超聲波傳感器把每臺風(fēng)機變成測風(fēng)塔
發(fā)布時間:2019-02-22 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】如何精準(zhǔn)測風(fēng)?如何增功提效?如何優(yōu)化投資?這恐怕是每個風(fēng)電場業(yè)主和廠家都在琢磨的事情。本文介紹一個新技術(shù),或者是新方法,叫iSpin,或許是未來的趨勢,先了解一下吧。
iSpin超聲波傳感器可以代替原有的機艙風(fēng)速風(fēng)向儀,由于測風(fēng)角度為180度,可用于風(fēng)機控制和停機,不能用來啟機,因為從風(fēng)機后面吹來的風(fēng)感知不到,因此需要一個簡單的風(fēng)向標(biāo)配合。而且,安裝了iSpin超聲波傳感器的風(fēng)機就相當(dāng)于一個測風(fēng)塔,業(yè)主對所有風(fēng)機的運行數(shù)據(jù)可以有非常精準(zhǔn)的掌握,這可以使風(fēng)場運行更加智能。
超聲波并不是新技術(shù),但應(yīng)用于測風(fēng)是在2004年由丹麥科技大學(xué)教授發(fā)明的,2011年,ROMO wind 公司成立,并購買這項技術(shù)。2013年,IEC 61400-12-2標(biāo)準(zhǔn)將該技術(shù)列為風(fēng)場績效監(jiān)測技術(shù)。
ROMO Wind 是一個瑞士-丹麥科技公司,利用其專有的全球?qū)@鹖Spin技術(shù)為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)提供應(yīng)用服務(wù)和產(chǎn)品。ROMO Wind的總部設(shè)立在瑞士,技術(shù)和運營總部設(shè)立在丹麥。此外,ROMO在德國、西班牙、意大利、法國和英國都設(shè)有銷售辦事處。ROMO Wind 在美國的業(yè)務(wù)由Vestas非排他性代理?,F(xiàn)有客戶為所有歐洲的主要風(fēng)電場運營商,四個領(lǐng)先的整機商也已測試和批準(zhǔn)采用ROMO Wind的iSpin技術(shù)。
“風(fēng)能來自于對風(fēng)資源的掌握”
為了對風(fēng)機的性能進(jìn)行可靠的監(jiān)測,需要具備一定量的有關(guān)導(dǎo)入能量和風(fēng)力的知識。但是現(xiàn)有的風(fēng)機機艙的傳感器,安裝在風(fēng)機機艙的頂部位置,提供的風(fēng)力測量不夠準(zhǔn)確和可靠,對于風(fēng)機的性能監(jiān)測也不能做到準(zhǔn)確和可靠。因此很難實現(xiàn)風(fēng)機改進(jìn)或當(dāng)風(fēng)機性能下降時進(jìn)行干預(yù)。
與很多革命性的發(fā)明一樣,iSpin對于這個關(guān)鍵性行業(yè)難題的解決方法簡單而完美:iSpin 的風(fēng)力傳感器為超聲波傳感器,放置在風(fēng)機導(dǎo)流罩上,這里對測風(fēng)的干擾最小而且易于理解,可以完全糾正。這開辟了很多重要的工業(yè)應(yīng)用,構(gòu)成ROMO Wind的iSpin產(chǎn)品和服務(wù)的核心。
iSpin傳感器可以監(jiān)測如下諸多參數(shù),而且不受尾流和地形影響。
- 自由流風(fēng)速
- 偏向誤差
- 入流角度
- 湍流度
- 溫度
- 空氣密度(通過加裝空氣壓強傳感器)
- 風(fēng)向(通過加裝機艙風(fēng)向傳感器)
iSpin超聲波傳感器的標(biāo)定:
對超聲波傳感器的標(biāo)定有五個步驟,每種機型只需要標(biāo)定一次,傳遞函數(shù)即可應(yīng)用于不同地形風(fēng)場的同樣機型。
一是出廠時在無風(fēng)狀態(tài)下做標(biāo)定
二是風(fēng)洞標(biāo)定
三是在安裝時對安裝精度做標(biāo)定
四是根據(jù)導(dǎo)流罩形狀做標(biāo)定,將風(fēng)機偏航正負(fù)40度
五是測風(fēng)塔標(biāo)定,僅用于負(fù)荷曲線測量。
iSpin超聲波傳感器的安裝:
在整流罩前端,對稱安裝三個傳感器,可以完成所有參數(shù)的測量。安裝時間約為半天,但主要是用激光定位安裝孔,至于鉆孔和安裝只需10分鐘,安裝精度要求1.5厘米。
功率曲線測量和iSpin監(jiān)控原理
iSpin的一個關(guān)鍵性優(yōu)勢,除了它相對較低的成本和較低的維護(hù)要求,另一點是風(fēng)測量不受地形或附近風(fēng)機的尾流影響。因此,與機艙風(fēng)速計和前瞻性的測量技術(shù)如LiDAR相比,iSpin可以在整個風(fēng)電場的全生命周期中準(zhǔn)確并永久地測量所有地形的風(fēng)力并且保證100%的數(shù)據(jù)可用性。這適用于所有風(fēng)機相關(guān)部門無需對材料數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾,這一點獨一無二。這對于良好的風(fēng)功率曲線測量至關(guān)重要——iSpin還可以用于風(fēng)機控制。
