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干货 | 从如何测风到工程验收,教你零基础入门风场测风!

日期:2024-03-29    来源:风脉能源

国际风力发电网

2024
03/29
10:32
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关键词: 风能资源 风资源评估 测风塔

零基础入门风场测风

当我们决定开始开发风电时,首要任务就是选择一个风资源好的地方实施测风工程,获得支撑开发决定的测风数据。

我们寻找风资源,当然不能仅凭经验之谈,而是要相信科学,依靠风资源领域的专业团队收集意向区域附近长期气象站数据、中尺度数据(MERRA、AWS、Vortex等)、周边风电项目测风数据,分析意向区域潜在风能资源,并收集地形数据进行建模,结合气象数据进行流场模拟,绘制意向区域风能资源分布图,挑选风能资源分布较好,施工条件较好的区域作为潜在开发场址。

为什么这样做有效呢?因为大气也是一种物体,它必然遵循流体力学的物理法则。因此当我们拥有气象站的风资源信息时,可以通过相应的数学计算,推算出风机点位的理论风速和风向。也能够初步估算风场的开发规模和发电量情况。

也许你很好奇,既然大神们已经可以通过流体力学模型计算出装机规模和发电量了,那为什么还要实地修建测风塔测风一年呢?

这是因为当前科技条件下,我们所拥有的地理参数是精简的、概括性的,不可能完全记录下实际环境中的细节。因此,它的计算结果可以反应一个地区风资源的大概情况,却无法替代测风工程实测数据的准确性。

利用谷歌地图等工具,在潜在风电开发场址内(风能分布较好、周边无高大障碍物阻挡、地形较为平坦、道路运输条件较好、未来主要风机排布集中区域)进行测风塔代表性选址,根据开发规模和场地条件,选定一个或多个有代表性测风塔位置,初步拟定测风塔高度。

这里我们插入一段关于测风塔的科普:

测风塔是一种用于测量风能参数的高耸塔架结构,即一种用于对近地面气流运动情况进行观测、记录的塔形构筑物。以前多由风力发电企业、气象、环保部门建造,用于气象观测和大气环境监测。

测风塔的组成部分包括塔底座、塔柱、横杆、斜杆、风速仪支架、避针、拉线(自立塔无)。

测风塔是作为用于风资源的数据采集的需要而新兴的一种塔型,测风塔架设在目标风场内,目的是为了分析该风场内风能资源的实际情况。

如何选择测风塔的高度呢?

首先 ,它受风速和机型的影响。在低风速地区(如5.5米),主要使用大叶片风机来增加发电效率,轮毂高度往往更高,那么测风塔就需要高一些。而在高风速地区(如8米),在保证发电量的情况下,首先考虑机组安全性,轮毂高度不是第一诉求,对测风塔高度的要求相对较低。

其次,它受到风切变的影响。有的区域风切变高,轮毂高度增加能带来更多的风能,在投入产出比可观的情况下应该增加轮毂高度,那么测风塔自然应该更高。有的区域风切变小,风机轮毂高度增加后风能增加不明显,加高失去经济意义,测风塔也不必过高。

最后,是测风观念的升级。无论什么风速条件的风场,越高的测风塔,越多的测风仪器,获得的数据越为准确。在不考虑成本等限制的情况下,使用160米甚至更高的测风塔,高度覆盖风机叶片上延区域,才能获得最完整的测风数据,决策依据更充分,投资风险更低。这样的测风塔,称之为“全属性测风塔”。目前整个行业的趋势是测风塔越修越高,70米测风塔已经很少见,80米成为及格标准,100米、120米成为主流,150米也在不断增加。相信未来这个标准也会越来越高。

根据行业惯例,平坦地形下风电场一般会修建1个测风塔,复杂地形下会修建2个,由于测风塔数据的管控范围并不能真正做到彻底全场覆盖,因此测风塔的选址会集中在风机点位相对密集的区域,以此获得更大的代表性。在一些风机点位排布比较分散的风场,可以酌情增加更多的测风塔。

现场实勘选点

携带风资源评估单位提供的分析成果(风能资源分布、选定的测风塔位置等),提前制定实地勘查路线,前往现场开展工作。第一步是要确认风电场的整体条件:

然后,要直接确认测风塔选定点位是否具备充分的施工条件。

测风塔虽然本身塔体占地面积很小,但对其进行固定的拉力钢丝却需要较大的面积,测风塔高度越高,钢丝所需的半径也就越大,因此,测风塔选点实勘,一个重要的目的就是确认该点是否具备合适的建设面积,同时还要评估选点是否具备适合挖掘施工的地基条件。

与当地政府签订测风协议

找所在地的辖区政府,获得政府在指定规划区域内测风批复,与政府达成测风协议,在指定区域内,一片区域只允许有一个开发主体,协议期一般为两年。

由于协议存在排他性,因此不同开发商之间存在必然的竞争,一些开发商往往会在没有明确风资源指向时,战略性的签下一系列协议,以此抢占潜在资源。同时,由于协议区域是以行政辖区为划分,一条山脊线两侧可能属于不同的行政辖区,分别与不同的开发商签订了测风协议,这种情况下,往往会上演激烈的山脊争夺战,需要考验我们的沟通智慧和项目审批推进效率。

