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【格林大家谈】第12期 "湍流"那些事儿

2015-12-03 来源:中国风电新闻网 浏览数:1255


  以下是对这两种功率曲线的简要说明:
  1、静态功率曲线
  静态功率曲线,是理论值,它无法体现风机本身的性能特点。它是假设风速为恒定,即湍流为0的情况下,在给定不同的恒定风速,机组所对应的静态输出功率。这个功率曲线反映的是机组的发电性能在理论上的最大发电能力。静态曲线基本上由所采用的叶片翼型的Cp决定的,完全无法体现风机本身在真实环境中如何应对湍流的动态性能特点。
  实践经验也证明,该理论值的参考意义不强。运行的实际经验可以看到,即使安装完全相同的叶片,在不同的厂家的机组上所表现的发电性能差异显着的。即使同一厂家的相同机型,采用的相同叶片,在湍流条件不同的情况下,其发电效率的差异也是显着的。因此,静态功率曲线仅仅能够反映该机组在理论上的极限最大发电能力,因为不存在风速恒定,湍流为0的风资源。
  2、动态功率曲线
  动态功率曲线,是实际功率输出及真实发电性能的表现。是指在考虑湍流条件下,即风速不是恒定不变的情况下,机组的实际功率输出,这个功率输出是通过风速在设定湍流条件下,机组控制系统实际响应下的功率输出,是机组的真实发电性能表现。
  能够用于客观科学评价风场发电量水平的动态功率曲线一定是和当地实际风资源状态相对应的考虑的实际空气密度和具体湍流下的动态功率曲线。这条曲线明确了该机组在该风场的实际发电性能,以及达到额定功率时的必要风速。基于实际湍流环境下的动态功率曲线不仅考虑了风的波动,还通过风速的10分钟概率平均绘制功率曲线,这样才符合IEC标准关于功率曲线的定义。
  一般用于评价发电量的典型动态功率曲线在标准空气密度(1.225kg/m3)下三条动态功率曲线,分别代表了低湍流的功率曲线(Ti<10%)、中湍流的功率曲线(10%<Ti<15%)以及高湍流的功率曲线(Ti>15%)下,机组的时间功率输出。在接近额定风速时,湍流越大,机组能够输出的功率相对越小,这是因为风速的剧烈波动使得机组将风能转换为电能的过程越困难,转换效率越低,需要更多的智能控制方法,提升机组在风速波动下的能量转化性能。
  事实上,不同风机的发电性能差异恰恰是体现在湍流环境下,目前很多行业的文章在静态条件下做的各种关于技术路线的效率分析实际上都舍本逐末,没有认识到决定风机发电量的主要矛盾和关键因素。因此,动态功率曲线能够准确地体现不同风机在动态变化中的智能化水平和先进控制策略。
  为了能够更好地理解本文中所提出的动态功率曲线,还需要对动态功率曲线和静态功率曲线最大差异的地方做进一步阐述。大家可以通过上图看到,动态功率曲线和静态功率曲线最大的差异是在额定风速附近,静态功率曲线在额定风速上是一个生硬的拐点,而动态功率曲线在额定风速附近都会显着低于静态功率曲线,这恰恰就是实际风能转换效率和理论风能转换效率偏差发生最大的风速区间。
  原因很简单,风电机组在这个风速区间正是风机额定风速上下的范围,这个时候的机组控制面临着一个尴尬的境地。
  理想情况是,当超过额定风速时,机组的控制目标是将风能卸掉,但不能多也不能少,正好够满发;而当风速低于额定风速时,机组的控制目标是尽量捕获最多的能量。
  但现实情况是,风速在瞬态会时而高于额定风速,时而低于额定风速,如果不采用激光雷达技术,我们很难预见下一时刻的风速。机组可能在风速高于额定风速时过度变桨而卸掉了更多的风能,导致不能满发。相反,当风速低于额定风速时,机组也可能还处于上一时刻卸掉风能的变桨状态,导致风能转换效率进一步降低,而大风轮惯量的增加,也加剧了这种低能量转化在传统风机的常态化。
  这就是为什么有些使用了大风轮传统风机的业主抱怨机组过度偏离理论发电性能的原因吧。
  由此可以看出,湍流才是风机作为风能转换效率达到最优的最根本的挑战,战胜湍流这个大恶魔,智能风机将会是一把利刃,那到底什么是智能风机呢,咱们下次再约,不见不散哦!

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