Com a aplicação e pesquisa do lidar de medição de vento em vários cenários no setor de energia eólica por muitos anos, não é mais um produto desconhecido para o setor de energia eólica. Os engenheiros relacionados à energia eólica escolherão o lidar de medição de vento como uma ferramenta importante para medição de vento quando estiverem trabalhando. Graças aos esforços incessantes dos fabricantes lidar de medição de vento, OEMs de turbinas eólicas e proprietários de energia eólica, o preço do lidar de medição de vento foi bastante reduzido em comparação com alguns anos atrás, o que também levou a um aumento significativo na capacidade de mercado de energia eólica. medição lidar. De acordo com estatísticas incompletas, em 2020, a indústria nacional de energia eólica forneceu mais de 150 lidars de medição de vento terrestres e quase 1.000 lidars de medição de vento montados em nacele. Há cinco anos, os números correspondentes eram inferiores a 10 unidades e inferiores a 5 unidades. O crescimento da capacidade do mercado também otimizou a cadeia industrial de medição de vento lidar e os recursos de desenvolvimento de produtos dos fabricantes de lidar. Essas mudanças continuarão a alimentar o mercado, e o preço da medição de vento lidar será ainda mais reduzido no futuro, o que deve formar uma tendência para a eólica Lidar contribuir significativamente para a meta de “Zero Carbon”.
Aplicação de Wind LiDARs em diferentes estágios de projetos eólicos
| Prospecção de Projetos | Projeto e Avaliação | Operação | Retrofit/Revenda de Antigo Parque Eólico | |
| Avaliação de recursos eólicos | Avaliação de Investibilidade |
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| Avaliação de desempenho da turbina eólica |
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| Controle de carga e otimização |
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Atualmente, existem duas principais rotas técnicas para medição de vento lidar no mercado, a saber, detecção coerente pulsada e detecção coerente contínua. Os formulários de aplicação incluem o lidar de medição de vento baseado em terra, o lidar de medição de vento montado na nacele e o lidar de varredura 3D. Este artigo discute principalmente a aplicação de detecção coerente pulsada na indústria de energia eólica. O princípio de medição da detecção coerente pulsada do vento Lidar é o seguinte: o laser gera um sinal de luz e o transmite para o ar a ser medido através da antena óptica e do mecanismo de varredura, e interage com as partículas de aerossol nele para gerar um sinal retroespalhado contendo sua informações de velocidade. Pode ser conhecido pelo princípio Doppler que o deslocamento de frequência Doppler fd do sinal de eco é proporcional à velocidade de movimento das partículas de aerossol (ou seja, a velocidade do vento), de modo que o sinal retroespalhado recebido pela antena óptica passa pelo local. oscilador gerado pelo laser de fibra no sistema. A frequência de batimento óptico e a demodulação digital podem ser processadas para obter a velocidade radial do vento. O mecanismo de varredura controla a direção de emissão do laser, a frequência de emissão e o número de feixes periódicos e, em seguida, constrói um modelo espaço-temporal, sob o qual a velocidade do vento radial no período é sintetizada na velocidade do vento alvo. Por exemplo, o Lidar de vento terrestre Molas B300 adota o método de varredura VAD para obter a velocidade do vento do vetor espacial através de 4 feixes e, em seguida, obter a velocidade do vento horizontal, direção do vento e velocidade do vento vertical.
O lidar de medição de vento baseado em terra é a forma de aplicação mais antiga na indústria de energia eólica. Seu surgimento substituiu parte do mercado de torres de medição de vento e compensou o trabalho que algumas torres de medição de vento não conseguem concluir.
Comparado com as torres eólicas, o vento Lidar tem as seguintes vantagens:
#1 Longo Alcance
Pode medir até 300m, que pode cobrir todo o rotor da turbina eólica
Implantação flexível #2
Fácil de instalar e pode ser usado repetidamente
#3 Configuração Rápida
Pode ser configurado no mesmo dia e começar a obter os dados do vento ao mesmo tempo.
#4 amigável ao desenvolvimento
Menor uso da terra e pode ser facilmente aceito pelo governo local, autoridades e moradores
#5 Baixo Risco de Segurança
Muito menos trabalho de construção, nenhum trabalho em risco de altura
#6 Adaptativo ao Ambiente
Pode funcionar entre -40 ℃ e 50 ℃, e sob neve ou tempo congelado
Com o estabelecimento do padrão internacional para medição de vento em terra lidar (IEC61400-12-1), a certificação e testes de organizações autorizadas de terceiros e um grande número de aplicações e pesquisas no setor de energia eólica, sua precisão de medição tem sido amplamente reconhecido na indústria, e mais e mais OEMs, organizações de terceiros e proprietários o utilizam em todas as etapas da construção de parques eólicos. As principais aplicações incluem: avaliação de recursos eólicos, teste de curva de potência, previsão de energia eólica, teste de carga, etc.
