高邊坡地形附近地貌特征現(xiàn)場照片16風(fēng)洞測試結(jié)果實際高邊坡機(jī)組

風(fēng)資源外場測試模型與方法驗證|風(fēng)資源上游地基雷達(dá)

機(jī)位點風(fēng)洞測試準(zhǔn)確性驗證結(jié)果上游地基雷達(dá)下游地基雷達(dá)下游地基雷達(dá)風(fēng)洞測試示意圖現(xiàn)場測試示意圖17驗證40-220m40-220m風(fēng)向多工況實際高邊坡風(fēng)洞試驗測試多高度：20m

、30m

、40m以及50m，共四個高度多工況：

157。、

162。、

167。、342。四個扇區(qū)多截面：邊坡后三個平面上的流場多測點：風(fēng)輪面高度16個點，水平方向7個點，共112個測試點仿真模型準(zhǔn)確性校驗校驗風(fēng)洞測試結(jié)果模型與方法驗證|風(fēng)資源15cm10cm5cm

0-5cm

-10cm

-15cm風(fēng)輪面監(jiān)測點位置仿真模型準(zhǔn)確性流場測試截面位置示意圖不同風(fēng)向扇區(qū)工況示意圖18邊坡高度風(fēng)機(jī)截面仿真誤差測風(fēng)塔截面仿真誤差雷達(dá)截面仿真誤差20風(fēng)速4.8%，湍流

11.2%風(fēng)速4.5%，湍流

11.2%風(fēng)速3.8%，湍流

11.2%30風(fēng)速4.6%，湍流

11.5%風(fēng)速4.7%，湍流

11.5%風(fēng)速3.6%，湍流

11.5%40風(fēng)速4.9%，湍流

11.8%風(fēng)速4.8%，湍流

11.8%風(fēng)速3.8%，湍流

11.8%50風(fēng)速4.7%，湍流

11.4%風(fēng)速4.5%，湍流

10.7%風(fēng)速3.9%，湍流

11.1%仿真模型準(zhǔn)確性驗證結(jié)果u風(fēng)洞測試與仿真結(jié)果高度一致：多風(fēng)向（157°/162

°/167

°/342

°

)

、多邊坡（20m/30m/40m/50m）條件下，風(fēng)速預(yù)測誤差降至5%以內(nèi)，湍流強(qiáng)度模擬誤差降低至12%u驗證充分，具備應(yīng)用價值多工況下已完成閉環(huán)驗證，具備工程評估標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)模型與方法驗證|風(fēng)資源19

采用現(xiàn)場測量風(fēng)速/湍流/風(fēng)切變作為輸入，構(gòu)建高邊坡復(fù)雜風(fēng)場

針對平原地形，使用兩種方法計算整機(jī)載荷，驗證方法準(zhǔn)確性。

使用Bladed模型進(jìn)行整機(jī)疲勞與極限載荷計算覆蓋高邊坡地形與平原地形兩類典型場景，提升方法通用性與適用性載荷驗證體系高邊坡地形驗證平原地形驗證模型與方法驗證|載荷計算20部位疲勞載荷

（測試）疲勞載荷

（風(fēng)輪面）誤差（測試/風(fēng)輪面）葉根263662712097.2%塔底133721421094.1%部位疲勞載荷

（測試）疲勞載荷

（風(fēng)輪面）誤差（測試/風(fēng)輪面）葉根129601376097.1%塔底746507531099.1%模型在葉根與塔底部位的疲勞載荷計算均與實測結(jié)果一致

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高邊坡地形驗證-**項目平原地形驗證-**項目模型與方法驗證|載荷計算●

背景與挑戰(zhàn)●

技術(shù)突破與解決方案●

驗證與成果展示目錄CONTENTS●

工程應(yīng)用1.前期選址階段l

邊坡風(fēng)險規(guī)避：機(jī)組應(yīng)布置在邊坡穩(wěn)定性較高的區(qū)域，盡量避開高滑坡風(fēng)險區(qū)、土體軟弱區(qū)以及地表水匯集或沖刷區(qū)域，建議邊坡高度小于10m。l

安全緩沖區(qū)預(yù)留：在微觀選址階段，建議機(jī)組中心至邊坡頂水平距離不小于5倍邊坡高度，以減少回流區(qū)對風(fēng)機(jī)受力及尾流穩(wěn)定性的影響?；亓鲄^(qū)工程應(yīng)用|標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范232.微觀選址階段l

葉尖與邊坡頂?shù)目臻g距離Δh≥8m空間距離小于8，關(guān)鍵部件的設(shè)計壽命縮短15%甚至20%以上；軸承、齒輪、主軸、葉片根部等關(guān)鍵部件可能無法達(dá)到20-25年的設(shè)計壽命；需要更頻繁地檢查、維護(hù)和更換大型部件。更換一個主軸承或齒輪箱的成本高且停機(jī)時間長，發(fā)電損失巨大。l

若無法滿足該條件，可通過以下措施進(jìn)行優(yōu)化：

提高輪轂