微觀選址“卡脖子”困局如何破？運(yùn)達(dá)股份交出中國(guó)答案

近日，運(yùn)達(dá)股份自主研發(fā)、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“運(yùn)風(fēng)”風(fēng)資源計(jì)算評(píng)估公共服務(wù)云平臺(tái)獲得北京鑒衡認(rèn)證中心權(quán)威認(rèn)證，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)風(fēng)資源評(píng)估系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化、精細(xì)化、產(chǎn)品化具有重要里程碑意義。

隨著海上、大基地時(shí)代的加速推進(jìn)，如何優(yōu)化風(fēng)場(chǎng)的機(jī)型配置和排布方案，以期獲得更優(yōu)發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)效益？行業(yè)關(guān)注的種種問(wèn)題都指向同一個(gè)名詞——風(fēng)資源技術(shù)。今日起，運(yùn)達(dá)股份微信公眾號(hào)特別策劃《運(yùn)風(fēng)之道》專(zhuān)欄，帶您一探究竟。

微觀選址直接影響投資決策，關(guān)系后續(xù)的發(fā)電量水平和經(jīng)濟(jì)效益，可謂是風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)中非常重要的一環(huán)。為了提高復(fù)雜地形中的計(jì)算精度和準(zhǔn)度，能夠刻畫(huà)場(chǎng)區(qū)內(nèi)空氣流動(dòng)的細(xì)節(jié)特征、精確描述復(fù)雜地形對(duì)空氣流動(dòng)影響的CFD仿真風(fēng)資源評(píng)估技術(shù)成為市場(chǎng)主流。

(資料圖)

然而，目前市場(chǎng)上的通用商業(yè)CFD軟件以及專(zhuān)為微觀選址開(kāi)發(fā)的CFD軟件幾乎均為國(guó)外廠商開(kāi)發(fā)，并不完全適用于我國(guó)復(fù)雜多變的項(xiàng)目環(huán)境，且軟件的采購(gòu)、維護(hù)、升級(jí)成本昂貴，使得行業(yè)面臨風(fēng)資源評(píng)估軟件“卡脖子”的困局。

為了突破困局，運(yùn)達(dá)股份自2017年起自主研發(fā)風(fēng)電場(chǎng)高精度CFD仿真技術(shù)，目前已經(jīng)形成一套精準(zhǔn)、高效、簡(jiǎn)潔的CFD算法，集成于“運(yùn)風(fēng)”風(fēng)資源公共服務(wù)云平臺(tái)上。通過(guò)上百組實(shí)際測(cè)風(fēng)塔互推驗(yàn)證，相比于主流商業(yè)軟件，“運(yùn)風(fēng)”將平均風(fēng)速誤差降低了1.7%，湍流強(qiáng)度誤差降低了10%。平臺(tái)算力由具備海量資源的超算中心提供，單個(gè)項(xiàng)目計(jì)算時(shí)長(zhǎng)大幅縮短，且能夠支撐大批量項(xiàng)目同時(shí)計(jì)算，使整體業(yè)務(wù)效率大大提升。

更適用風(fēng)電項(xiàng)目的CFD核心算法

大氣流動(dòng)均為湍流，具有無(wú)序變化的特征，對(duì)其進(jìn)行CFD仿真需要借助湍流模型。然而，不同場(chǎng)景下流動(dòng)特征不完全相同，不存在適用于所有流動(dòng)的湍流模型。就風(fēng)電項(xiàng)目而言，場(chǎng)區(qū)范圍通常為數(shù)十甚至上百公里，仿真所關(guān)注的結(jié)果點(diǎn)主要為地表上方數(shù)十至數(shù)百米。這類(lèi)流動(dòng)屬于大尺度流動(dòng)，有其獨(dú)特規(guī)律，常見(jiàn)湍流模型無(wú)法對(duì)其精確刻畫(huà)。為解決這個(gè)難題，“運(yùn)風(fēng)”研發(fā)了更適合大尺度空氣流動(dòng)的湍流模型，大幅提升計(jì)算精度。

此外，主流微觀選址軟件中的CFD仿真通?；诮Y(jié)構(gòu)網(wǎng)格，但我國(guó)風(fēng)電項(xiàng)目大部分建設(shè)于復(fù)雜山地。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)這類(lèi)地形的適應(yīng)性不強(qiáng)，導(dǎo)致仿真失準(zhǔn)或失敗。針對(duì)該問(wèn)題，“運(yùn)風(fēng)”采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，大幅提升對(duì)復(fù)雜地形的適應(yīng)性。

