题名 面向空中风力发电系统的风能资源分析
1
作者
蔡彦枫 李晓宇 任宗栋 孙舒
机构
中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 中国电力工程顾问集团有限公司
出处
《太阳能学报》
北大核心
2025年第2期624-632,共9页
基金
中国能源建设股份有限公司重大科技项目(CEEC-KJZX-03)。
文摘
以空中风力发电系统(AWES)可捕获的风能为研究对象,采用2012—2021年ERA5再分析资料,对全国范围内300~3000 m之间风速和风功率密度的空间分布、随高度变化、季节变化和日内变化等特征进行分析并按七大区域进行统计。研究结果显示:高风速区与高海拔区域的空间分布基本一致,风速和风功率密度随高度上升持续增大,东北、华北、西北等“三北”区域的风廓线形态更适宜开发高空风能资源;风速和风功率密度的季节变幅随高度升高而有所增大,但变化曲线形态逐渐趋同;风速的日内变化幅度逐渐降低,区域之间的差异也在缩小。研究表明,切风型AWES系统的风能利用潜力低于其他AWES形式,对于中国现有的空域使用情况,采用切风型AWES系统开发高空风能时,建议规划比其他AWES形式更高的运行高度。
关键词
风能 风电场 大气边界层 质量控制 再分析资料
Keywords
wind energy wind farm atmospheric boundary layer quality control reanalysis data
分类号
TK89
[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
题名 风向对广东海上风电场风机布置的影响
被引量：4
2
作者
蔡彦枫 王海龙 周川 陈德辉 彭明
机构
中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广东省风力发电有限公司
出处
《南方能源建设》
2016年第4期113-118,共6页
文摘
引入一个包含20台4 MW风力发电机组,风机布置采用规则几何构型的海上风电场理论模型,设计了两大类共4个不同的风机阵列,根据1991-2010年广东近海区域MERRA再分析资料,从海面风向的季节变化、扇区划分方式变化以及风向频率分布变化等三个方面开展数值试验研究。结果表明:平行四边形阵列比矩形阵列更具灵活性,能够适应更复杂的风向季节性偏转;风机布置需要更加细致的风向扇区划分方式,传统的16个风向扇区划分方式难以适应风机阵列最佳朝向的选择与调整;风机布置方案比选需要考虑风向频率分布的年际变动,通过敏感性试验识别更具稳定性的风机阵列。
关键词
风向 海上风电场 风机布置
Keywords
wind direction offshore wind farm layout optimization
分类号
TM614
[电气工程—电力系统及自动化]
题名 广东沿海地区极值风速空间插值方法的对比研究
被引量：5
3
作者
蔡彦枫 张灿亨 黄勇
机构
中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广东电网有限责任公司电力科学研究院
出处
《南方能源建设》
2015年第B12期187-192,共6页
文摘
利用反距离加权法、Cressman法、基于规则样条函数和平板样条函数的径向基函数法、普通Kriging法和泛Kriging法等4大类共6种空间插值方法,对位于广东沿海地区的26个国家级气象站、101个自动气象站和6个海洋站在内的133个站点重现期为50年离地10 m高10 min平均的最大风速进行空间插值研究,并进行交叉验证和空间分布对比。结果表明,Cressman法的绝对误差最小;泛Kriging法的均方根误差最小,相关系数最高;泛Kriging法在空间分布上更贴合实际情况,更适用于广东沿海地区极值风速的空间插值。
关键词
极值风速 空间插值 交叉验证
Keywords
extreme wind speed spatial interpolation cross-validation
分类号
P444
[天文地球—大气科学及气象学]
题名 面向空中风力发电系统的高空风场观测
被引量：5
4
作者
蔡彦枫 李晓宇
机构
中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广东科诺勘测工程有限公司 中国电力工程顾问集团有限公司
出处
《南方能源建设》
2024年第1期1-9,共9页
基金
国家重点研发计划项目“大型伞梯式陆基高空风力发电关键技术及装备”(2023YFB4203400) 中国能源建设股份有限公司重大科技项目“25 MW级高空风能发电技术与装备研究”(CEEC-KJZX-03)。
文摘
