考虑尾流效应的风电场减载出力优化控制

考虑尾流效应的风电场减载出力优化控制近年来，随着风电行业的不断发展，风电场逐渐成为一种重要的可再生能源，越来越受到人们的关注。然而，在风力机组的运行过程中，要面临不同风速带的不同风速工作。而在一些大型风电场中，风机的密度很高，尾流效应将使得下风风机受到影响，导致发电效率降低，甚至损坏发电设备。因此，减载出力优化控制成为了风电场优化管理的重要手段之一。本文将探讨如何考虑尾流效应进行减载出力优化控制，提高风电场的效益和稳定性。

一、尾流效应及其影响

尾流是指高速运动的空气流到与其平行的静止物体后所形成的一种能量损失的空气流动现象。在风电场中，由于风向与地面大体平行，风力机组受到风的影响后，会形成尾流。尾流由高速流在下方涡核两侧的涡街和低速流两部分构成，随着距风机的远近，尾流逐渐扩散。

尾流的形成会对下风风机产生影响，降低下风风机的产电和叶片的寿命。具体表现为：

（1）降低下风风机的产电量：下风风机由于处于前一台风机的尾流区域内，收到了前一台风机吸走的部分风能。由于空气的不可压缩性，这些被吸走的风量等于后一台风机的风量，即下风风机的生成能力减小，左右相当于实现了减载。

（2）影响叶片的寿命：尾流导致了下风风机背面的非常规进风方向，造成了垂直轴向的风接触。这种风接触使得下风风机部分的叶片受到振动和产生疲劳，从而降低了风机的寿命。

综上所述，尾流效应对风电场运行造成了不小的影响，因此，必须要采取一定的措施进行控制和优化。

二、减载出力优化控制

在风电场中，减载出力优化控制是一种重要的措施，可以有效地缓解尾流效应对下风风机的影响，提高风电场的效益。具体来说，减载出力优化控制可以通过降低前一台风机的功率来减小其尾流区域内的风速，从而减少下风风机的受影响范围。一般来说，减载出力优化控制的原则是尽可能地保证风电场的总发电量不受影响。

在实践中，减载出力优化控制主要包括两种方法：一种是基于功率的减载控制，另一种是基于叶尖速度的减载控制。

1.基于功率的减载控制

该控制方法主要是通过对前一台风机进行减载，以降低其功率输出，从而减小尾流影响的范围。具体来说，该控制方法根据风电场实际情况，通过改变前一台风机的转速、叶片角度等方式进行减载，以保证风电场的总发电量不受影响。该方法具有实现简单、控制精度高等优点，但需要前提是在风电场的实施中具有一定的重要条件，如前一台风机的转速、气动参数等。

2.基于叶尖速度的减载控制

该控制方法主要是通过监测风机叶片尖速度，实时计算前一台风机在下风方向的功率输出，从而对前一台风机进行减载。该方法具有对风场动态响应能力强、控制精度高等优点，但需要采用一些先进的控制算法，并且需要更为详细的风电机械系统、风能优化管理等理论支持。

三、总结

在风电场中，尾流效应是一个广泛存在的现象，对风电场的发电效率和稳定性造成重要影响。因此，必须采取一定的措施进行控制和优化。减载出力优化控制是解决尾流问题的一种重要方法，通过对前一台风机进行减载，可以有效地减小尾流影响的范围，提高风电场的效益和稳定性。针对不同的风电机组类型和工况，需要采用不同的控制策略。相信未来随着技术的不断发展，风电场的减载出力优化控制将会越来越成熟，更好地满足人们对风电能源的需求。本文将从以下四个方面探讨风电的相关数据并进行分析：全球风电装机容量、风电在全球能源中的占比、风电场效益与成本、以及中国风电的发展情况。

一、全球风电装机容量

截至2021年8月，全球累计风电装机容量已经达到750.2万兆瓦，其中欧洲、亚洲和北美洲为世界上三个装机容量最高的地区，分别为212.6万兆瓦、253.7万兆瓦和123.5万兆瓦，这三个地区合计占据全球风电装机容量的82.7%。

从国家/地区来看，中国在全球风电装机容量中占据了重要位置，其累计风电装机容量已经超过了第二名的美国。目前，中国的累计风电装机容量为295.1万兆瓦，占据全球装机容量的39.3%。

二、风电在全球能源中的占比

截至2020年，全球可再生能源发电总容量为2806万兆瓦，其中风电占比最高，达到了24.9%，其次是水力发电和太阳能发电。

从国家/地区来看，丹麦是全球最依赖风力发电的国家，其2019年的总电量有48%来自风力发电。其他风电发达国家，如德国、西班牙和葡萄牙等，也都在积极推动风电的发展。