運(yùn)風(fēng)采用的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格

“零基礎(chǔ)”的CFD仿真

在CFD仿真中，需要根據(jù)原始地形數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何建模，描述風(fēng)電場(chǎng)區(qū)內(nèi)地表的起伏變化，從而模擬地表對(duì)空氣流動(dòng)的影響。然而，原始數(shù)據(jù)中往往包含高程異常、等高線交叉等人工極難識(shí)別的壞點(diǎn)，導(dǎo)致幾何建模時(shí)出現(xiàn)尖點(diǎn)、凹陷等異常地表，使仿真失準(zhǔn)甚至失敗。為規(guī)避這類(lèi)問(wèn)題，“運(yùn)風(fēng)”研發(fā)了地形數(shù)據(jù)壞點(diǎn)的自動(dòng)識(shí)別及修復(fù)算法，自動(dòng)識(shí)別原始地形數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，并根據(jù)周邊地形特征對(duì)壞點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，大幅提升幾何建模的成功率。

“運(yùn)風(fēng)”還對(duì)CFD仿真各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行大量測(cè)試、驗(yàn)證，并研發(fā)了基于仿真結(jié)果特征的收斂判據(jù)，最終形成了一套自動(dòng)化程度極高的CFD仿真流程。利用“運(yùn)風(fēng)”，無(wú)任何CFD基礎(chǔ)的用戶也可以發(fā)起流動(dòng)仿真，并獲得可靠結(jié)果，從而專(zhuān)注于項(xiàng)目評(píng)估和結(jié)果分析。此外，“運(yùn)風(fēng)”還集成了基于GIS的3D可視化模塊，將流場(chǎng)仿真結(jié)果實(shí)景呈現(xiàn)于地形之上，方便用戶查看和分析。

地形數(shù)據(jù)壞點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別及修復(fù)

基于GIS的流場(chǎng)3D可視化

獨(dú)具特色的高邊坡仿真功能

在風(fēng)場(chǎng)建設(shè)、運(yùn)行中，機(jī)位附近需要有一定范圍的平臺(tái)。對(duì)復(fù)雜山地項(xiàng)目，機(jī)位平臺(tái)的建設(shè)通?？块_(kāi)挖山體實(shí)現(xiàn)，但由于生態(tài)紅線、行政邊界、壓覆礦等政策要求及工程建設(shè)要求，山體可能無(wú)法完全開(kāi)挖，導(dǎo)致機(jī)位平臺(tái)附近出現(xiàn)較高邊坡。邊坡的存在會(huì)改變局部空氣流動(dòng)，對(duì)機(jī)組發(fā)電量和安全性均有一定影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約15%的項(xiàng)目存在高邊坡現(xiàn)象，成為不可忽視的行業(yè)難題。

為把控邊坡風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)邊坡地形CFD仿真技術(shù)發(fā)展，“運(yùn)風(fēng)”平臺(tái)專(zhuān)門(mén)研發(fā)了高邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊。該模塊會(huì)自動(dòng)根據(jù)邊坡施工平面圖和原始地形數(shù)據(jù)“開(kāi)挖”邊坡，精確刻畫(huà)邊坡處地形，并通過(guò)在邊坡附近進(jìn)行網(wǎng)格加密實(shí)現(xiàn)對(duì)流動(dòng)的精確捕捉。在CFD仿真完成后，“運(yùn)風(fēng)”支持對(duì)多種輪轂高度的排布方案進(jìn)行對(duì)比，輔助把控邊坡風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行方案決策。

高邊坡地形流場(chǎng)示意圖

依托這套精準(zhǔn)、高效、簡(jiǎn)潔的CFD仿真技術(shù)，“運(yùn)風(fēng)”平臺(tái)已支撐公司1500余個(gè)項(xiàng)目的計(jì)算，并受到廣泛關(guān)注，吸引數(shù)十家客戶。未來(lái)，運(yùn)達(dá)股份將繼續(xù)以數(shù)字化、精細(xì)化、綠色化為目標(biāo)，在風(fēng)資源領(lǐng)域持續(xù)投入研發(fā)力量，不斷探索、研究前沿技術(shù)，為風(fēng)能資源的高效利用和風(fēng)電場(chǎng)的高質(zhì)量運(yùn)營(yíng)做出積極貢獻(xiàn)。

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