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CENER高级研究员孙皓一:《风电场全生命周期管理与性能优化方案》

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-04-13   来源:东方风力发电网  浏览次数:1428
核心提示:2019年4月11—12日,第五届中国国际风电复合料高峰论坛(CWPC2019)于中国重庆隆重召开。在大会专题三:匠心独运 臻于完美——“智慧运维 安全认证”中,CENER——西班牙国家可再生能源中心高级研究员孙皓一发表了题目为《风电场全生命周期管理与性能优化方案》的精彩演讲。
   2019年4月11—12日,第五届中国国际风电复合料高峰论坛(CWPC2019)于中国重庆隆重召开。在大会专题三:匠心独运 臻于完美——“智慧运维 安全认证”中,CENER——西班牙国家可再生能源中心高级研究员孙皓一发表了题目为《风电场全生命周期管理与性能优化方案》的精彩演讲。
 
  以下为演讲实录:


 
  很高兴今天能够在这里跟大家探讨,我的报告主要分五部分。
 
  我来自于西班牙国家可再生能源中心,今天给大家介绍关于风电厂全生命周期的管理和性能的优化方案。首先我会介绍一下西班牙国家能源中心,以及我们的目标,风电厂全生命周期管理的性能和优化方案,最后做个总结。
 
  西班牙国家可再生能源中心,是一个非盈利性的研究机构,机构的目标就是能够推动和增加风能的价值,意味着我们在全球范围内工作,在工作也可以推广我们的业务。这就是我们员工的全家福的照片,有数百名工程师,也有专门的叶片测试的工厂,而且我们有全套的侵蚀试验的设施。我们的员工包括资深的高级工程师,而这些工程师他们从事的空气动力学,包括控制单台风机和风厂结构设计,有专门工程师关注与海上风力发电设施,也有专门的材料测试的实验室,也研发我们自己专用的工具,也可以通过技术和知识转让的方式转让给行业。还可以提供先进的解决方案,包括产品服务,还有技术转让。我们目的是加强风能方面的合作,我们乐于合作商业项目,也可以和政府进行相应合作。我们也主办很多的国际论坛,在国际论坛上我们会进行很多知识和经验分享。
 
  首先解决风力发电运营商、主机厂、整机厂的痛点,他们的痛苦是什么呢?包括低于预期的风厂发电量、结构部件的经常性故障、接近使用寿命的老化风电厂、对资产全生命周期管理的目标需求,降低运维成本的迫切要求。横轴是年和时间,纵横是风机的装机数量,欧洲风电超过20年的情况是很普遍的。在中国的规模应该说比欧洲更大,就是这些老化的风电厂的问题。为了能够解决这些痛点,西班牙可再生能源研究中心会进行一个Dijital  Twin的开发和验证。这两张图片,给制造风电厂提供的一个真实的风机,还有就是模拟的风机。能够在数字化世界重现真实风机运营的情况,而且会在软件中模拟历史的记录和状况。通过这样历史的记录分析,来了解他们的一个损伤情况,分析他们的载荷,最后去估计,应该采取什么样的补救和处理的措施,以及如何进行更好的全生命周期的管理。
 
  我们要明确一个不确定性,包括建模方式要明确,要用于创建模型,整个流程并不简单。我们需要进行验证实际风机的数据,还有包括如何控制,还要有一个进行测量过程中的模拟,比如类似风速、湍流、强度,偏差、空气密度等等。
 
  下面是我们叶片叶根的情况,蓝色是真实的情况,红色是模拟的情况,在这个过程中,左边X轴是一个风素,Y轴是叶根的情况。红色代表的是模拟的情况,蓝色代表真实的情况,横轴是风速,纵轴是电力发电的情况。有一个标准的方案,标准的结果和真实的结果偏差很大,为什么会这样?在我们案例中,这是一个两兆瓦的风电厂,缺乏对风电厂完全的控制,在气动弹性模型中,必须要进行一个控制,我们看到要很多风电厂业主,对自己的风机缺乏足够的控制,三个月的测量和评测之后,风电厂有的时候可能会有一些很大的风,有的时候风比较小。它会显示风速高的情况和风速低的情况,测量的时间越多,我们就能够更好的模拟,获得更精确的结果。
 
