你那兒用好測風塔了嗎

文 | 薛辰，路濤

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你那兒用好測風塔了嗎

文 | 薛辰，路濤

沒有測風塔就沒有風電場，這是最霸道的風電邏輯。但如何用好測風塔仍是風電開發和運維中值得關注的價值創造問題。

測風行業的痛點在于缺乏全生命周期的測風規劃，以及測風塔維護不到位。

立它就要管它，管它就要愛它，愛它就要讓它的一生都在為風電場風險控制和收益率提升護航。趙宏亮在和記者提及測風塔時表示，對風電工程師而言，測風塔是一座燈塔。

趙宏亮是北京東榮盛世科技有限公司的總經理，他旗下的公司在國內測風市場的份額超過了20%。在接受《風能》采訪時，他沒有拿國內風電巨頭的背書來說明公司在測風領域的技術服務能力，而是向《風能》強調他對國內測風市場現狀的憂慮，一個現象級的數據是，至少有50%以上的測風塔被荒廢或被拆除了，即便活下來的測風塔，有些也沒有得到足夠的重視，這讓原本的價值創造被大打了折扣。

那么，測風行業的痛點究竟在哪里呢？

歷經多個層面采訪，記者將此歸結為兩點，一點是缺乏全生命周期的測風規劃，在測風塔的樹立上顯得過于隨意，導致測風塔成為“短命鬼”；有的測風塔僅為業主搶占風資源而來，所在位置根本就不具有代表性，成為被業主遺忘甚至拋棄的“孩子”。

另一點是測風塔維護不到位，由此導致的數據失真、丟失以及傳輸和處理不當，給風電場建設和運行維護帶來巨大的投資風險和收益損失。

需要溫習的是，每座風電場都要經歷“宏觀選址—樹立測風塔—漫長的測風過程—可行性研究—工程設計—項目建設—運行維護”這般系列復雜的過程。而對于風電場開發商來說，拿到意向資源后的首筆投資就是樹立測風塔，那么測風塔對于一個風電場來說究竟意味著什么呢？

遠景能源相關部門負責人對《風能》這樣描述測風塔市場的現狀：雖然市面上出現了越來越多的中尺度數據，部分產品也能夠指導投資者快速準確地初步選定風資源，也就是業內所說的宏觀選址階段，由于受限于中尺度數據的產品原理及精度，即便是目前最優秀的中尺度產品，其單點的風速誤差超過0.1m/s也是很正常的。但問題是，對于低風速風電場來說，0.1m/s的風速誤差就意味著超過2%的投資回報率誤差，而更大的風速誤差甚至會影響到風電場的機組選型。

也正因此，上述負責人強調，“準確的測風塔數據是風電場投資決策不可或缺的重要依據。”也就是說，測風塔數據是風電場規劃階段的決策依據。實際上，這便是測風塔對風電場建設的基礎價值創造。

然后呢？風電場建成以后，測風塔和風電場之間就形成了很親密的關系，想想看：風電場生產運行期內，你要實現對風電場的精細化管理，那就要用生產測風塔的數據來標定整個風電場的流體模型，讓機組工作得更好、讓風電場和電網更加和諧。

實質性一點說，生產測風塔的數據是風電場生產階段風功率預報和能量管理系統的初始輸入，可問題是就目前來看，進行能量管理的風電場還沒有形成氣候，但從目前用好生產測風塔的角度看，至少有兩方面的價值是可以實現的。

一方面，測風塔的實時測風數據傳送至功率預測系統，定期向電網調度上報風電場風功率預測數據。

按照《NBT 31046 - 2013 風電功率預測系統功能規范》要求，風功率預報必須采用實時傳輸測風塔數據，比如測風塔至風功率預測系統的實時測風數據傳送時間間隔應不大于5分鐘；測風塔宜在風電場外1千米至5千米范圍內且不受風電場尾流效應影響，宜在風電場主導風向的上風向，位置應具有代表性；采集量應至少包括10米、50米及輪轂高度的風速和風向以及氣溫、氣壓等信息，應包括瞬時值和5分鐘平均值；測風塔數據可用率應大于99%。

僅從規范的要求，你就會看出生產測風塔是多么不可或缺，這也不難理解為什么有些“風電工程男”把立好測風塔看得像娶對“老婆”一樣重要。

可是，實際情況有些令人失望。

有些缺乏生產測風塔的風電場其風功率預測系統往往會采用機艙風速儀數據來進行預測。但問題是，機艙風速儀安裝在風輪之后，本身受到風機尾流影響和風輪擾動影響，而且機艙風速儀的精度遠遠不如測風塔傳感器的精度，其天然的缺陷必然會導致風功率預測產生巨大的誤差，那么這樣的風功率預測會準嗎？因此被電網方面罰款也就再正常不過了。

另一方面，測風塔可以為風電場運行后評估和閉環考核提供基準標尺。

需要說明的是，由于受葉片轉動引起的擾流影響，風機安裝的測風設備并不能表征風輪前真實捕獲的自由流風速，因此就需要通過生產測風塔提供的數據，建立由SCADA采集的機艙風速與風輪前自由流風速的回歸關系，從而獲得校準后的風輪前風速，進而通過對能量可用率的計算，實現對各類電量損失的精確分解及管理。