测风塔工程招标

确认了测风协议之后,即可进行测风塔工程招标。随着技术的不断革新测风塔的高度也在不断提高。我们可以根据自身项目的实际情况进行选择塔体高度。

招标过程中,通过评比价格和技术方案,从三家以上投标方中选择符合标准的供应商,最终确定一家实施。随着供应商专业化程度不断提高,在提供测风塔工程建设的同时,一些供应商还提供测风数据分析等增值服务。

测风塔工程建设

测风塔工程根据不同地形和地质条件,需采用不同的施工方案,如爆破、道路修复等。由于测风塔选址多处于山地高点,无道路通行,测风塔设备通常需要采用人工搬运的形式实施。虽然技术难度不大,但却是一个艰难辛苦的工程。

在完成挖掘浇灌养护后,即可实施测风塔安装,由持有登高证的工人底部逐节向上安装,安装难度较大。欧美国家一般采用直升机吊装,中国则采用人工攀爬+滑轮安装的方式,成本低,危险性较大。近年来随着测风塔高度的不断增加,施工危险性也同样在不断加大。

工程验收

施工完成后,即可对其进行验收,验收完成后,一般需要支付除质保金以外的剩余尾款,具体金额以双方合同约定为准。

测风期可能发生的问题

经过上面这些步骤,测风塔工程建设完成了,但测风工程却才刚刚开始。接下来我们需要收集至少一年的测风数据,这一年需要我们时刻关注测风塔的情况,并时刻准备处理各种突发情况。

世界上有两种测风塔,一种是倒了的测风塔,另一种是即将倒的测风塔。这么说虽然夸张,但却道出了测风塔倒塔率居高不下的事实。这从测风塔供应商不同质保期的报价可以看出,正常质保期为一年,两年质保期的报价基本等于两座测风塔的价格,这也等于间接承认了测风塔在运行超过一年后,倒塔是大概率事件。

测风塔之所以常倒塔,主要原因是大自然极端天气对其造成的伤害和损耗,比如冬季覆冰和强风吹袭。这点在潮湿的南方地区尤为明显,冬季覆冰造成的塔体重量增加,经过强风吹袭,一旦超过塔体基础的承载能力,就会发生倒塔。

除了自然原因,倒塔也存在人为因素,一是施工质量存在问题,二是人为破坏。至于是谁破坏的......你懂的。此外,倒塔还会出现一种中间状态,即塔体倾斜,尚未倒塌。这种情况下,应及时发现并进行修复。

由于测风塔地处山区环境,通信基础建设落后,测风数据的收发信号偶尔会出现发送失败的现象。解决这一问题受外部因素制约太大,我们能做的就是选择当地相对信号好的移动运营商,使用稳定可靠的设备,如果持续发生数据接收异常,应及时前往现场检查设备状态,确认问题原因,并通过数据卡拷贝的形式,及时获取数据。

由于中国还处在社会主义初级阶段,尚未达到天下无贼的境界。测风塔处于野外环境,无人值守,测风数据本身又属于具有高度商业价值的数据,因此必然也会发生数据被盗事件。我们可以雇佣当地村民定期巡视,或者安装摄像头等安全装置来尽可能的防范这一问题。

当前测风数据主要通过邮箱发送,需要工作人员自行查收邮箱,下载后手动整理归档,缺乏智能化管理手段。其实这本身是一件很简单的机械式工作,但目前来说,还没有工具能替代人来完成。在科技让我们的生活越来越方便、工作效率越来越高的当下,相信这个问题不会困扰我们太久。

当下业主需求量不断增大,公司往往多个项目同时开发,测风塔可能多达几十个甚至上百个,这些测风塔的数据收集整理,乃至测风状态的监控就成了一件繁琐的事情。项目开发前期工作人员往往不多,监控所有塔的状态成了一件琐碎重复的人力工作,占用工作人员的大量精力。如果问题四让您头疼,那么想象这个问题增加100倍的场面......

当前测风塔的状态主要通过被动观察,只有人工定期检查数据,才能发现异常和故障,缺乏主动警示手段。比如发生了倒塔事故、设备故障等问题,我们并不总能在第一时间及时掌握问题,错过了处置问题的黄金时间。这不仅会给我们带来金钱和时间上的损失,最重要的是没能在发生异常时尽可能的降低测风数据的损失。其实处理方法大家都能想到,当异常发生时,如果我们在第一时间收到自动电话或短信提醒,那么很多损失都可以降低甚至避免。

我们在获得测风数据后,如果在公司内部缺乏风资源工程师的情况下,测风数据的基本情况,平均风速、风向和各类数据的统计都无法直接获取。包括月度/季度测风报告在内的一些记录和上会材料,都需要依靠外部力量完成。准备时间长,存在沟通成本,受制于人。其实分析测风数据本身并不是一件特别复杂的事情,但专业软件门坎太高,对非专业人员不友好,导致奔波于第一现场的开发人员始终难以上手。我们认为,这个问题需要软件开发者,设身处地的为风电开发者着想,主动进行更智能化、简易化的变革。

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