Avec l'application et la recherche du lidar de mesure du vent dans de multiples scénarios dans l'industrie éolienne depuis de nombreuses années, ce n'est plus un produit inconnu pour l'industrie éolienne. Les ingénieurs liés à l'énergie éolienne choisiront le lidar de mesure du vent comme un outil important pour la mesure du vent lorsqu'ils travaillent. Grâce aux efforts inlassables des fabricants de lidar de mesure du vent, des équipementiers d'éoliennes et des propriétaires d'énergie éolienne, le prix du lidar de mesure du vent a été considérablement réduit par rapport à il y a quelques années, ce qui a également entraîné une augmentation significative de la capacité du marché du vent. Lidar de mesure. Selon des statistiques incomplètes, en 2020, l'industrie éolienne nationale a livré plus de 150 lidars de mesure du vent au sol et près de 1 000 lidars de mesure du vent montés sur nacelle. Il y a cinq ans, les chiffres correspondants étaient inférieurs à 10 unités et inférieurs à 5 unités. La croissance de la capacité du marché a également optimisé la chaîne industrielle du lidar de mesure du vent et les capacités de développement de produits des fabricants de lidar. Ces changements continueront d'alimenter le marché et le prix du lidar de mesure du vent sera encore abaissé à l'avenir, ce qui devrait former une tendance pour le Lidar éolien contribuant de manière significative à l'objectif « zéro carbone ».
Application des LiDAR éoliens à différentes étapes du projet éolien
| Prospection de projet | Conception et évaluation | Opération | Rénovation / Revente d'un ancien parc éolien | |
| Évaluation des ressources éoliennes | Évaluation de l'investissabilité |
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| Évaluation des performances des éoliennes |
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| Contrôle et optimisation de la charge |
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À l'heure actuelle, il existe deux voies techniques principales pour le lidar de mesure du vent sur le marché, à savoir la détection cohérente pulsée et la détection cohérente continue. Les formulaires de demande comprennent un lidar de mesure du vent au sol, un lidar de mesure du vent monté sur nacelle et un lidar à balayage 3D. Cet article traite principalement de l'application de la détection cohérente pulsée dans l'industrie éolienne. Le principe de mesure du Lidar de vent à détection cohérente pulsée est le suivant : le laser génère un signal lumineux et le transmet dans l'air à mesurer via l'antenne optique et le mécanisme de balayage, et interagit avec les particules d'aérosol qu'il contient pour générer un signal rétrodiffusé contenant son informations de vitesse. On peut savoir d'après le principe Doppler que le décalage de fréquence Doppler fd du signal d'écho est proportionnel à la vitesse de déplacement des particules d'aérosol (c'est-à-dire la vitesse du vent), de sorte que le signal rétrodiffusé reçu par l'antenne optique passe à travers le local oscillateur généré par le laser à fibre dans le système. La fréquence de battement optique et la démodulation numérique peuvent être traitées pour obtenir la vitesse radiale du vent. Le mécanisme de balayage contrôle la direction d'émission laser, la fréquence d'émission et le nombre de faisceaux périodiques, puis construit un modèle espace-temps, sous lequel la vitesse radiale du vent dans la période est synthétisée dans la vitesse du vent cible. Par exemple, le lidar éolien au sol Molas B300 adopte la méthode de balayage VAD pour obtenir la vitesse du vent vectoriel spatial à travers 4 faisceaux, puis obtenir la vitesse horizontale du vent, la direction du vent et la vitesse verticale du vent.
Le lidar de mesure du vent au sol est la première forme d'application dans l'industrie de l'énergie éolienne. Son émergence a remplacé une partie du marché des mâts de mesure du vent et a compensé les travaux que certaines mâts de mesure du vent ne pouvaient pas mener à bien.
