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2023年10月16日-20日，2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。
本屆大會以“構筑全球穩定供應鏈 共建能源轉型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“全球風電產業布局及供應鏈安全”“雙碳時代下的風電技術發展前景”“國際風電市場發展動態及投資機會”“風電機組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見App全程直播本次大會。
10月17日上午，法國美迪的謝新在“風資源技術論壇上”發表了題目為《偏航優化控制技術對海上風電設計方案的影響》的主旨發言。
以下為演講全文：
大家好，很高興今天和各位分享我們的課題，主題是《偏航優化控制技術對海上風電設計方案的影響》。這個課題是我們和中國電建、福建省勘測設計院共同完成的課題。
今天第一部分有關大基地項目，很多同仁談到尾流。我從另外一個角度，結合海上風電實際的案例，與大家探討我們對于此的看法。
演講分為三部分：理論方向講偏航控制技術、結合框架和海上風電實際案例講單風場和多風場優化結果、結論。
圖中（PPT）給出對風資源評估的尾流框架，關注的是兩方面。大家對于尾流更多關注的是結果而不是本身，我只需要知道最終造成多少發電量折減就夠了。在這種條件下，我們采用的模型像pack而模型或者大蜂巢尾流模型等，給出的都是發電量折減的結果。
但是我們如果講尾流的目的改變，我們想針對尾流做一些優化。我們開始的目的就變了，要更多的去關注尾流的形態，它的形態涉及到三個方面：一是折減；二是尾流偏移，第一部分框架下一般來說上游風機不做主動偏航，這種情況下尾流的中心線是沿著初始，一旦做優化會產生偏轉；三是尾流的疊加，不是光考慮發電量疊加。在這個框架下，我們要采用單獨的模型考慮。
首先來看風速衰減，最早研究是2016年，根據實驗觀測提出尾流有幾個特性，它在同樣的距離條件下分布不是均勻的，越靠近尾流中心，尾流折減是越大的，越遠離的話折減越小。同時分布是由尾流特征框架控制的，同時提出要采用近尾流區和遠尾流區分開的模式。
基于這個模型有很多的探討，我們在課題下采用比較新的結果，它是2020年的模型，基于以上的問題都有解釋，比如說形態分布應該是超高的，近遠尾流區會變成8參數的模型。這邊我不會對模型的細節進行展開，大家感興趣可以看一下。
我們關注它空間形態上尾流的分布，可以看到得出來的結論，尾流形態是逐漸減少，同時永遠是靠近中心區域尾流衰減最大的，遠離中心區域尾流衰減比較小。
風速衰減確定后，對于偏航優化控制還要進一步考慮尾流的偏移，這個是怎么造成的？由于風機有夾角，可以分解為兩個部分，一個是沿著X方向，另外一個是垂直方向會將風產生偏移。結合質量守恒和數學推導，可以得到尾流中心線的距離。在不同的偏轉角下，它偏轉的情景。
尾流疊加，大基地有很多同仁已經談過，針對這個情景下該用什么樣的尾流疊加？2016年有文獻做了比較詳細的對比。針對目前的工業領域和商業軟件上常用的三種疊加方法，它做不同的評估。得出來的結論是各有優劣，最大的方法是最大尾流衰減，嚴格來說是不疊加。
第二種是自由流的線性疊加和第三種的不疊加，這三種的適用度不同。第一種是上有兩臺風機完全對齊，這種情況下和實驗結果最大衰減模型，另外兩個高估。第二種是上下風機部分重疊，擬合最好的是線性疊加。第三種是上有兩臺風機完全不重合，但是尾流區域有重合。所以實際上，你沒有辦法針對所有的情形，找到一種完美契合的方法，為了折中采用的是最后的方法。
這是結合衰減+偏移+疊加的方法后，給出大家不同最終尾流形態的模擬。針對最開始提出的框架可以給出答案，我們采用這樣模型的框架。當然這是最基本需要考慮的三個問題，實際上你需要在框架上增加一些細節，比如說二級偏轉，尾流本身橫向速度也要考慮進去，最后找到完整的框架。
當框架構建好之后，基于框架開發出比較適合工業的產品，啊它能給出不同豐富段下最優的策略，實際上就是每臺風機采用什么樣的偏航角。以及偏航前后或者優化前后發電量的變化，以及尾流折減的變化。
為了驗證這個框架，我們和福建電設計院針對他們的項目進行計算，分為單風場和多風場說一下。
首先是單風場，選取的是臺灣海峽、福州海域，本身的排布是8D×2.2D，可以看到主動偏航控制優化前后發電量提升是2.16%，如果關注到每一臺風機的情況，在上游的風機發電量是降低的，這也很符合邏輯，主動有一個偏航角，所以最上游的風機發電量一定會有降低，但是得到的是下游的尾流變化，下游風機避開了最大的中心區域。最大的一臺風機發電量提升，尾流折減的提升接近15%。
第二個情形是針對風電場，假設裝機容量不確定，我的規劃面積是確定的，這種情況下怎么樣能夠獲得一個最優的收益？這個收益是和你的尾流折減掛鉤的。我們選取10%的尾流折減閾值優化排布，做出4種額外的排布，由8D按照7.57%、6.56%，針對這些排布采用策略。如果不采用的話，尾流到9%以上，如果再稍微的縮短一點，尾流就超過閾值了。采用偏航控制是把主間距直接縮短到6.5%，等于說容量就大大的增加了。
同樣偏航優化控制，排布越緊密，優化的效果也是越好的，拉的越遠，本身的尾流也比較小。我觀察到豐富段，優化技術對于中低效果是最好的。這是每臺風機優化的發電量變化與初始是一樣的。
同時，如果說容量固定，同樣可以通過這種方法減少用海面積。得出來的結論是基于風電場，如果優化容量，同等的情況下可以提升20%，如果說容量不變，用海面積可以減少23.8%。
最后的案例是多風場，找兩個風場也是在臺灣海峽，它的容量是900mw，還有馬祖1000mw，如果是單風電場可以進行偏航控制，但是很多時候開發風電場一個規劃區內是不同的開發商，如果采用統一的優化策略，有的時候不太好溝通。
針對這種情形，部分風機采用偏航優化，其他的風機仍然保持對風，這兩個風電場采用偏航優化，上游沒有進行優化。
得出來的結論，即便全部風機不采用偏航優化策略效果也是可以的，DE區采用偏航下游風機提升1.02%。這個可以從本身的排布分析出來，這也是很正常的情況。R區和D區間距只有3公里，越密集優化效果是越好的，另外是5公里優化效果能達到稍微小一點不到1%。
針對以上提出的技術和應用給出比較關注的結論，針對偏航優化控制技術，我們需要考慮尾流實際上和傳統風資源評估系統不同，我們要額外考慮到尾流的分布，涉及到衰減、偏移、疊加，必須要同時考慮這三個才能優化形態。采用偏航優化控制技術，對單個風場進行排布：一是可以提升發電量，二是達到有效擴容，三是有效的減少用海面積。
采用這種面積針對多個風場進行優化它仍然有效，但是效果沒有采用整個風場的效果好。最后是如果采用偏航優化控制技術，針對這樣的效果風機間距越小效果也是越顯著的，一般是中低風速段效果優化更加明顯。
我的分享結束，謝謝大家。
（根據演講速記整理，未經演講人審核）
