Con la aplicación e investigación de lidar de medición de viento en múltiples escenarios en la industria de la energía eólica durante muchos años, ya no es un producto desconocido para la industria de la energía eólica. Los ingenieros relacionados con la energía eólica elegirán el lidar de medición del viento como una herramienta importante para la medición del viento cuando estén trabajando. Gracias a los esfuerzos incansables de los fabricantes de lidar de medición de viento, los OEM de turbinas eólicas y los propietarios de energía eólica, el precio del lidar de medición de viento se ha reducido considerablemente en comparación con hace unos años, lo que también ha llevado a un aumento significativo en la capacidad de mercado de viento lídar de medición. Según estadísticas incompletas, en 2020, la industria nacional de energía eólica entregó más de 150 lidars de medición de viento en tierra y casi 1000 lidars de medición de viento montados en góndolas. Hace cinco años, las cifras correspondientes eran menos de 10 unidades y menos de 5 unidades. El crecimiento de la capacidad del mercado también ha optimizado la cadena industrial de lidar de medición de viento y las capacidades de desarrollo de productos de los fabricantes de lidar. Estos cambios continuarán alimentando el mercado, y el precio del lidar de medición de viento se reducirá aún más en el futuro, lo que seguramente formará una tendencia para que el lidar de viento contribuya significativamente al objetivo de "carbono cero".
Aplicación de Wind LiDARs en diferentes etapas de proyectos eólicos
| Prospección de Proyectos | Diseño y Evaluación | Operación | Reacondicionamiento / reventa de un antiguo parque eólico | |
| Evaluación del recurso eólico | Evaluación de la Inversión |
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| Evaluación del rendimiento de aerogeneradores |
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| Control y optimización de carga |
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En la actualidad, existen dos rutas técnicas principales para el lidar de medición de viento en el mercado, a saber, la detección coherente pulsada y la detección coherente continua. Los formularios de solicitud incluyen lidar de medición de viento en tierra, lidar de medición de viento montado en góndola y lidar de escaneo 3D. Este documento analiza principalmente la aplicación de detección coherente pulsada en la industria de la energía eólica. El principio de medición del Lidar de viento de detección coherente pulsado es el siguiente: el láser genera una señal de luz y la transmite al aire para medirla a través de la antena óptica y el mecanismo de escaneo, e interactúa con las partículas de aerosol en él para generar una señal retrodispersada que contiene su información de velocidad. Se puede saber por el principio Doppler que el cambio de frecuencia Doppler fd de la señal de eco es proporcional a la velocidad de movimiento de las partículas de aerosol (es decir, la velocidad del viento), por lo que la señal retrodispersada recibida por la antena óptica pasa a través del local. oscilador generado por el láser de fibra en el sistema. La frecuencia de batido óptico y la demodulación digital se pueden procesar para obtener la velocidad del viento radial. El mecanismo de exploración controla la dirección de emisión del láser, la frecuencia de emisión y el número de haces periódicos, y luego construye un modelo espacio-temporal, bajo el cual la velocidad del viento radial en el período se sintetiza en la velocidad del viento objetivo. Por ejemplo, el lidar de viento terrestre Molas B300 adopta el método de escaneo VAD para obtener la velocidad del viento del vector espacial a través de 4 haces y luego obtener la velocidad del viento horizontal, la dirección del viento y la velocidad del viento vertical.
El lidar de medición de viento en tierra es la primera forma de aplicación en la industria de la energía eólica. Su aparición ha reemplazado parte del mercado de torres de medición de viento y compensado el trabajo que algunas torres de medición de viento no pueden completar.
En comparación con las torres eólicas, Wind Lidar tiene las siguientes ventajas:
#1 de largo alcance
Puede medir hasta 300 m, lo que puede cubrir todo el rotor del aerogenerador
Implementación flexible #2
Fácil de instalar y se puede utilizar de forma repetitiva.
#3 Configuración rápida
Se puede configurar el mismo día y comenzar a obtener los datos del viento al mismo tiempo.
#4 Desarrollo amigable
Menor uso de la tierra, y puede ser fácilmente aceptado por el gobierno local, las autoridades y los residentes.
#5 Riesgo de seguridad bajo
Mucho menos trabajo de construcción, sin riesgo de trabajo en altura
#6 Adaptable al entorno
Puede funcionar entre -40 ℃ y 50 ℃, y bajo nieve o clima helado
Con el establecimiento del estándar internacional para lidar de medición de viento en tierra (IEC61400-12-1), la certificación y prueba de organizaciones autorizadas de terceros, y una gran cantidad de aplicaciones e investigaciones en la industria de la energía eólica, su precisión de medición ha sido ampliamente reconocido en la industria, y cada vez más OEM, organizaciones de terceros y propietarios lo utilizan en todas las etapas de la construcción de parques eólicos. Las principales aplicaciones incluyen: evaluación de recursos eólicos, pruebas de curvas de potencia, predicción de energía eólica, pruebas de carga, etc.