Par rapport aux tours éoliennes, le Lidar éolien présente les avantages suivants :
#1 longue portée
Peut mesurer jusqu'à 300 m, ce qui peut couvrir tout le rotor de l'éolienne
Déploiement flexible #2
Facile à installer et peut être utilisé de manière répétitive
Configuration rapide #3
Peut être configuré le même jour et commencer à obtenir les données de vent en même temps.
#4 Convivial pour le développement
Faible utilisation des terres, et peut être facilement accepté par le gouvernement local, les autorités et les résidents
#5 Faible risque de sécurité
Beaucoup moins de travaux de construction, pas de risque de travail en hauteur
Adaptation à l'environnement #6
Peut fonctionner entre -40 ℃ et 50 ℃, et sous la neige ou par temps gelé
Avec l'établissement de la norme internationale pour le lidar de mesure du vent au sol (IEC61400-12-1), la certification et les tests d'organismes tiers faisant autorité, et un grand nombre d'applications et de recherches dans l'industrie de l'énergie éolienne, sa précision de mesure a été largement reconnu dans l'industrie, et de plus en plus d'équipementiers, d'organisations tierces et de propriétaires l'utilisent à toutes les étapes de la construction d'un parc éolien. Les principales applications comprennent : l'évaluation des ressources éoliennes, les tests de courbe de puissance, la prévision de l'énergie éolienne, les tests de charge, etc.
1) Évaluation des ressources éoliennes
Dans l'étape de sélection du site macro du parc éolien, l'utilisation du lidar de mesure du vent pour la mesure du vent à court terme peut rapidement décider de poursuivre l'investissement du projet, d'économiser du temps et de l'argent et de réduire les risques du projet avec les moyens les plus économiques.
Au stade de la micro-implantation, l'utilisation de la mesure du vent à court terme lidar de mesure du vent combinée aux données de la tour éolienne peut simuler plus précisément les ressources éoliennes de l'ensemble du parc éolien, en particulier les ressources éoliennes du site de l'éolienne, ce qui peut efficacement éviter le risque d'investissement d'une seule unité, calculer avec précision le revenu de production d'électricité et assurer les caractéristiques de sécurité de l'unité.
Avec le développement rapide de l'énergie éolienne offshore, l'évaluation des ressources éoliennes offshore est devenue un besoin urgent dans l'industrie, tandis que la tour éolienne offshore traditionnelle présente les inconvénients d'un coût élevé, de procédures d'approbation compliquées, d'une longue période de construction, etc. La mesure du vent LiDAR est devenue le premier choix pour la mesure du vent offshore. Différent de la mesure du vent terrestre, le lidar dans la mesure du vent marin doit avoir un support physique correspondant, les supports actuels sont une plate-forme fixe et une bouée de deux formes, dont la plate-forme fait référence au support fixe existant tel qu'une plate-forme de forage pétrolier, phare, boost station, etc., l'investissement dans la mesure du vent de la plate-forme offshore est faible mais les ressources de la plate-forme ne peuvent pas être recherchées, la bouée en tant que transporteur (Flidar) est devenue la forme courante de mesure actuelle du vent offshore. IEAWind TCP TASK32 développe des normes liées à Flidar, et l'introduction de normes connexes aidera à la spécification de l'utilisation de Flidar et au développement de technologies connexes. En tant que ressource relativement importante du pays, la sécurité et la fiabilité de ses données sont particulièrement importantes, et la localisation du lidar de mesure du vent porté par Flidar deviendra une tendance majeure de développement.
