【導(dǎo)讀】如何精準(zhǔn)測(cè)風(fēng)？如何增功提效？如何優(yōu)化投資？這恐怕是每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)業(yè)主和廠家都在琢磨的事情。本文介紹一個(gè)新技術(shù)，或者是新方法，叫iSpin，或許是未來(lái)的趨勢(shì)，先了解一下吧。
iSpin超聲波傳感器可以代替原有的機(jī)艙風(fēng)速風(fēng)向儀，由于測(cè)風(fēng)角度為180度，可用于風(fēng)機(jī)控制和停機(jī)，不能用來(lái)啟機(jī)，因?yàn)閺娘L(fēng)機(jī)后面吹來(lái)的風(fēng)感知不到，因此需要一個(gè)簡(jiǎn)單的風(fēng)向標(biāo)配合。而且，安裝了iSpin超聲波傳感器的風(fēng)機(jī)就相當(dāng)于一個(gè)測(cè)風(fēng)塔，業(yè)主對(duì)所有風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)可以有非常精準(zhǔn)的掌握，這可以使風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行更加智能。
超聲波并不是新技術(shù)，但應(yīng)用于測(cè)風(fēng)是在2004年由丹麥科技大學(xué)教授發(fā)明的，2011年，ROMO wind 公司成立，并購(gòu)買(mǎi)這項(xiàng)技術(shù)。2013年，IEC 61400-12-2標(biāo)準(zhǔn)將該技術(shù)列為風(fēng)場(chǎng)績(jī)效監(jiān)測(cè)技術(shù)。
ROMO Wind 是一個(gè)瑞士-丹麥科技公司，利用其專(zhuān)有的全球?qū)＠鹖Spin技術(shù)為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)提供應(yīng)用服務(wù)和產(chǎn)品。ROMO Wind的總部設(shè)立在瑞士，技術(shù)和運(yùn)營(yíng)總部設(shè)立在丹麥。此外，ROMO在德國(guó)、西班牙、意大利、法國(guó)和英國(guó)都設(shè)有銷(xiāo)售辦事處。ROMO Wind 在美國(guó)的業(yè)務(wù)由Vestas非排他性代理。現(xiàn)有客戶為所有歐洲的主要風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商，四個(gè)領(lǐng)先的整機(jī)商也已測(cè)試和批準(zhǔn)采用ROMO Wind的iSpin技術(shù)。
“風(fēng)能來(lái)自于對(duì)風(fēng)資源的掌握”
為了對(duì)風(fēng)機(jī)的性能進(jìn)行可靠的監(jiān)測(cè)，需要具備一定量的有關(guān)導(dǎo)入能量和風(fēng)力的知識(shí)。但是現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)機(jī)艙的傳感器，安裝在風(fēng)機(jī)機(jī)艙的頂部位置，提供的風(fēng)力測(cè)量不夠準(zhǔn)確和可靠，對(duì)于風(fēng)機(jī)的性能監(jiān)測(cè)也不能做到準(zhǔn)確和可靠。因此很難實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)改進(jìn)或當(dāng)風(fēng)機(jī)性能下降時(shí)進(jìn)行干預(yù)。
與很多革命性的發(fā)明一樣，iSpin對(duì)于這個(gè)關(guān)鍵性行業(yè)難題的解決方法簡(jiǎn)單而完美：iSpin 的風(fēng)力傳感器為超聲波傳感器，放置在風(fēng)機(jī)導(dǎo)流罩上，這里對(duì)測(cè)風(fēng)的干擾最小而且易于理解，可以完全糾正。這開(kāi)辟了很多重要的工業(yè)應(yīng)用，構(gòu)成ROMO Wind的iSpin產(chǎn)品和服務(wù)的核心。
iSpin傳感器可以監(jiān)測(cè)如下諸多參數(shù)，而且不受尾流和地形影響。
- 自由流風(fēng)速
- 偏向誤差
- 入流角度
- 湍流度
- 溫度
- 空氣密度（通過(guò)加裝空氣壓強(qiáng)傳感器）
- 風(fēng)向（通過(guò)加裝機(jī)艙風(fēng)向傳感器）
iSpin超聲波傳感器的標(biāo)定:
對(duì)超聲波傳感器的標(biāo)定有五個(gè)步驟，每種機(jī)型只需要標(biāo)定一次，傳遞函數(shù)即可應(yīng)用于不同地形風(fēng)場(chǎng)的同樣機(jī)型。
