机舱式测风激光雷达的应用查看源代码讨论查看历史

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机舱式测风激光雷达的应用随着中国风能产业的持续高速发展，中国已投产风电场已经位居世界第一位，截止2019年底，中国风电总装机容量已经到达210.05GW，位于世界第一位，远远超过第二位美国105.6GW的装机容量。风能已经成为中国的第三大能源来源，对中国的能源安全、绿色发展意义重大。

项目背景

激光雷达作为一种近年来兴起的、新颖的测风手段，在风能领域有广泛应用，具有下列主要优点：

（1）激光雷达可以准确测量整个叶轮高度的风速。以前，风机轮毂的高度通常在80米左右，而现在的轮毂高度已经超过120米，尤其是在平原地区等风切变较大的区域。建造如此高的测风塔，其成本已经非常高昂，后期的维护工作量更是非常大，而且更容易产生危险因素。面对高轮毂高度的测风需求，激光雷达可以高效、完美地解决这一问题。

（2）激光雷达可显著降低风资源评估的误差。常规的项目评估，通常采用测风塔进行风资源测量，然后利用风资源评估的商业软件推算风电场各个机位的发电量，但是该方法具有较大的误差。面对不同区域风资源差异这一问题，利用激光雷达对关键区域进行补充测量，可以显著降低项目的投资风险，优化风机排布方案，提高项目收益率。

同时，现在平原地区的项目大多风切变较大，测风塔的测量高度通常远低于风机最终采用的轮毂高度，如果仅采用测风塔推算更高高度的风速，会进入较大评估误差。激光雷达可以测量高度300米内的风速和风参数，降低测风塔在风速垂直外推方面的风险，确定合理的风机轮毂高度，优化项目方案。

国际可再生能源服务与创新公司Ecofys认为，风资源评估主要存在四种误差：系统误差、垂直外推误差、水平外推误差、多年外推误差。其项目评估结果表明：①仅使用测风塔进行风资源评估时，整体误差为14%；②使用激光雷达进行多点位切换测量时，该方法会降低水平外推和垂直外推的误差，使得整体误差降至8%。

（3）激光雷达可以测量更多的风数据，更好地评估和优化风机性能。激光雷达，可测量更多高度层、更多类型的风参数数据，对于风机功率曲线的测量是非常有价值的数据，可以绘制更为精确的功率曲线，来评估和优化风机性能。同时，激光雷达的1Hz秒级数据，会提供风速场更高时间分辨率的信息，对于研究风资源特性、风机载荷、风机性能都是必要的输入数据。

（4）激光雷达，可以增加项目融资机会。使用激光雷达，可以获得更多更为信赖的数据，针对前期遗留的风资源问题进行针对性测量，同时可以节约设备部署时间和资金，提高投资者信心，提高项目的融资机会。

（5）激光雷达，可以克服测风塔建造和安装的问题。陆上测风塔的建设需要占用一定范围的土地，有时征地问题较难解决，并且存在一定的安全隐患，尤其是在平原等人口稠密的地区。海上测风塔的建造成本高昂，使用激光雷达可以显著降低成本，同时规避海上恶劣环境下施工和运维的安全风险。

在过去十多年中，随着风能行业的不断发展和激光雷达的技术进步，激光雷达在风能领域得到了行业专家的普遍认可，广泛应用于风速测量的各种场景，在陆地和海上都有大量的应用案例。在过去，风电行业主要依赖传统的测风塔进行风速测量和风资源的评估，现在激光雷达不仅被行业普遍接受，而且已经成为必不可少的测风技术和手段。

成果简介

1．立项的必要性

1)目前风电上网电价下调、去补贴的宏观政策背景下，新项目的投资收益下降开发风险增大，存量项目优质属性提升潜力开发难度加大，急需增强风机整体性能提升技术以提升风电场资产的效益。

2)众多风电新能源企业均在布局和开展相关技术的的研究和应用工作，技术融合创新是风电新能源企业未来生命力的基本要素。

3)同时国家积极出台相关政策文件，在2018年11月2日山西省率先出台《山西省能源生产和利用设施智能化改造实施意见》，鼓励风机及风电场智能化创新升级，继续推进风电安全、环保、高效开发。

2．主要研究内容：

1)应用先进激光雷达技术提升风机发电量；

2)应用先进激光雷达技术降低风机疲劳载荷，降低维护费用；

3)应用先进智能实时视频分析技术及时对叶片运行状态进行监控；

4)应用多种传感器先进智能宽带物联网络技术获取第一手轮毂气象数据，配合风功率预测系统更加准确的预测未来风速，并更有针对性的预测总体功率；

5)建立适合风场应用的先进智能大数据分析云平台。（含系统运维后台和APP，风电数据专业分析，仿真、处理应用、效能评估功能）。

推广应用前景与措施

2020 年开始风电将实现平价上网，降低机组维护成本和提供机组发电量成为行业关注的焦点，该技术成果通过吸收国外成功经验基础上，引入激光雷达在风机机舱上进行测风，大大提高风机的感知能力，该技术优势如下：

1)单风机电量提升1.5%到 3%之间。

2)通过降低机组载荷以及增加智能监视传感，机组维护率降低5%~10%之间。

3)增强风功率预测数据准确性。

4)增加风电场的先进智能物联网络化和智能数字化应用能力。

项目拟制定的技术标准：

1)激光雷达测风标准。

2)多种传感器数据融合分析标准。

项目拟制定企业技术标准所要规范的主要技术内容：

1)电量提升和疲劳载荷降载具体测定方法。

2)增强风功率预测数据模型。