2) essai de courbe de puissance
Selon les dispositions de la norme IEC61400-12, la norme de vérification de la courbe de puissance de l'éolienne émise par la Commission électrotechnique internationale, la mesure de la courbe de puissance de l'éolienne doit être effectuée par la tour éolienne, et la distance entre sa position et le groupe électrogène doit être de 2 à 4 fois le diamètre de l'éolienne et la tour de mesure du vent doit être située dans le secteur de mesure choisi. Cependant, après l'achèvement de la construction du parc éolien, l'emplacement de la tour éolienne d'origine est difficile à satisfaire aux exigences du test de courbe de puissance, et il y aura de nombreuses restrictions sur la nouvelle tour éolienne, y compris le terrain, l'acquisition de terrains, le cycle de construction, prix, etc., ce qui rend plus difficile la mise en œuvre du test de la courbe de puissance. Dans la révision 2017 de la norme IEC61400-12, le lidar de mesure du vent est inclus dans la liste des équipements pouvant être utilisés pour les tests de courbe de puissance, en raison du déploiement flexible du lidar de mesure du vent et d'autres caractéristiques du test de courbe de puissance dans un mise en œuvre facile du projet, a été DNVGL, Windguard et d'autres autorités techniques pour des applications de tests pratiques.
3) prévision de l'énergie éolienne
Afin d'assurer le fonctionnement sûr et stable du système électrique, de mettre en œuvre la politique nationale des énergies renouvelables et de normaliser la gestion de la distribution et de l'exploitation de l'énergie éolienne connectée au réseau, tous les parcs éoliens connectés au réseau doivent avoir la capacité de prévoir l'énergie éolienne , et effectuer des prévisions et des prévisions d'énergie éolienne au besoin. La méthode traditionnelle de mesure du vent pour la prévision de l'énergie éolienne consiste à construire une tour de mesure du vent à moins de 5 km du parc éolien, non affectée par le sillage du parc éolien et dans le vent dominant du parc éolien. En raison du problème de gel de la tour éolienne en hiver, elle est sujette à des accidents d'effondrement, il existe de graves risques pour la sécurité et il est facile de provoquer une évaluation du réseau après une interruption des données. La construction de tours éoliennes implique également des procédures complexes d'acquisition de terrains, une longue période de construction, un coût élevé et un entretien difficile. Avec une grande hauteur de mesure du vent, un faible encombrement, une courte période de construction, une grande fiabilité et aucun risque d'effondrement, le lidar a progressivement montré ses avantages dans les systèmes de prédiction de puissance. Sur la base des caractéristiques du lidar petit et sûr, si les conditions le permettent, le propriétaire peut choisir de déployer le lidar dans la station de surpression, qu'il s'agisse de procédures de construction ou de maintenance, par rapport à la tour éolienne présente des avantages évidents, en particulier la station de remontée de la mer, l'utilisation du lidar au lieu des avantages économiques de la tour éolienne est plus importante.
Différent du degré élevé de chevauchement entre les fonctions du lidar de mesure du vent au sol et de la tour éolienne, le lidar de mesure du vent de la nacelle est une nouvelle application dans l'industrie éolienne, qui peut mesurer la vitesse du vent devant l'éolienne pale sans être affecté par la turbulence de la pale, et les principales applications incluent : contrôle anticipatif, correction de lacet et test de courbe de puissance.
1) contrôle anticipatif
Le contrôle prédictif est la principale application du lidar de nacelle. À l'heure actuelle, plus de 1500 unités dans le monde ont connecté le lidar éolien de la nacelle au système de contrôle de l'éolienne. Et plus de 90% de lidars de vent de nacelle sont avec pas moins de 4 faisceaux en raison du fait que plus de faisceaux peuvent obtenir des informations de flux entrant plus riches devant la pale, puis simuler la vitesse du vent sur toute la surface du rotor.
Le contrôle prédictif basé sur le lidar du vent de la nacelle permet :
(1) le pian intelligent pour augmenter la production d'énergie de l'unité de plus de 2%.
(2) réduire la charge de fatigue, réduire les fluctuations de vitesse du rotor et les fluctuations de puissance
(3) réaliser le contrôle ultime des conditions de vent et réduire la charge limite
(4) réaliser un contrôle complexe des conditions de vent et réduire le risque de fonctionnement de l'éolienne
(5) contrôle adaptatif des conditions de vent, déploiement flexible des stratégies de contrôle en fonction des conditions de vent
(6) le contrôle du réseau multi-turbines des parcs éoliens réduit l'impact du sillage sur l'ensemble du parc éolien et augmente la production d'électricité de l'ensemble du parc éolien.
