從項目初期的風資源勘察,到需要全年風資源序列的項目評估、核準,再到運營期的風功率預測,有沒有一種或多種技術能夠提供更精準、更全面的系統性數據,讓風電建設者更省心省力、讓風電開發更高效合理、讓風電功率提前預測掌控?
這一問題,事關風電產業的科學高效健康發展,亦是數十萬風電人共同的心聲。
龍源電力所屬中能電力科技開發有限公司工作人員歷經數年自主創新、科技攻關,找到了一條正確的路徑——自2009年開始,中能電力科技開發公司組織大批專業技術骨干著手開展風資源數值模擬技術研究,并基于此成功研發了“風能資源勘察系統”、“基于集合預報技術的風資源預測模擬系統”、“虛擬測風塔”技術、“虛擬氣象站”技術,打造了涵蓋風電開發各環節的“大數據”,并以此完美解決了上述難題。
艱辛漫長的拓荒之旅
數值模擬技術應用于風電開發領域可以追溯到上世紀八九十年代。2005年,中國氣象局風能太陽能資源評估中心引進了加拿大氣象局WEST風能資源數值模擬系統,本地化改進后建立了中國氣象局風能資源數值模式系統。此后,國內多家科研機構也陸續開始了風能資源數值模擬的研究。
國內的風電技術研究尤其是風資源數值模擬研究起步晚,嚴重滯后于國外主要風電強國,自身基礎的單薄以及國外關鍵技術的封鎖,造成國內風電開發許多領域的空白,制約著風電行業的發展。國電集團以及旗下的龍源集團作為國內最大、最早的風電開發商,首當其沖。面臨這樣的困境,作為集團公司重要科技支撐力量的中能電力科技開發公司,責無旁貸。必須為集團的風電開發提供一整套全面、高效、精準的風資源勘察及預測系統,這是所有中能科技人共同的信念。
為此,自2009年開始,該公司組織了大批專業技術人員著手風資源數值模擬技術的研究,開始了一段艱辛、漫長的拓荒之旅。
“要敢于拼搏、勇于創新、不達目的誓不罷休。”在這樣的信念鼓舞和支持下,2009年初,中能科技引入了當時國內外公認的最先進的中尺度數值預報系統WRF,并果斷決定搭建價格昂貴的高性能計算集群平臺,專門用于風資源數值模擬技術的研究,一往無前的氣魄展露無遺。
困難與挫折并沒有因為拓荒者們勇氣可嘉而大開方便之門,繁瑣而玄奧的程序、晦澀難編譯的代碼像一座座大山橫亙在技術人員面前,面對缺乏技術指導、沒有經驗可借鑒的窘境,拓荒者們沒有退縮。查閱文獻、鉆研資料、四處請教,他們一步一步穩扎穩打,數年時間內連續攻克了多模型的嵌套、物理方案的參數化、近地面層的加密、海洋資料的耦合、三維變分等等一系列的難題,拓荒者們的心血和汗水沒有白費,中能公司終于成功地開發了指導風電場宏觀選址的風資源圖譜技術和用于風電場短期發電量預報的風功率預測技術。
創新成果在實踐中完美應用
中能科技的拓荒者們并沒有因為邁出了這從無到有的一步而沾沾自喜,相反他們想的更多的是怎么提高現有技術的精度和水平、怎么才能更充分地發揮模擬技術的潛力解決更多的風電場設計難題。
測風塔觀測數據少、長期有效歷史數據缺乏、冰凍等特殊氣候的影響等等現實問題仍然嚴重制約著集團公司風電事業的發展。
思考、試驗、討論,再思考、再試驗、再討論……功夫不負有心人,隨著對模擬技術更深刻的理解和實踐經驗的積累,中能科技在風資源數值模擬領域邁出了更大、更堅實的一步。
自2011年起的數年時間內,中能科技在自主創新的道路上取得了累累碩果——該公司自主開發的基于風資源圖譜技術的“風能資源勘察系統”,可以有效進行全國各省市風電開發的市場評估和投資機會分析,有力保障了集團公司優質戰略資源的儲備;自主研發的“基于集合預報技術的風資源預測模擬系統”,提高了風電場短期發電量預測的精度,顯著降低了電網考核費用;自主開發的“虛擬測風塔”技術,提供全年風資源序列,可以縮短項目評估周期、加快項目核準節奏;自主開發的“虛擬氣象站”技術,提供氣候的風、溫、壓、濕數據,解決代表年、冰凍等技術難題,可以提高風電項目評估水平和開發質量、降低決策風險。
科研成果只有走出實驗室,在風電開發的大戰場上實際應用,才能檢驗成效。
龍源陜西北部某風電項目,2011年底開始建塔測風,2012年初龍源陜西公司迫于項目競爭壓力,亟需爭時間、搶進度。有沒有很好的辦法?龍源陜西公司選擇了中能科技的“虛擬測風塔”技術。在實際應用中,中能科技通過該項技術,快速、準確估算出了測風塔所在位置相同高度的年平均風速和風向分布,大大縮短了項目初評所需要的時間,使業主方掌握了項目開發的主動權,最終順利在陜西獲得核準。
不僅能提高效率,“虛擬測風塔”技術還能夠有效規避前期費用的浪費。以龍源集團為例,建設一座80米高度的前期測風塔,涵蓋塔體和設備大概共需要22萬左右,在過去不確切了解待開發地區的風況時,只能建設測風塔,不可避免地出現在沒有開發價值的地方建塔的情況,導致了前期費用的浪費。“虛擬測風塔”技術的出現和應用,可以在無實塔的情況下,準確判斷某地區的風資源開發潛力,從而為集團公司風電開發節省大量前期費用。
“虛擬測風塔”如是,“虛擬氣象站”技術亦如是。云南省曲靖市某風電場的發電量各年差異顯著,2012年竟然比2011年的發電量高了接近40%,中能科技在對該風電場的后評價工作中依靠“虛擬氣象站”技術,準確估算了風電場近20年風速和發電量,發現2012年是該地區近30年來風速最大年,對發電量問題作出了準確解釋,為風電場今后年發電量指標的制定提供了參考依據,也為同類型風電場的設計提供了有效參考。
值得一提的是,中能科技的風資源數值模擬技術成果在國電集團科技項目《海上風電場勘測與評價技術研發及業務應用》中也得到了檢驗和認可。
2013年9月,中國電機工程學會組織的行業驗收專家組,在對這一課題驗收時,由中國科學院海洋環流、氣候環境領域領軍人物擔任組長的胡敦欣院士,對中能科技的風資源數值模擬技術給予了高度評價,一致鑒定認為課題成果“推動了海上風電開發進展,對我國新能源開發及電力科技進步具有積極的促進作用,研究成果整體達到了國際先進水平”。
走自主創新道路,為集團風電開發提供強大而有力的技術支持,是中能科技人的不懈追求。現在,中能科技的風資源數值模擬技術已經走在了國內各大發電集團的前頭,雖然僅僅是一小步。“百尺竿頭更進一步”。中能科技將緊跟行業發展趨勢,緊緊圍繞集團產業發展需要,繼續發揚迎難而上、勇于擔當的精神,為集團公司風電產業的健康快速發展保駕護航,為我國風電事業的科學可持續發展貢獻力量。