三、风电场效益与成本

风电场的效益和成本是衡量其可持续性的重要因素。目前，在技术发展和政策支持的推动下，风电场的成本逐年降低。根据美国能源信息局（EIA）的数据，2010年时全球风电的平均成本为每千瓦小时0.28美元，到了2020年则下降到了0.06美元，降幅高达79%。

风电发电效率的提升和成本的降低，意味着风电场的效益有望得到提高。根据美国国家可再生能源实验室（NREL）的数据，风电场的发电成本越来越接近传统燃煤或燃气发电厂的成本，具备更好的投资回报率。此外，风电场的效益还受到风资源、场址选择、机型选用等因素的影响。在实际应用中，需要进行更加详细的经济评估。

四、中国风电的发展情况

中国是全球最重要的风电市场，也是最大的风电产业制造国。在风电发展的初期，中国主要依赖进口技术。但随着技术的不断进步和国产化的加强，中国的风电技术得到了快速发展。

从累计装机容量来看，2010年时中国的累计风电装机容量仅为21.1万兆瓦，到2020年已经超过了295.1万兆瓦，年均增长率超过了20%。在2019年，中国新增风电装机容量为26.4万兆瓦，占全球新增装机容量的45.7%。不仅如此，中国目前正在积极推动风电的深度融合，包括新技术的应用、对电网的适配、机组的智能化等各个方面，以应对风电场在大规模接入电网、储能、系统管理等方面的挑战。

总体而言，风电是全球可再生能源的重要组成部分，其发展前景广阔。风电场的效益和成本也在逐年提高，相信在技术和政策的支持下，风电的发展势头将持续强劲。本文将选取两个国家的风电发展案例，分析其发展状况、问题及对策，并总结出风电发展的关键成功因素。

案例一：丹麦的风电发展

丹麦是全球最依赖风力发电的国家，其2019年总电量有48%来自风力发电。事实上，丹麦早在20世纪80年代就开始大规模发展风力发电，并在多年的尝试和试错后，形成了一整套可持续发展的风电产业链。

发展状况

截至2020年底，丹麦共有28个风电场，累计装机容量达到了6.56GW，占全国电力装机容量的30%。其中，5.5GW为海上风电产能，占据全球海上风电市场35%的份额。

问题及对策

尽管丹麦的风电发展相当成功，但仍存在以下问题：

1.电力价格较高。由于风电场对基础设施要求严格，对风能资源的依赖性高，以及存储锂电池的代价高昂等原因，使得丹麦的电力价格相对较高。

对策：政府通过打造绿能生态系统并促进企业参与，推广清洁能源，从而降低电价。

2.天气不确定性。丹麦因地处极地气候带，天气变化不确定，风速也变化较大，导致风能利用率变化不稳定，影响风电的效益和贡献。

对策：丹麦政府鼓励发展储能技术，利用高水平弥补风速变化的影响，推广清洁能源技术，以及通过将天气预报技术与风能利用技术相结合，实现高效利用。

案例二：中国的风电发展

中国是全球最重要的风电市场，也是最大的风电产业制造国。在风电发展的初期，中国主要依赖进口技术。但随着技术的不断进步和国产化的加强，中国的风电技术得到了快速发展。

发展状况

截至2020年底，中国的累计风电装机容量已经超过了295.1万兆瓦，年均增长率超过了20%。中国目前正在积极推动风电的深度融合，包括新技术的应用、对电网的适配、机组的智能化等各个方面，以应对风电场在大规模接入电网、储能、系统管理等方面的挑战。

问题及对策

然而，中国的风电发展也存在以下问题：

1.地域不均衡。中国一些地区的风能资源充足，但另一些地区的风能资源缺乏，导致风电发展的地域不均衡。

对策：政府加大对风电行业的支持力度，引导风电企业在风能充沛的地区加速项目开发，并推行跨省/市的跨区配网合作，以实现更大范围的风电资源优化和集中利用。

2.电力消纳难度大。由于风电场分布较广，且风速变化、输出不稳定，导致电力消纳难度大，增加市场风险。

对策：政府推动电网升级，并通过智能化管理、加强负荷响应等技术手段，提高风电场的消纳能力，以保证风电场的电力能够高效地送入电网，满足国家对清洁能源利用的要求。

关键成功因素

综合以上两个案例，我们可以发现，推动风电发展并取得成功，关键的因素包括：

1.强有力的政策支持。政府必须出台有利于风电发展的政策，强化政策的实施和管理，鼓励企业和民众积极参与和支持风电的发展。

2.可持续的产业链建设。要建立完整的风电产业链，从风力发电设备的制造、运输、安装及维护到电力的输变电设施建设等各个环节都需要建设完整的产业链。

3.技术创新和工程实践。风电技术的不断创新和实践，是推动风电发展的关键