[目的]文章旨在研究空中风力发电系统(Airborne Wind Energy System,AWES)的测风需求及设备选型。[方法]以某空中风力发电示范工程为依托,开展测风激光雷达与风廓线雷达的对比观测试验,并对数据获取率、垂直廓线特征和时间变化特征进行分析。[结果]结果显示:在3 km高度范围内,测风激光雷达的数据获取率随高度递减至不足0.4,风廓线雷达的数据获取率则维持在0.98以上,具有更好的观测适应性;两种测风设备的风速、风向垂直廓线以及逐日、多日波动特征均具有一致性,并且能被再分析资料和高空气象站同期探空资料所验证。测风激光雷达观测结果的中位数、极差、标准差等统计特征与再分析资料更接近,相关性更好;风廓线雷达观测结果的极差和标准差整体偏大,测风精度不及测风激光雷达。[结论]文章研究表明,应根据项目所在地的气候状况,在空中风力发电站工程的不同设计阶段合理选择测风设备,科学设置测风方式。
关键词
空中风力发电 测风激光雷达 风廓线雷达 数据获取率 测风精度
Keywords
airborne wind energy wind lidar wind profiler radar data acquisition rate wind-measurement accuracy
分类号
TK89
[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
P412.25
[天文地球—大气科学及气象学]
题名 海面风场资料在广东省阳江海上风电场区域的适用性
被引量：1
5
作者
黄穗 蔡彦枫 王俊 周川
机构
中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广东科诺勘测工程有限公司
出处
《南方能源建设》
2024年第6期111-123,共13页
基金
广东省级促进经济高质量发展海洋专项“海上风电桩基础及海缆稳定性动态监测一体化设备研发”(GDNRC[2021]41) 中国能建广东院科技项目“广东省海上风电海洋水文气象信息预报关键技术研究”(GSKJ2-W01-2021)。
文摘
[目的]为了检验海面风场资料集在阳江海上风电场区域的适用性,文章对卫星反演资料(DASCAT)和再分析资料(ERA5、FNL)的10 m风场进行了检验评估。[方法]基于广东省阳江海上风电区域内4个站点实测10 m风场开展研究。[结果]分析表明:(1)风速相关性达0.8以上,ERA5均最高。风速均方根误差在2.6 m/s以内,浅水区中DASCAT最优,深水区中ERA5最优。FNL和ERA5在浅水区中出现显著的风速低估现象,DASCAT风速平均偏差数值小于FNL和ERA5,其平均风速与实测更接近;(2)风向相关性达0.75以上,浅水区中ERA5最高,深水区中FNL最高。风向均方根误差在35°以内,ERA5误差均最小,但DASCAT和FNL更接近实测主导风向;(3)各风速段下风速均方根误差统计表明:浅水区中,FNL在低风速段最小,DASCAT在中、高风速段最小;深水区中,ERA5在全风速段内均最小。对于风速相关性,浅水区和深水区中,ERA5在低、中风速段均最高,FNL在高风速段均最高;(4)浅水区内DASCAT和ERA5风速逐月误差较小且分布比较接近,4~5月和10月为峰值;深水区内ERA5误差最小,7月为峰值,12月~次年1月为谷值;(5)10 m多年平均风速分布特征均表现为风速自北向南、自西向东递增,在浅水区以内风速梯度较大。[结论]总体而言,ERA5的10 m海面风场资料集在研究区域内表现较好,其平均风速系统性偏低的不足可以通过DASCAT进行修正。
关键词
海面风场 海上风电 DASCAT ERA5 FNL 适用性研究
Keywords
sea surface wind field offshore wind farm DASCAT ERA5 FNL applicability research
分类号
TK89
[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
P413
[天文地球—大气科学及气象学]
题名 基于多尾流模型的大型海上风电场扩容试验研究
被引量：2
6
作者
蔡彦枫 徐初琪 汤东升 王晴勤
机构
中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广东科诺勘测工程有限公司 中国船舶重工集团厦门双瑞船舶涂料有限公司
出处
《南方能源建设》
2023年第4期138-147,共10页
基金
中国能建广东院科技项目“大规模海上风电场细分场址及容量控制指标研究”(EV06731W) 中国电力工程顾问集团有限公司科技项目“广东省海上风电海洋水文气象信息预报关键技术研究”(GSKJ2-W01-2021)。
文摘