1) Avaliação de recursos eólicos
No estágio de seleção de macro local do parque eólico, o uso do lidar de medição de vento para medição de vento de curto prazo pode decidir rapidamente se deve continuar o investimento do projeto, economizando tempo e custo e reduzindo o risco do projeto com os meios mais econômicos.
No estágio de micro-localização, o uso de medição de vento lidar com medição de vento de curto prazo combinado com dados de torre eólica pode simular com mais precisão os recursos eólicos de todo o parque eólico, especialmente os recursos eólicos do local da turbina eólica, o que pode efetivamente evitar o risco de investimento de uma única unidade, calcular com precisão a receita de geração de energia e garantir as características de segurança da unidade.
Com o rápido desenvolvimento da energia eólica offshore, a avaliação dos recursos eólicos offshore tornou-se uma necessidade urgente na indústria, enquanto a torre eólica offshore tradicional tem as desvantagens de custo caro, procedimentos de aprovação complicados, longo período de construção, etc. a primeira escolha para medição de vento offshore. Diferente da medição de vento onshore, o lidar na medição de vento marítimo precisa ter uma transportadora física correspondente, as transportadoras atuais são plataforma fixa e bóia de duas formas, das quais a plataforma se refere à transportadora fixa existente, como plataforma de perfuração de petróleo, farol, impulso estação, etc., o investimento em medição de vento em plataforma offshore é pequeno, mas os recursos da plataforma não podem ser procurados, bóia como transportadora (Flidar) tornou-se a forma principal de medição de vento offshore atual. O IEAWind TCP TASK32 está desenvolvendo padrões relacionados ao Flidar, e a introdução de padrões relacionados ajudará o uso de especificações do Flidar e o desenvolvimento de tecnologias relacionadas. Como um recurso relativamente importante do país, a segurança e a confiabilidade de seus dados são particularmente importantes, e a localização do lidar de medição de vento realizado pela Flidar se tornará uma grande tendência de desenvolvimento.
2) teste de curva de potência
De acordo com as disposições da IEC61400-12, o padrão de verificação da curva de potência do aerogerador emitido pela Comissão Eletrotécnica Internacional, a medição da curva de potência do aerogerador deve ser feita pela torre eólica, e a distância entre sua posição e o grupo gerador deve deve ser de 2 a 4 vezes o diâmetro do aerogerador, e a torre de medição do vento deve estar localizada no setor de medição selecionado. No entanto, após a conclusão da construção do parque eólico, a localização original da torre eólica construída é difícil de atender aos requisitos do teste de curva de potência, e haverá muitas restrições na nova torre eólica, incluindo terreno, aquisição de terreno, ciclo de construção, preço, etc., o que dificulta a implementação do teste de curva de potência. Na revisão de 2017 da norma IEC61400-12, o lidar de medição de vento está incluído na lista de equipamentos que podem ser usados para testes de curva de potência, devido à implantação flexível do lidar de medição de vento e outras características do teste de curva de potência em um fácil implementação do projeto, foi DNVGL, Windguard e outras autoridades técnicas para aplicações de testes práticos.
3) previsão de energia eólica
Para garantir a operação segura e estável do sistema de energia, implementar a política nacional de energia renovável e padronizar a gestão do despacho e operação de energia eólica conectada à rede, todos os parques eólicos conectados à rede devem ter a capacidade de prever a energia eólica , e realizar previsão e previsão de energia eólica conforme necessário. O método tradicional de medição de vento de previsão de energia eólica é construir uma torre de medição de vento dentro de 5 km do parque eólico, não afetada pela esteira do parque eólico e no vento dominante do parque eólico. Devido ao problema de que a torre eólica congela no inverno, é propensa a acidentes de colapso, há sérios riscos de segurança e é fácil causar avaliação da rede após a interrupção dos dados. A construção de torres eólicas também possui procedimentos complexos de aquisição de terrenos, longo período de construção, alto custo e difícil manutenção. Com grande altura de medição de vento, pequena área ocupada, curto período de construção, alta confiabilidade e sem risco de colapso, o lidar tem mostrado gradualmente suas vantagens em sistemas de previsão de energia. Com base nas características do lidar pequeno e seguro, se as condições permitirem, o proprietário pode optar por implantar o lidar na estação de reforço, seja em procedimentos de construção ou manutenção, em comparação com a torre eólica tem vantagens óbvias, especialmente a estação de elevação do mar, o uso do lidar em vez dos benefícios econômicos da torre eólica são mais proeminentes.
