近日，運達股份自主研發(fā)、具有完全自主知識產(chǎn)權的“運風”風資源計算評估公共服務云平臺獲得北京鑒衡認證中心權威認證，對實現(xiàn)我國風資源評估系統(tǒng)國產(chǎn)化、精細化、產(chǎn)品化具有重要里程碑意義。

隨著海上、大基地時代的加速推進，如何優(yōu)化風場的機型配置和排布方案，以期獲得更優(yōu)發(fā)電量和經(jīng)濟效益？行業(yè)關注的種種問題都指向同一個名詞——風資源技術。今日起，運達股份微信公眾號特別策劃《運風之道》專欄，帶您一探究竟。

微觀選址直接影響投資決策，關系后續(xù)的發(fā)電量水平和經(jīng)濟效益，可謂是風電場設計中非常重要的一環(huán)。為了提高復雜地形中的計算精度和準度，能夠刻畫場區(qū)內(nèi)空氣流動的細節(jié)特征、精確描述復雜地形對空氣流動影響的CFD仿真風資源評估技術成為市場主流。

(資料圖)

然而，目前市場上的通用商業(yè)CFD軟件以及專為微觀選址開發(fā)的CFD軟件幾乎均為國外廠商開發(fā)，并不完全適用于我國復雜多變的項目環(huán)境，且軟件的采購、維護、升級成本昂貴，使得行業(yè)面臨風資源評估軟件“卡脖子”的困局。

為了突破困局，運達股份自2017年起自主研發(fā)風電場高精度CFD仿真技術，目前已經(jīng)形成一套精準、高效、簡潔的CFD算法，集成于“運風”風資源公共服務云平臺上。通過上百組實際測風塔互推驗證，相比于主流商業(yè)軟件，“運風”將平均風速誤差降低了1.7%，湍流強度誤差降低了10%。平臺算力由具備海量資源的超算中心提供，單個項目計算時長大幅縮短，且能夠支撐大批量項目同時計算，使整體業(yè)務效率大大提升。

更適用風電項目的CFD核心算法

大氣流動均為湍流，具有無序變化的特征，對其進行CFD仿真需要借助湍流模型。然而，不同場景下流動特征不完全相同，不存在適用于所有流動的湍流模型。就風電項目而言，場區(qū)范圍通常為數(shù)十甚至上百公里，仿真所關注的結果點主要為地表上方數(shù)十至數(shù)百米。這類流動屬于大尺度流動，有其獨特規(guī)律，常見湍流模型無法對其精確刻畫。為解決這個難題，“運風”研發(fā)了更適合大尺度空氣流動的湍流模型，大幅提升計算精度。

此外，主流微觀選址軟件中的CFD仿真通?；诮Y構網(wǎng)格，但我國風電項目大部分建設于復雜山地。結構網(wǎng)格對這類地形的適應性不強，導致仿真失準或失敗。針對該問題，“運風”采用非結構網(wǎng)格，大幅提升對復雜地形的適應性。

運風采用的非結構網(wǎng)格

“零基礎”的CFD仿真

在CFD仿真中，需要根據(jù)原始地形數(shù)據(jù)進行幾何建模，描述風電場區(qū)內(nèi)地表的起伏變化，從而模擬地表對空氣流動的影響。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別的壞點，導致幾何建模時出現(xiàn)尖點、凹陷等異常地表，使仿真失準甚至失敗。為規(guī)避這類問題，“運風”研發(fā)了地形數(shù)據(jù)壞點的自動識別及修復算法，自動識別原始地形數(shù)據(jù)中的壞點，并根據(jù)周邊地形特征對壞點進行修復，大幅提升幾何建模的成功率。

“運風”還對CFD仿真各環(huán)節(jié)的關鍵參數(shù)進行大量測試、驗證，并研發(fā)了基于仿真結果特征的收斂判據(jù)，最終形成了一套自動化程度極高的CFD仿真流程。利用“運風”，無任何CFD基礎的用戶也可以發(fā)起流動仿真，并獲得可靠結果，從而專注于項目評估和結果分析。此外，“運風”還集成了基于GIS的3D可視化模塊，將流場仿真結果實景呈現(xiàn)于地形之上，方便用戶查看和分析。

地形數(shù)據(jù)壞點自動識別及修復

基于GIS的流場3D可視化

獨具特色的高邊坡仿真功能

在風場建設、運行中，機位附近需要有一定范圍的平臺。對復雜山地項目，機位平臺的建設通常靠開挖山體實現(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要求，山體可能無法完全開挖，導致機位平臺附近出現(xiàn)較高邊坡。邊坡的存在會改變局部空氣流動，對機組發(fā)電量和安全性均有一定影響。據(jù)統(tǒng)計，約15%的項目存在高邊坡現(xiàn)象，成為不可忽視的行業(yè)難題。

為把控邊坡風險，推動邊坡地形CFD仿真技術發(fā)展，“運風”平臺專門研發(fā)了高邊坡風險評估模塊。該模塊會自動根據(jù)邊坡施工平面圖和原始地形數(shù)據(jù)“開挖”邊坡，精確刻畫邊坡處地形，并通過在邊坡附近進行網(wǎng)格加密實現(xiàn)對流動的精確捕捉。在CFD仿真完成后，“運風”支持對多種輪轂高度的排布方案進行對比，輔助把控邊坡風險，進行方案決策。

高邊坡地形流場示意圖

依托這套精準、高效、簡潔的CFD仿真技術，“運風”平臺已支撐公司1500余個項目的計算，并受到廣泛關注，吸引數(shù)十家客戶。未來，運達股份將繼續(xù)以數(shù)字化、精細化、綠色化為目標，在風資源領域持續(xù)投入研發(fā)力量，不斷探索、研究前沿技術，為風能資源的高效利用和風電場的高質(zhì)量運營做出積極貢獻。

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