[目的]文章旨在研究大型海上风电场的最佳规划容量设置。[方法]针对某1 GW容量的单个规划场址,利用3种不同单机容量机型与3种海上风电场尾流模型,结合海上风资源图谱开展同场址逐步扩容至2GW的一系列数值试验,并对全场发电量、尾流影响与边际效应进行分析。[结果]结果显示,随着机型的单机容量增大,扩容过程中全场实际发电量增幅越高,尾流损失增长越慢,兼顾机组安全性与投入产出比的有效扩容区间越大;但尾流模型选择可能影响有效扩容区间评估结果。[结论]文章研究表明,在满足现有用海指标、风电机组安全性与工程经济性等多重约束下,单个场址的最佳规划容量可以略高于现有基准值,在今后海上风电千万千瓦级基地规划中,应科学细分并合理设置单个场址的规划容量。
关键词
海上风电场 风电机组 尾流损失 规划容量 扩容
Keywords
offshore wind farm wind turbine wake loss planned capacity capacity expansion
分类号
TK89
[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
TM614
[电气工程—电力系统及自动化]
题名 基于长期实测资料的风速测量相关推测方法对比
被引量：5
7
作者
蔡彦枫 王海龙 周川 陈德辉 彭明
机构
中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广东省风力发电有限公司
出处
《南方能源建设》
2017年第3期97-102,106,共7页
文摘
针对海上风电的风能资源评估,利用4个沿海自动气象站2003—2010年的逐时测风数据与同期MERRA再分析资料,通过6组数值试验,从平均风速、风速标准差、平均风功率密度和风力发电机组的年发电量等4个评价指标全面对比分析了8种风资源测量-相关-推测方法。结果表明:简单正交回归法、简化主轴回归法、分位数回归法、Weibull尺度拟合法和矩阵时间序列法对平均风速的推测结果更优,简单正交回归法、简化主轴回归法和Weibull尺度拟合法对风速标准差和平均风功率密度的推测结果更优,联合概率分布法对风向-风速联合频率分布和风机发电量的推测结果明显优于其他方法。参证站自身的数据质量和空间代表性对测量-相关-推测方法的表现具有潜在影响,在实际工作中应对多种测量-相关-推测方法进行集成运用和综合判断,以符合海上风电多层次、多目标的风资源评估需求。
关键词
风速 测量-相关-推测方法 海上风电
Keywords
wind speed measure-correlation-predict offshore wind power
分类号
TM614
[电气工程—电力系统及自动化]
题名 考虑疲劳均衡的海上风电场主动尾流控制研究
被引量：6
8
作者
王俊 周川 蔡彦枫 邓智文 许昌
机构
中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广东科诺勘测工程有限公司 河海大学能源与电气学院
出处
《可再生能源》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第2期208-214,共7页
基金
2018年度广东省促进经济发展专项基金(海洋经济发展用途)项目“广东海域风资源分布状况与风能储量调查”(GDME—2018B001)。
文摘
海上风电场运行维护成本高,而其尾流效应影响更加突出,不但会影响风电场的发电效率,还会增大风电场内机组的疲劳载荷,增加运维成本。文章针对基于疲劳均匀的海上风电场主动尾流控制展开研究,通过GH-Bladed软件计算建立了风电机组在典型控制工况下关键零部件的疲劳损伤量数据库。其中的工况包括最大功率追踪、桨距角控制和偏航控制3种,并引用了量子粒子群算法,通过变桨和偏航两种方法进行优化控制,以实现海上风电场发电量提升和风电机组疲劳均匀的多目标主动尾流优化控制策略,降低海上风电场运维成本。仿真结果表明了所提出控制方法的可行性。
关键词
疲劳损伤 主动尾流控制 尾流模型 量子粒子群算法
Keywords
fatigue damage active wake control wake model quantum particle swarm optimization algorithm
分类号
TK83
[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
题名 基于BES-ELM的风电机组故障诊断
被引量：3
9
作者
王俊 席芳 周川 蔡彦枫 王洁 王金城 许昌
机构
广东科诺勘测工程有限公司 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 中交智慧城市生态发展(广州)有限公司 河海大学能源与电气学院
