10月19日，2016年北京国际风能大会暨展览会在中国国际展览中心召开。睿风能源科技(北京)有限公司总工程师张勇在论坛上发言，并分享了海上风电场机组布置优化技术。
以下是发言全文：
张勇：今天带来的是海上风电厂机组布置的技术。主要5个方面的内容。分别是国内外海上风电发展情况，海上风能资源与机组布置特点，还有布机优化技术工作原理，还有工作建议。
刚刚聊了目前我国海上风电发展仍然处与一个起步阶段，去年年底，全国海上并网装机容量75万千瓦，加上今年上半年并网江苏的项目，还有福建项目，差不多今年年底达到100万千瓦。十三五国内海上装机目标这么多，不知道现在的目标变化了没有。但是在国外，根据欧洲风能协会的统计，截止到2016年，今年上半年欧洲海上风电项目并购70%以上来自于中国。分别是国投电力，还有30家集团在英国和德国的海上风电项目一些并购。说明，国内投资者对于国内外的海上发展前景还是比较的有信心的。关于海上风电资源一些特点，与陆地风厂不一样，海上主要特点，由于没有地形，障碍物影响，这个风速分布都是比较的均匀。但是，由于海上风电厂接收到一些影响。因此，这个风速和风向变化比较的大。风向的变化会对海上风电厂季度布置带来比较大影响，这一点一般被国际部门忽视到的。
基础布置方面，国内外海上风电厂都是采用规则型的方案，比如说，丹麦最早的一期，还有目前最大的海上最大的风电项目都是采用成行成列的机组布置形式。还有一些风电厂采用类似与扇形的布置方案，2010年以后非常的少见了。
下面做一个具体一个事例。左边这个卫星图，伦敦东部的北海地区的4个海上风电项目一个卫星图片，我们对于4个海上风电厂这个特点做一个深入的研究。这4个内部，机组相对的位置关系可以用平行4边行进行表述，我们可以发现什么呢?就是这些风电厂这个形态差异非常的大。我们可以看到，在这个区域，由于有相似的资源条件，这个形态差异非常的大。是否有比较优的形态呢?可以不可以找到最优一个方案呢?答案是肯定的。实际上对于采用规则的海上风电厂，可以把机组之间的相对的位置关系可以用平行四边形进行描述，风电厂内部行距列距用平行四边形长边短边表示。通过这种转化可以把机组部机转化成一个模拟，可以非常非常容易地可以计算出来风电厂各个机组之间的距离还有这个情况。
在加上合适的这个模型，我们可以计算出来各个风电厂的排布效率一个曲线。这个动态图是丹麦的一期风电厂，在不同方向上的风电厂的排布效率变化图。风向与风电厂的行或者列平行的时候，这个时候这个效率是最低的。因为正好后台当中是在前面影响之下，而当这个风向与风电厂的行与列成一定夹角的时候，这个时候的损失是最小的，这个时候效率是最高的。怎么找到最优的一个点呢?也就是这个设计结论呢?
我们可以改变这个平行四边行不同的参数，长宽，还有夹角，可以得到一系列可以代表风电厂各个方向的排布效率一个曲线。加上我们得到的风数据，还有机组一些相关参数，我们可以非常容易计算出来，这种情况下整个发电量，还有整个的一个损失。
因此，我们可以得到这样一个风电机组一个流程图。首先，就是建立风电机组之间相对的平行四边形位置关系。然后，计算风机之间的距离，加上机组自然数，计算一下发电量，循环这个过程。算出一系列的发电量，找出发电量最大所对应的那个平行四边形那个参数，这样找到了最优这样一个方案。
在这个模型方面主要是考虑优化速度，还有计算能力一些限制。我们目前行业内应用最广泛的这个模型，是可以计算完全尾流和部分尾流相互的叠加。最终的结论出来了以后，我们还是建议用户可以用多种一个尾流模型，对于最终的方案可以做一个最终的损失的教研。
下面就是这个算例方案，这个布置优化方面，已经做了很多的研究工作，其中比较有名就是一个Grady算例，这个部级范围是什么呢?就是两公里乘以两公里一个正方形区域，一个参数叶轮直径为40米，推力系数为0.88。在算例一当中，就单风向，单风速这样一个风力资源条件。这个是得到了这样一个部级方案，就是这个图，右侧就是这个部级方案。通过这个尾流计算，我们可以得到整个的一个效率。从图上可以看到，Grady排污效率就是85%左右。这个是达到了100%。
我们可以对两种形态做进一步地研究，做出两个部级形态的各个方向的风电厂排污效率的曲线，我们可以得到Grady这个当中的风向为0，北风的时候，这个排污效率明显不是最优。而在这个模型当中，这个模型当中在风向为0时，这个排污效率最高，达到了100%。右面这个图有一个最直观一个说明。在风电厂接近5倍的条件下，从主线上面来看，后排风机刚刚好避开前排风机这个影响。这个实际上面的有效距离，就是投影的距离，实际上不到两倍的。这样子就是形成了单排的一个排污效果。因此，这个尾流损失为0，也是可以理解的。
算例二，风速为12米每秒，风向为36扇区均匀分布，下面也是Grady算例，可以看到，WindMax这个效率提高4到5个百分点，这个也是比较的惊人的一个提高。
第三个算例，就是多风速多风向这个条件下，两个方法的一个算例研究，同样，在风机数量一样的情况下，WindMax比Grady排污效率提高两个百分点。最后用一个项目做酸例一个验证。采用的这个数据是什么呢?大贤风格中尺度数据，这个是得到国外部门的验证，有实际实测风速，差异非常小，右面是风电厂风能一个图。