Affectée par de nombreux facteurs, la popularité du lidar éolien de la nacelle dans l'éolienne est loin d'atteindre les attentes, ces dernières années, presque tous les équipementiers d'éoliennes ont exprimé un vif intérêt pour la technologie de contrôle anticipé basée sur le lidar éolien de la nacelle et ont commencé les tests correspondants et études, avec l'approfondissement de la recherche et le contrôle des coûts du lidar éolien nacelle, le marché du lidar éolien nacelle sera grandement amélioré et deviendra même les composants standard des éoliennes.
2) correction de lacet
L'utilisation du lidar de vent de nacelle peut atteindre deux modes de lacet, le premier mode est le lidar de vent de nacelle susmentionné dans le système de contrôle principal de l'éolienne, pour obtenir un contrôle de lacet en temps réel ; la seconde consiste à installer le lidar éolien de la nacelle dans l'éolienne pendant une période de temps (généralement environ un mois) pour collecter les informations d'écart entre l'orientation de l'éolienne et la direction du vent, démonter le lidar éolien de la nacelle après la mesure, calculer l'écart de l'orientation de l'unité à travers les données lidar du vent de la nacelle, et corriger la valeur de déviation dans le système de commande de l'éolienne, de manière à atteindre l'objectif de correction du lacet. Le mode 1 doit coopérer avec la stratégie de contrôle de l'éolienne pour atteindre les objectifs de lacet, tandis que le radar de la nacelle en mode 2 n'a pas besoin d'être connecté au système de contrôle principal, ce qui est plus facile à mettre en œuvre, le mode 2 est donc devenu le premier choix pour de nombreux clients.
3) essai de courbe de puissance
La norme IEC61400-12 propose d'utiliser le diamètre de la roue de 2 à 4 fois la vitesse du vent pour le calcul de la courbe de puissance, et la plage commune de lidar de vent de nacelle pour le contrôle anticipatif est inférieure à 200 m, et afin de pouvoir mesurer l'ensemble Vitesse du vent à la surface du rotor, son angle de tension de faisceau supérieur et inférieur est trop grand, même si le diamètre du rotor de 2 à 4 fois la vitesse du vent peut être mesuré, sa vitesse de vent synthétique et la vitesse du vent réelle auront un grand écart. Par conséquent, un lidar de vent de nacelle adapté aux essais de courbe de puissance était nécessaire. Le Molas NL400 introduit par Movelaser a été amélioré par rapport au lidar de vent de nacelle d'origine, et sa plage de mesure a été mise à niveau à 400 m, ce qui peut facilement mesurer la vitesse du vent au diamètre de l'unité 2 à 4 fois le diamètre du rotor. Les angles de tension supérieur et inférieur ont été modifiés à 10° pour garantir la précision de la vitesse du vent sur de longues distances. La norme actuelle IEC61400-50-3 sur le lidar de vent de nacelle pour les tests de courbe de puissance est en cours de préparation et devrait être promulguée en 2022. Une méthode de test de courbe de puissance basée sur le lidar de vent de nacelle, rédigée sous les auspices du DTU, a été rendue publique. .
Étant donné que le radar de cabine est installé dans l'unité et a été accompagné de la rotation de la turbine, par rapport à l'utilisation d'une tour éolienne ou d'un radar au sol pour le test de la courbe de puissance, le secteur des données disponibles n'est pas affecté par la direction du vent, et les données de vitesse du vent de chaque section de vitesse du vent peuvent être collectées en un temps plus court. Pour les zones où les tours ou les radars au sol ne peuvent pas être érigés ou installés dans les zones montagneuses et les mers, les avantages de l'utilisation du lidar à nacelle pour les tests de courbe de puissance sont plus évidents.
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