iSpin真正獨特的地方,是可以對比各風(fēng)機之間對比功率曲線和偏航誤差測量,無論風(fēng)機是在同一風(fēng)電場或世界其他地區(qū)。原因是與機艙風(fēng)速計不同,即使在復(fù)雜的地形iSpin校準(zhǔn)也非常穩(wěn)固。iSpin測量的穩(wěn)定性如下所示。
每種風(fēng)機類型,iSpin僅需校準(zhǔn)一次,iSpin因此可以用于世界任何地方的任何風(fēng)電場的高度精確測量,以及對比所有其他相同類型風(fēng)機的功率曲線。由于iSpin應(yīng)用了十分穩(wěn)健的超聲波測量技術(shù),可以用于監(jiān)測特定風(fēng)機在整個全生命周期的性能測量和功率曲線監(jiān)控。ROMO把這個獨特的屬性稱為 “iSpin監(jiān)護(hù)” 理念,示意如下:
當(dāng)使用iSpin監(jiān)護(hù)(綠色曲線)時,只有真正出力表現(xiàn)不佳的風(fēng)機會被識別出來,而SCADA功率曲線(黃色曲線)不能提供一個準(zhǔn)確的風(fēng)機性能測量。
顯著改善風(fēng)機質(zhì)保和風(fēng)電場資產(chǎn)的可能性
當(dāng)前,風(fēng)機整機廠家的功率曲線保證是基于測風(fēng)塔數(shù)據(jù)的,對于風(fēng)電場業(yè)主來說可能并沒有多大意義。如果技術(shù)上可行,測風(fēng)塔驗證方法僅能用于一到三個風(fēng)電場的風(fēng)機。昂貴的測風(fēng)塔在特殊的地形和海上經(jīng)常不能使用,而且它們不適用于全生命周期的性能監(jiān)控,甚至只能應(yīng)用于一小部分的風(fēng)機。此外,ROMO還可以通過其五年風(fēng)電場“iSpin監(jiān)控”為整機商提供了顯著的競爭優(yōu)勢——不僅僅是在海上風(fēng)電。
風(fēng)電機一直被視為單獨運作的發(fā)電機;其實它們也可以與風(fēng)電場內(nèi)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)一起工作,它們對彼此的生產(chǎn)能力和負(fù)荷產(chǎn)生強烈影響。
最近,一些整機制造商,比如GE, Siemens 和Envision正著手建設(shè)數(shù)字化風(fēng)電場,通過引入先進(jìn)的自學(xué)軟件解決方案優(yōu)化風(fēng)機的交互,風(fēng)電場的生產(chǎn)和經(jīng)營,還有使用多個風(fēng)電場的數(shù)據(jù)優(yōu)化生產(chǎn)預(yù)測。這樣的數(shù)字解決方案在風(fēng)電行業(yè)顯然需要實時的高質(zhì)量風(fēng)能數(shù)據(jù)輸入,然而,由于上面提及的原因,目前來說是還不可能實現(xiàn)的。所有的數(shù)字模型需要高質(zhì)量的數(shù)據(jù)輸入來進(jìn)行函數(shù)優(yōu)化,否則其結(jié)果意義有限,如“垃圾入-垃圾出”。因為iSpin適用于在所有風(fēng)電場的風(fēng)機的永久和實時風(fēng)速測量,ROMO堅信iSpin能夠幫助促進(jìn)風(fēng)電行業(yè)的快速持續(xù)數(shù)字化,以及風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園的組合控制。
偏航誤差檢測和立即校正為業(yè)主提供了額外的年度能源產(chǎn)量(AEP)
在過去的幾年時間里,ROMO已經(jīng)完成了超過300多臺風(fēng)機,40種風(fēng)機型號,偏航誤差的測量。下面這個樣本,主要是基于隨機選擇的風(fēng)機,表明超過50%的風(fēng)機遭受過嚴(yán)重的偏航失調(diào)。
校正/監(jiān)測偏航誤差可以為業(yè)主帶來直接的收益,對應(yīng)于一個平均AEP增益為1.5-2%。對于一些類型的風(fēng)機,這個數(shù)據(jù)可以更高。
iSpin解決的行業(yè)難題可以直接與機艙電流傳感器以及下表中的機艙激光雷達(dá)做對比。目前唯一可用的其他技術(shù)——測風(fēng)塔,可以說在市場中沒有競爭力。
ROMO Wind 目前供應(yīng)歐洲和美國市場
ROMO目前提供風(fēng)電機升級改造服務(wù),包括iSpin用于功率曲線測量和/或檢測和協(xié)助校正偏航失調(diào)。作為測量方法,iSpin在測量期之后可以被刪除;或者iSpin提供長期的監(jiān)控服務(wù),iSpin傳感器安裝于風(fēng)電機內(nèi)并保留5-10年。在后一種情況下,業(yè)主支付iSpin的安裝費用,以及之后產(chǎn)生的的月度監(jiān)控費用和任何再現(xiàn)的失調(diào)警報。
在歐洲,ROMO產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于幾乎所有主要的公用事業(yè)和風(fēng)電場運營商。iSpin已經(jīng)被大型的陸上和海上風(fēng)電運營商測量和驗證,而且通過了國際知名檢測機構(gòu)如:DNV-GL, ECN和DTUWind Energy的審查和批準(zhǔn)。一些大型的公用事業(yè)客戶目前正在測試的不同階段,有些業(yè)主選擇在風(fēng)電場后續(xù)項目中逐步部署iSpin。
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