下面是一个部级图。对这个部级形态，我们做各个方向的一个尾流取向，我们可以对这个进行分析。我们可以看到，在分布比较的集中的西风区域，存在着尾流效率比较低的一个扇区。因此，导致整个风电厂尾流损失相对来说比较大，肯定没有达到一个比较优的一个结果。
下面我们该用Max对这个进行一个模拟，这个是模拟结论，和原来区域是一致的，这个图上面可以看到，Max的方案与原方案相比，东西向距离拉开了，南北之间的间距就是压缩。对这种排布进行一个分析我们可以看到，在风能比较集中的半区的扇区，这个有一个排污效率都是比较的高，只有在风能比较少的扇区，这个排污效率比较的低。综合来讲，就是可以提高整个风电厂一个发电量。
Max做了第二种排污方案，就是面积一样的。但是，这个区域的形状发生了变化，通过这种形式，可以进一步地提高了风电厂各个风向的排污效率，曲线，还有风能方向的匹配度。也就是说，在风能分布比较集中的这些扇区排污效率比较高。这个分布比较少。所以，用这种方式来达到这个方案最优。
最后，对三种的方案做了一个电量计算，我们用这个Max进行了一个计算，我们可以看到，无论是Max的方案一还是方案二，这个都是有一个1%到2%的一个提升。1%到2%电量提升，对于这个项目来说可以提高项目的盈利水平，还有财务指标，这个有非常大的现实意义的。
结论有两个的。第一，海上风能资源分布不一样，适合采用规则化布机方案，也是国内外普遍的采用的方法。第二，基于规则化布机，Max提供了一种全新的海上风电布机优化方案!经过初步算例计算，验证了Max的有效性具有良好的实用价值。风向分布对于优化方案影响比较大，建议采用尽可能多的风向扇去进行机位优化设计。海上风向年际变化相对较大，建议采用气象中尺度模拟技术进行风速向代表年分析。
以上是我的报告全部。谢谢大家。
提问：对这个比较感兴趣。有几个问题，第一，对于那个风电厂，80台风机，10个项目，不是80台。是79台，怎么处理?
张勇：有一个最佳容量选择的一个考虑。我们可以在80台基础上减掉一台。
提问：不一定凑巧组合这种特殊的情况。
张勇：这种情况是存在的，需要我们对于这个风电厂的做一个具体的分析，可能是一个规则型的形状，对于整个的风电厂的机组数量，还有最优的效率都是有影响的。大概是多少台，这个都是有一定的影响。但是，通过采用这种优化技术，可以最大限度可以提高到风电整体的规划效率。
提问：第二个问题。中国一些项目是离海岛，离海岸线近一点。有一些情况下，这种等间距布置可以使用这情况吗?
张勇：做一些普通的测试，不同风电厂区域，距离海岸近还是远，两点的风力资源差异是多少?我们可以做这样一个评估。我们可以在这个基础上面做相干一些优化工作。比设计人员的人工经验这种方式可能要有效地多。
提问：还有一个问题。您采用这个风电厂，PPT里面写了那个模型，是0.035，为什么选择这个?我看到是0.04，不同的参数跟这个方案比效果是不一样的，说明原来是按照0.04改的。
张勇：我们也是可以改到0.04。
提问：您是三列，这个风向发生了偏转，这个效益可能就是不好了，这个情况下怎么考虑的的?
张勇：这个也是做了一些相关的考虑。最大的效率与最低效率差异很大，这个发生偏转的时候，这个一定对风电厂长期风向分布有一个确实的把握，这个还是做一个什么呢?尽量避开这样一个情况。第二，可以对这个风机之间的艰巨做一个限制，最大值最小值差异比较大。可以限制他们，可以增加这个限制。用一些方法来改变。
提问：谢谢您的回答。
提问：您好。张总，有一个问题，您整个考虑整个布置，考虑一个风况，跟路上大致是一致的。在海上，针对北海，水深条件，这种方法比较的有适应性。但是，中国沿海，包括江苏，包括山东那边，那个水深，还有那个条件，那个地质能力承载能力不一样的情况下，有没有考虑到这个方面对风机排布一些影响。比如说，我们江苏那一块儿，有一些海沟，冲沙平原，结合一些基础去考虑一下。
张勇：有两种解决方案。第一种，在这个基础上做一个微调。另外一个解决方案，就是考虑到实际地形影响，不仅考虑海底地形情况，还有地质条件。目前我们主要是针对发电量一个，如果确实出现这种特定情况，我们可以进行微调，这个也是目前国内外广泛的一个做法，用这个微调来解决一些问题。
提问：张总，您好。非常感谢您这个详细的报告。想问一下，提到尾流模型，不同尾流下得到不同的结果，不知道您介绍一下在已有尾流模型下，哪一个尾流模型在您的看法来看，就是比较的准确的?可以反映实际的风况尾流的损耗。
张勇：对于尾流，优化的过程是迭代的，或者是比较比较长时间的一个计算过程。采用比较复杂的模型，计算时间，还有这个计算机计算能力比较苛刻的。我们采用什么呢?就是用的比较广泛的这样一个模型。但是，我们也是可以考虑一下，采用其他的一些模型，我们从目前看到的一些，文献资料来看，就是现性尾流，这几个卫流差异非常小，不一定可以得到非常好的一个结论。另外，我们对于最终的一个结论，就是采用一个核算这样一个结果。我们什么方式呢?采用简单流行进行优化，用最好的模型做最终的变量计算，改变用这种方式来判断。