1) Evaluación del recurso eólico
En la etapa de selección del sitio macro del parque eólico, el uso de lidar de medición de viento para la medición de viento a corto plazo puede decidir rápidamente si continuar con la inversión del proyecto, ahorrando tiempo y costos y reduciendo el riesgo del proyecto con los medios más económicos.
En la etapa de microubicación, el uso de la medición del viento a corto plazo lidar de medición del viento combinada con los datos de la torre eólica puede simular con mayor precisión los recursos eólicos de todo el parque eólico, especialmente los recursos eólicos del sitio de la turbina eólica, lo que puede evitar efectivamente el riesgo de inversión de una sola unidad, calcular con precisión los ingresos de generación de energía y garantizar las características de seguridad de la unidad.
Con el rápido desarrollo de la energía eólica marina, la evaluación del recurso eólico marino se ha convertido en una necesidad urgente en la industria, mientras que la torre eólica marina tradicional tiene las desventajas de un costo elevado, procedimientos de aprobación complicados, un largo período de construcción, etc. La medición del viento LiDAR se ha convertido en la primera opción para la medición de la energía eólica marina. A diferencia de la medición del viento en tierra, lidar en la medición del viento marino debe tener un soporte físico correspondiente, los soportes actuales son una plataforma fija y una boya de dos formas, de las cuales la plataforma se refiere al soporte fijo existente, como plataforma de perforación petrolera, faro, impulso estación, etc., la inversión en la medición del viento en la plataforma marina es pequeña, pero no se pueden buscar los recursos de la plataforma, la boya como portador (Flidar) se ha convertido en la forma principal de la medición actual del viento en el mar. IEAWind TCP TASK32 está desarrollando estándares relacionados con Flidar, y la introducción de estándares relacionados ayudará al uso de especificaciones de Flidar y al desarrollo de tecnologías relacionadas. Como un recurso relativamente importante del país, la seguridad y confiabilidad de sus datos es particularmente importante, y la localización del lidar de medición de viento que lleva Flidar se convertirá en una importante tendencia de desarrollo.
2) prueba de curva de potencia
De acuerdo con las disposiciones de IEC61400-12, el estándar de verificación de la curva de potencia de la turbina eólica emitido por la Comisión Electrotécnica Internacional, la medición de la curva de potencia de la turbina eólica debe ser realizada por la torre eólica, y la distancia entre su posición y el grupo electrógeno debe ser de 2 a 4 veces el diámetro del aerogenerador, y la torre de medición de viento debe estar ubicada en el sector de medición seleccionado. Sin embargo, después de completar la construcción del parque eólico, la ubicación original de la torre eólica construida es difícil de cumplir con los requisitos de la prueba de la curva de potencia, y habrá muchas restricciones en la nueva torre eólica, incluido el terreno, la adquisición de terrenos, el ciclo de construcción, precio, etc., lo que dificulta la realización de la prueba de la curva de potencia. En la revisión de 2017 del estándar IEC61400-12, el lidar de medición de viento se incluye en la lista de equipos que se pueden usar para la prueba de curva de potencia, debido al despliegue flexible del lidar de medición de viento y otras características de la prueba de curva de potencia en un fácil implementación del proyecto, ha sido DNVGL, Windguard y otras autoridades técnicas para aplicaciones de pruebas prácticas.
3) pronóstico de energía eólica
Para garantizar la operación segura y estable del sistema eléctrico, implementar la política nacional de energía renovable y estandarizar la gestión del despacho y la operación de energía eólica conectada a la red, todos los parques eólicos conectados a la red deben tener la capacidad de pronosticar la energía eólica. , y llevar a cabo pronósticos y pronósticos de energía eólica según sea necesario. El método tradicional de medición del viento para la predicción de la energía eólica consiste en construir una torre de medición del viento dentro de los 5 km del parque eólico, que no se vea afectada por la estela del parque eólico y en el viento dominante del parque eólico. Debido al problema de que la torre eólica se congela en invierno, es propensa a accidentes de colapso, existen graves riesgos de seguridad y es fácil provocar una evaluación de la red después de la interrupción de los datos. La construcción de torres eólicas también tiene procedimientos complejos de adquisición de terrenos, largos períodos de construcción, alto costo y difícil mantenimiento. Con una gran altura de medición del viento, una huella pequeña, un período de construcción corto, alta confiabilidad y sin riesgo de colapso, lidar ha demostrado gradualmente sus ventajas en los sistemas de predicción de energía. En función de las características del lidar pequeño y seguro, si las condiciones lo permiten, el propietario puede optar por implementar el lidar en la estación de refuerzo, ya sea que se trate de procedimientos de construcción o mantenimiento, en comparación con la torre eólica tiene ventajas obvias, especialmente la estación de elevación del mar, el uso de lidar en lugar de los beneficios económicos de la torre eólica son más destacados.