一是出廠時(shí)在無(wú)風(fēng)狀態(tài)下做標(biāo)定
二是風(fēng)洞標(biāo)定
三是在安裝時(shí)對(duì)安裝精度做標(biāo)定
四是根據(jù)導(dǎo)流罩形狀做標(biāo)定，將風(fēng)機(jī)偏航正負(fù)40度
五是測(cè)風(fēng)塔標(biāo)定，僅用于負(fù)荷曲線測(cè)量。
iSpin超聲波傳感器的安裝:
在整流罩前端，對(duì)稱(chēng)安裝三個(gè)傳感器，可以完成所有參數(shù)的測(cè)量。安裝時(shí)間約為半天，但主要是用激光定位安裝孔，至于鉆孔和安裝只需10分鐘，安裝精度要求1.5厘米。
功率曲線測(cè)量和iSpin監(jiān)控原理
iSpin的一個(gè)關(guān)鍵性優(yōu)勢(shì)，除了它相對(duì)較低的成本和較低的維護(hù)要求，另一點(diǎn)是風(fēng)測(cè)量不受地形或附近風(fēng)機(jī)的尾流影響。因此，與機(jī)艙風(fēng)速計(jì)和前瞻性的測(cè)量技術(shù)如LiDAR相比，iSpin可以在整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的全生命周期中準(zhǔn)確并永久地測(cè)量所有地形的風(fēng)力并且保證100%的數(shù)據(jù)可用性。這適用于所有風(fēng)機(jī)相關(guān)部門(mén)無(wú)需對(duì)材料數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，這一點(diǎn)獨(dú)一無(wú)二。這對(duì)于良好的風(fēng)功率曲線測(cè)量至關(guān)重要——iSpin還可以用于風(fēng)機(jī)控制。
iSpin真正獨(dú)特的地方，是可以對(duì)比各風(fēng)機(jī)之間對(duì)比功率曲線和偏航誤差測(cè)量，無(wú)論風(fēng)機(jī)是在同一風(fēng)電場(chǎng)或世界其他地區(qū)。原因是與機(jī)艙風(fēng)速計(jì)不同，即使在復(fù)雜的地形iSpin校準(zhǔn)也非常穩(wěn)固。iSpin測(cè)量的穩(wěn)定性如下所示。
每種風(fēng)機(jī)類(lèi)型，iSpin僅需校準(zhǔn)一次，iSpin因此可以用于世界任何地方的任何風(fēng)電場(chǎng)的高度精確測(cè)量，以及對(duì)比所有其他相同類(lèi)型風(fēng)機(jī)的功率曲線。由于iSpin應(yīng)用了十分穩(wěn)健的超聲波測(cè)量技術(shù)，可以用于監(jiān)測(cè)特定風(fēng)機(jī)在整個(gè)全生命周期的性能測(cè)量和功率曲線監(jiān)控。ROMO把這個(gè)獨(dú)特的屬性稱(chēng)為 “iSpin監(jiān)護(hù)” 理念，示意如下：
當(dāng)使用iSpin監(jiān)護(hù)（綠色曲線）時(shí)，只有真正出力表現(xiàn)不佳的風(fēng)機(jī)會(huì)被識(shí)別出來(lái)，而SCADA功率曲線（黃色曲線）不能提供一個(gè)準(zhǔn)確的風(fēng)機(jī)性能測(cè)量。
顯著改善風(fēng)機(jī)質(zhì)保和風(fēng)電場(chǎng)資產(chǎn)的可能性
當(dāng)前，風(fēng)機(jī)整機(jī)廠家的功率曲線保證是基于測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)的，對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)業(yè)主來(lái)說(shuō)可能并沒(méi)有多大意義。如果技術(shù)上可行，測(cè)風(fēng)塔驗(yàn)證方法僅能用于一到三個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)。昂貴的測(cè)風(fēng)塔在特殊的地形和海上經(jīng)常不能使用，而且它們不適用于全生命周期的性能監(jiān)控，甚至只能應(yīng)用于一小部分的風(fēng)機(jī)。此外，ROMO還可以通過(guò)其五年風(fēng)電場(chǎng)“iSpin監(jiān)控”為整機(jī)商提供了顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)——不僅僅是在海上風(fēng)電。