Diferente do alto grau de sobreposição entre as funções do lidar de medição de vento terrestre e da torre eólica, o lidar de medição de vento de nacele é uma nova aplicação na indústria de energia eólica, que pode medir a velocidade do vento na frente da turbina eólica lâmina sem ser afetado pela turbulência da lâmina, e as principais aplicações incluem: controle feed-forward, correção de guinada e teste de curva de potência.
1) controle antecipado
O controle feed-forward é a principal aplicação do lidar nacele. Atualmente, mais de 1.500 unidades em todo o mundo conectaram a nacelle wind lidar ao sistema de controle da turbina eólica. E mais de 90% de nacelle wind lidars estão com nada menos que 4 feixes devido ao fato de que mais feixes podem obter informações de fluxo de entrada mais ricas na frente da pá e, em seguida, simular a velocidade do vento de toda a superfície do rotor.
O controle feed-forward baseado em nacelle wind lidar permite:
(1) as guinadas inteligentes para aumentar a geração de energia da unidade em mais de 2%.
(2) reduzir a carga de fadiga, reduzir as flutuações de velocidade do rotor e flutuações de energia
(3) realizar o controle final da condição do vento e reduzir a carga limite
(4) realizar o controle complexo da condição do vento e reduzir o risco de operação da turbina eólica
(5) controle adaptativo das condições do vento, implantação flexível de estratégias de controle de acordo com as condições do vento
(6) o controle de rede multiturbina de parques eólicos reduz o impacto da esteira em todo o parque eólico e aumenta a geração de energia de todo o parque eólico.
Afetada por muitos fatores, a popularidade do nacelle wind lidar na turbina eólica está longe de atingir as expectativas, nos últimos anos, quase todos os OEMs de turbinas eólicas expressaram forte interesse na tecnologia de controle feed-forward baseada no nacelle wind lidar e começaram os testes correspondentes e estudos, com o aprofundamento da pesquisa e controle dos custos de nacelle wind lidar, o mercado de nacelle wind lidar será bastante aprimorado e até se tornará os componentes padrão das turbinas eólicas.
2) correção de guinada
O uso de nacelle wind lidar pode alcançar dois modos de guinada, o primeiro modo é o nacelle wind lidar no sistema de controle principal da turbina eólica, para obter o controle de guinada em tempo real; a segunda é instalar a nacelle wind lidar na turbina eólica por um período de tempo (principalmente cerca de um mês) para coletar as informações de desvio entre a orientação da turbina e a direção do vento, desmontar a nacelle wind lidar após a medição, calcular o desvio da orientação da unidade através dos dados de lidar de vento da nacele e corrigir o valor de desvio no sistema de controle da turbina eólica, de modo a atingir o objetivo de correção de guinada. O modo 1 precisa cooperar com a estratégia de controle da turbina eólica para atingir os objetivos de guinada, enquanto o radar da nacele no modo 2 não precisa ser conectado ao sistema de controle principal, que é mais fácil de implementar, então o modo 2 se tornou a primeira escolha para muitos clientes.
3) teste de curva de potência
A norma IEC61400-12 propõe usar o diâmetro do impulsor de 2 a 4 vezes a velocidade do vento para cálculo da curva de potência, e a faixa de controle de alimentação do vento nacele comum para controle de alimentação é inferior a 200m, e para poder medir todo o velocidade do vento na superfície do rotor, seu ângulo de tensão do feixe superior e inferior é muito grande, mesmo que o diâmetro do rotor de 2-4 vezes a velocidade do vento possa ser medido, sua velocidade do vento sintético e a velocidade do vento real terão um grande desvio. Portanto, era necessário um lidar de vento de nacele adequado para testes de curva de potência. O Molas NL400 introduzido pela Movelaser foi aprimorado na nacelle wind lidar original e seu alcance de medição foi atualizado para 400m, o que pode medir facilmente a velocidade do vento no diâmetro da unidade de 2 a 4 vezes o diâmetro do rotor. Os ângulos de tensão superior e inferior foram alterados para 10° para garantir a precisão da velocidade do vento em longas distâncias. O padrão atual IEC61400-50-3 sobre nacelle wind lidar para testes de curva de potência está sendo preparado e deve ser promulgado em 2022. Um método de teste de curva de potência baseado em nacelle wind lidar, escrito sob os auspícios da DTU, foi tornado público .
Como o radar de cabine está instalado na unidade e tem sido acompanhado pela rotação da turbina, em comparação com o uso de torre eólica ou radar terrestre para teste de curva de potência, os dados disponíveis do setor não são afetados pela direção do vento, e os dados de velocidade do vento de cada seção de velocidade do vento podem ser coletados em um tempo menor. Para áreas onde torres ou radares terrestres não podem ser erguidos ou instalados em áreas montanhosas e mares, as vantagens de usar nacelle lidar para testes de curva de potência são mais óbvias.
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