出处
《排灌机械工程学报》
CSCD
北大核心
2023年第10期1023-1029,共7页
基金
政府间国际科技创新合作重点专项(2019YFE0104800) 国家自然科学基金委雅砻江联合基金资助项目(U1865101)。
文摘
针对极限学习机相关参数的选取不当导致其诊断结果与准确率受影响的问题,提出利用秃鹰搜索算法对极限学习机的权值和偏置的选取进行优化,构建秃鹰搜索优化算法和极限学习机组合的风力发电机组故障诊断模型(BES-ELM).对风电场某一台风力发电机组在发电机过热(S1)、馈电故障(S2)、变流器冷却系统故障(S3)和正常(S4)等4种状态下的相关SCADA数据进行清晰、补充等相关预处理和特征选取后构成故障样本集,其中样本集的80%作为训练集,20%作为测试集.分别采用标准极限学习机、基于遗传优化算法和粒子群优化算法的极限学习机模型对这些故障样本进行分类.结果显示,与标准极限学习机、遗传算法和粒子群算法优化的极限学习机模型相比,BES-ELM模型的诊断准确率达到98.75%,有效提高了风电机组故障诊断的准确率.
关键词
故障诊断 秃鹰搜索算法 极限学习机 风电机组 参数优化
Keywords
fault diagnosis bold eagle search(BES)algorithm extreme learning machine(ELM) wind turbine parameter optimization
分类号
TK83
[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
题名 基于CFO的海上风电场微观选址优化算法研究
被引量：5
10
作者
周川 蔡彦枫 王俊 王洁
机构
中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广东科诺勘测工程有限公司 河海大学能源与电气学院
出处
《可再生能源》
CAS
CSCD
北大核心
2021年第1期67-73,共7页
基金
2018年度广东省促进经济发展专项基金(海洋经济发展用途)项目“广东海域风资源分布状况与风能储量调查”(GDME-2018B001)。
文摘
海上风电场用海面积有限,尾流影响比陆上大,微观选址是其规划设计的关键技术。传统优化算法大多采用离散化变量,使得潜在解空间减少到有限个,难以达到最优化的效果。为了提高海上风电场微观选址优化效率,文章提出了一种基于中心引力优化(CFO)算法的海上风电场微观选址方法。该算法使用实数编码,通过将微观选址优化的变量假设为天体,各个天体之间相互作用,达到平衡的原理,具有可能得到全局最优解和效率高的优点。使用该算法对海上风电场微观选址优化进行仿真,并与现有方法比较。结果表明,所提出的算法得到的排布方式发电量最高,并具有优化精度高、速度快和优化排布较为均匀的特点。该研究结果可以为实际工程应用提供参考。
关键词
海上风电场 微观选址 中心引力优化算法 实数编码
Keywords
wind farm in offshore micro-siting central force optimization real coding
分类号
TK81
[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
题名 海上风电场运行期尾流损失分析
被引量：8
11
作者
刘沙 王中权 蔡彦枫
机构
南方海上风电联合开发有限公司 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司
出处
《南方能源建设》
2019年第1期66-70,共5页
基金
中国能建广东院科技项目"海上风电技术研究"(EX03911W)
文摘
[目的]为了充分认识海上风电场运行过程中的尾流效应,对风电场布局设计中的模拟计算结果进行验证,探索海上风电场的风机尾流损失变化规律。[方法]以华南地区某海上风电场为测试场址,选用PARK模型进行尾流模拟计算,对模型中的参数进行优化并进行实际发电量验证。[结果]结果表明:PARK模型用于海上风电场尾流模拟可以基本反映风机实际发电情况;在某风向上风机间距为7D情况下,主风向尾流损失在第2排后的分布规律呈现较为稳定的状态,约为首台风机的30%。[结论]PARK尾流模型能够较好的模拟近海风电场尾流损失和进行发电量计算,模型参数选择应根据项目实际情况进行敏感性测算。
关键词
海上风电场 尾流损失 风机排布
Keywords
offshore wind farm wake loss wind turbine layout
分类号
TK89
[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
TM614
[电气工程—电力系统及自动化]