A diferencia del alto grado de superposición entre las funciones del lidar de medición del viento en tierra y la torre eólica, el lidar de medición del viento de la góndola es una nueva aplicación en la industria de la energía eólica, que puede medir la velocidad del viento frente a la turbina eólica. pala sin verse afectada por la turbulencia de la pala, y las aplicaciones principales incluyen: control de avance, corrección de guiñada y prueba de curva de potencia.
1) control anticipativo
El control de avance es la principal aplicación de lidar de góndola. En la actualidad, más de 1500 unidades en todo el mundo han conectado el lidar de viento de la góndola al sistema de control de la turbina eólica. Y más de 90% de lidars de viento de góndola tienen no menos de 4 haces debido al hecho de que más haces pueden obtener información de flujo entrante más rica frente a la pala y luego simular la velocidad del viento de toda la superficie del rotor.
El control anticipativo basado en el lidar de viento de la góndola permite:
(1) guiñadas inteligentes para aumentar la generación de energía de la unidad en más de 2%.
(2) reducir la carga de fatiga, reducir las fluctuaciones de velocidad del rotor y las fluctuaciones de potencia
(3) realizar el último control de la condición del viento y reducir la carga límite
(4) realizar un control complejo de la condición del viento y reducir el riesgo de operación de la turbina eólica
(5) control adaptativo de las condiciones del viento, despliegue flexible de estrategias de control según las condiciones del viento
(6) el control de red de turbinas múltiples de parques eólicos reduce el impacto de la estela en todo el parque eólico y aumenta la generación de energía de todo el parque eólico.
Afectado por muchos factores, la popularidad del lidar de viento de góndola en la turbina eólica está lejos de alcanzar las expectativas, en los últimos años, casi todos los OEM de aerogeneradores han expresado un gran interés en la tecnología de control de avance basado en lidar de viento de góndola y comenzaron las pruebas correspondientes y Estudios, con la profundización de la investigación y el control de los costos de lidar de viento de góndola, el mercado de lidar de viento de góndola mejorará enormemente e incluso se convertirá en los componentes estándar de las turbinas eólicas.
2) corrección de guiñada
El uso de lidar de viento de góndola puede lograr dos modos de guiñada, el primer modo es el lidar de viento de góndola antes mencionado en el sistema de control principal de la turbina eólica, para lograr el control de guiñada en tiempo real; el segundo es instalar el lidar de viento de la góndola en la turbina eólica durante un período de tiempo (principalmente alrededor de un mes) para recopilar la información de desviación entre la orientación de la turbina y la dirección del viento, desmontar el lidar de viento de la góndola después de la medición, calcular la desviación de la orientación de la unidad a través de los datos lidar del viento de la góndola, y corregir el valor de desviación en el sistema de control de la turbina eólica, para lograr el propósito de la corrección de guiñada. El modo 1 debe cooperar con la estrategia de control de la turbina eólica para lograr los objetivos de guiñada, mientras que el radar de la góndola en el modo 2 no necesita estar conectado al sistema de control principal, que es más fácil de implementar, por lo que el modo 2 se ha convertido en la primera opción para muchos clientes.
3) prueba de curva de potencia
El estándar IEC61400-12 propone utilizar el diámetro del impulsor de 2 a 4 veces la velocidad del viento para el cálculo de la curva de potencia, y el rango de lidar de viento de góndola común para el control de avance es inferior a 200 m, y para poder medir todo velocidad del viento de la superficie del rotor, su ángulo de tensión del haz superior e inferior es demasiado grande, incluso si se puede medir el diámetro del rotor de 2-4 veces la velocidad del viento, su velocidad de viento sintética y la velocidad del viento real tendrán una gran desviación. Por lo tanto, se requería un lidar de viento de góndola adecuado para las pruebas de curva de potencia. El Molas NL400 presentado por Movelaser se ha mejorado en el lidar de viento original de la góndola, y su rango de medición se ha actualizado a 400 m, que puede medir fácilmente la velocidad del viento en el diámetro de la unidad de 2 a 4 veces el diámetro del rotor. Los ángulos de tensión superior e inferior se cambiaron a 10° para garantizar la precisión de la velocidad del viento a largas distancias. El estándar actual IEC61400-50-3 sobre lidar de viento de góndola para pruebas de curva de potencia se está preparando y se espera que se promulgue en 2022. Se ha hecho público un método de prueba de curva de potencia basado en lidar de viento de góndola, escrito bajo los auspicios de DTU. .
Dado que el radar de cabina está instalado en la unidad y ha estado acompañado por la rotación de la turbina, en comparación con el uso de torre eólica o radar terrestre para la prueba de curva de potencia, el sector de datos disponibles no se ve afectado por la dirección del viento, y los datos de velocidad del viento de cada sección de velocidad del viento se pueden recopilar en un tiempo más corto. Para áreas donde no se pueden erigir o instalar torres o radares terrestres en áreas montañosas y mares, las ventajas de usar lidar de góndola para probar la curva de potencia son más obvias.
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