風(fēng)電機(jī)一直被視為單獨(dú)運(yùn)作的發(fā)電機(jī)；其實(shí)它們也可以與風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)一起工作，它們對(duì)彼此的生產(chǎn)能力和負(fù)荷產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。
最近，一些整機(jī)制造商，比如GE, Siemens 和Envision正著手建設(shè)數(shù)字化風(fēng)電場(chǎng)，通過(guò)引入先進(jìn)的自學(xué)軟件解決方案優(yōu)化風(fēng)機(jī)的交互，風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)，還有使用多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)優(yōu)化生產(chǎn)預(yù)測(cè)。這樣的數(shù)字解決方案在風(fēng)電行業(yè)顯然需要實(shí)時(shí)的高質(zhì)量風(fēng)能數(shù)據(jù)輸入，然而，由于上面提及的原因，目前來(lái)說(shuō)是還不可能實(shí)現(xiàn)的。所有的數(shù)字模型需要高質(zhì)量的數(shù)據(jù)輸入來(lái)進(jìn)行函數(shù)優(yōu)化，否則其結(jié)果意義有限，如“垃圾入-垃圾出”。因?yàn)閕Spin適用于在所有風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)的永久和實(shí)時(shí)風(fēng)速測(cè)量，ROMO堅(jiān)信iSpin能夠幫助促進(jìn)風(fēng)電行業(yè)的快速持續(xù)數(shù)字化，以及風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園的組合控制。
偏航誤差檢測(cè)和立即校正為業(yè)主提供了額外的年度能源產(chǎn)量（AEP）
在過(guò)去的幾年時(shí)間里，ROMO已經(jīng)完成了超過(guò)300多臺(tái)風(fēng)機(jī)，40種風(fēng)機(jī)型號(hào)，偏航誤差的測(cè)量。下面這個(gè)樣本，主要是基于隨機(jī)選擇的風(fēng)機(jī)，表明超過(guò)50%的風(fēng)機(jī)遭受過(guò)嚴(yán)重的偏航失調(diào)。
校正/監(jiān)測(cè)偏航誤差可以為業(yè)主帶來(lái)直接的收益，對(duì)應(yīng)于一個(gè)平均AEP增益為1.5-2%。對(duì)于一些類(lèi)型的風(fēng)機(jī)，這個(gè)數(shù)據(jù)可以更高。
iSpin解決的行業(yè)難題可以直接與機(jī)艙電流傳感器以及下表中的機(jī)艙激光雷達(dá)做對(duì)比。目前唯一可用的其他技術(shù)——測(cè)風(fēng)塔，可以說(shuō)在市場(chǎng)中沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。
ROMO Wind 目前供應(yīng)歐洲和美國(guó)市場(chǎng)
ROMO目前提供風(fēng)電機(jī)升級(jí)改造服務(wù)，包括iSpin用于功率曲線測(cè)量和/或檢測(cè)和協(xié)助校正偏航失調(diào)。作為測(cè)量方法，iSpin在測(cè)量期之后可以被刪除；或者iSpin提供長(zhǎng)期的監(jiān)控服務(wù)，iSpin傳感器安裝于風(fēng)電機(jī)內(nèi)并保留5-10年。在后一種情況下，業(yè)主支付iSpin的安裝費(fèi)用，以及之后產(chǎn)生的的月度監(jiān)控費(fèi)用和任何再現(xiàn)的失調(diào)警報(bào)。
在歐洲，ROMO產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于幾乎所有主要的公用事業(yè)和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商。iSpin已經(jīng)被大型的陸上和海上風(fēng)電運(yùn)營(yíng)商測(cè)量和驗(yàn)證，而且通過(guò)了國(guó)際知名檢測(cè)機(jī)構(gòu)如：DNV-GL, ECN和DTUWind Energy的審查和批準(zhǔn)。一些大型的公用事業(yè)客戶目前正在測(cè)試的不同階段，有些業(yè)主選擇在風(fēng)電場(chǎng)后續(xù)項(xiàng)目中逐步部署iSpin。
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