  我给大家展示一下我们工作的流程:我们获得了一个数据后,进行数据挖掘,知道这些数据是我们非常感兴趣的数据,必须要进行更好的管理,对于数据挖掘来说,对数据进行挖掘之后,获得历史的一个生命特征,包括风速、风机的密度,包括校准情况,包括运作情况,我们创造出一个模拟仿真的矩阵,获得一个动态数据、LEL、负载、产能的数据,最后可以估算风机的寿命。相比整机厂提供的数据会有很大差距,基本上在20年左右吧。在风电厂,风机发生的情况会实时在你办公室电脑上进行一个模拟,可以进行策略的制定和规划,同时我们还在进行进一步研发。
 
  怎么进行风机寿命周期的延长呢?我们可以获得一个测风塔的数据,能够获得模拟的寿命,我们会进行一个全生命周期的模拟,通过这些数据进行整合的分析,把主轴框架、塔、叶片的数据结合在一起,最终模拟出它的全寿命周期。解决痛点就是根据不同的商业目标,来进行一个风机运作的优化。还有就是产能的管理,必须要有一个商业化可行的方案,基于风电部门管理的方案。对于终端用于是便于使用,满足不同类型风电厂的需求,可以减少用户的花费时间。中间是风机的发电量,需要输入一些参数,比如说风速,包括转子的情况,包括一个湍流的情况,包括气候的因素,这些变量的因素,都输入到我们系统中,进行一个前处理,最后获得了一个有效的湍流强度的结果。我们进行一个风能传略管理,可以延长风电厂寿命,生产更多电量。
 
  下面X轴是速度枢纽,纵轴是一个湍流的强度,随着速度的增加,川流的强度在下降。我们需要能够调整我们的风机行为,我们已经在15个风电厂进行了相应的测试,我们帮助于致力于改善和优化策略,帮助风电厂业主提高他们风电发电效率,通过我们工作八个风厂的效率显著提高。这些风电部门的管理也是非常关键的,在那之前客户需要有更多的了解,以前风电厂用户可能需要一个工作日,才能够实现他想要的结果,对于我们来说,我们使用两个小时就够了,如果比较大型的复杂的风厂,用户要实现目标需要四个工作日,我们只需要六个小时就够了。
 
  之前提到的方法论,包括Dijital  Twin以及风电控制器2.0,下面我要讲的是涡流发生器的情况,涡流发生器是什么东西?它的目标是什么?使用它的目的肯定是为了降低成本。减少在发电过程中的效率,该地它的损耗提高效率,还包括因为叶片的侵蚀所造成的一个效率的降低,可以通过使用我们的涡流发生器加以解决。使用我们的佛祖之后可以避免叶片侵蚀造成的损失,避免能量的损失,在左手边的数据可以看到,它的一个效率得到了提升,整个流动发生了变化,这样的一个流动是非常顺畅的。而且也提高了标准,在上面的数据可以看到35%的数据,我们把涡流发生器放在两个位置,这两个位置的涡流发生器能够产生50%的效率提高,底下可以看到效率的曲线,在使用涡流发生器之后增长很快,红线代表是没有使用涡流发生器,蓝色的是使用了涡流发生器50%之后的情况。可以提高效率50%,而最终的结果是,当蜗牛发生器是30%的时候,我们是在损失它的效率,蜗牛发生器很便宜,很容易部署,也会造成负面的影响。所以需要认真的权衡考量一下,把这个涡流发生器放在什么地方,什么时候安装蜗牛发生器,这些都需要认真的考量。这是经过验证的一些概念。
 
  我们对风力发电厂全生命周期的管理和延长服务,包括研发出了Dijital  Twin进行一个精确详细的评估风力发电机的运行状态和性能,根据不同的商业目标优化风电厂的运营。我们的努力可以显著的减少开发的时间,增加平均商业效率。我们也有能力适应客户内部的工具和方案需求,现在我们在帮助客户开发蜗牛开发器,在一定程度上能够提高风电厂的运营效率,这是我们的一些方案和商业项目,以及一些认证。
 
  (发言由现场速记整理,未经本人审阅)
 
 
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