用好測風塔至少能實現兩方面價值：一是可以定期向電網調度上報風電場風功率預測數據；二是能夠為風電場運行后評估和閉環考核提供基準標尺。

那么問題來了，既然SCADA系統的風速“不準確”，那么系統中顯示的功率曲線也會跟著“失真”嗎？這可是個價值不菲的問題。遠景能源相關部門負責人和《風能》分享了一個案例：某風電機組廠商SCADA系統中的機組功率曲線，其實際和理論功率曲線表現“嚴絲合縫”，基本沒有性能損失。但通過該機組附近的生產測風塔提供的數據，按照IEC61400 -12 - 1規范對功率曲線進行標定，“從瑞利分布的計算結果來看，功率曲線在不同風速下的吻合度僅在73%到89%之間”，因設備性能不達標導致的平均電量損失將達到20%以上。

“基于生產測風塔數據，可有效還原機組艙前風速，從而精確量化機組性能、可靠性等設備相關損失，以及場內外受累、限電等電量損失，及時采取應對措施。但前提是，這座測風塔必須要有足夠的代表性和及時維護，而且要陪護風電場完成20年的生命歷程，即便風電場退役了，也還能守護這片風資源歷史數據的完整性和真實性，迎接新風電場的誕生。”上述負責人這樣描述測風塔的一生。

回到用好測風塔的問題，最為關鍵的一點，是要對它的代表性進行定義。遠景能源相關部門負責人透露，他和同事在格林云平臺上用算法邏輯就測風塔的代表性原則進行了定義。比如“范圍代表”原則，通過大量項目分析經驗、CFD適用性以及運行項目的后評估驗證，他和他的同事發現一個測風塔在平坦地形代表范圍可以達到10千米甚至更遠，在簡單山地地形可以達到 4千米至6千米，而在復雜山地則只有2千米至3千米。

再如“海拔代表性”原則，測風塔應代表區域內規劃機位的平均海拔，并能夠完全覆蓋擬布機區域的極限海拔。海拔落差過大區域，應在不同區域分別設塔進行代表。

立測風塔時應結合風剪切大小和擬采用機型配置，來選取測風塔高度和配置，以覆蓋輪轂高度風速和風輪面風切變。

在提及“粗糙度代表性”原則時，遠景能源相關部門負責人強調，在每個粗糙度等級范圍內應該分別立測風塔，或者優先將其立于區域內布置機組更多的粗糙度區域。

值得一提的是，上述負責人提到了“高度配置代表性”原則。他提醒說，立測風塔時應結合風剪切大小和擬采用機型配置，來選取測風塔高度和配置，以覆蓋輪轂高度風速和風輪面風切變。

此外，這位負責人還特別提到“功能性測風塔”，比如生產塔、特殊地形測風塔等等。他解釋說，考慮風電場后評估及風機艙前風速矯正，“功能性測風塔”應立在主風向無遮擋且能保證足夠的自由扇區、地勢變化平緩的規劃機位上風向2至4倍風輪直徑距離處。比如為評估海邊風速衰減，應在近海和遠海端分別立測風塔。

遠景能源相關部門負責人的“測風塔代表性”說法也得到了趙宏亮的認同，但除了測風塔方案，趙宏亮也看重測風塔的維護。他說，測風塔的價值在于收集各種數據，但由于惡劣天氣、信號傳輸中斷、儀器故障等因素的影響，都可能造成數據缺失和異常，最終會導致數據缺乏完整性，數據的質量和有效性也會隨之變差，這會給風資源評估帶來巨大困惑和不確定性。“要避免這類問題的發生，數據管理人員就必須實時對測風數據進行監控。”趙宏亮也能體諒公司測風塔管理和維護人員的苦衷，“面對幾千座測風塔數據的下載和檢查事宜，數據管理工程師要付出超量的工作負荷”，因此他也注意到格林云平臺上的測風塔自動管理功能，它可以自動進行測風數據的郵箱下載，并采用代碼化的缺失數據、冰凍數據、異常數據和傳感器故障數據判斷邏輯進行自動判斷，出現任何類別的問題都會自動向管理工程師發送提醒信息或發送郵件至管理人員報修，將數據損失降到最低。

作為為測風塔安家立業的操盤者，趙宏亮格外關心測風塔的一生，無論它被荒廢還是被拆除，都讓他心疼和心痛。也許是對測風塔的人文關懷，遠景能源相關部門負責人特別能夠理解趙宏亮對測風塔的“心疼和心痛”，好在該負責人和他的同事可以在格林云平臺上規劃測風塔的一生，不僅要讓它生好養好，還要好好回報投資人。

從技術層面看，格林云平臺能夠對測風塔進行全生命期的管理，當一切還沒進入場地時，作為風資源工程師，你就可以基于中尺度數據選定資源較好的場址；當一座風電場的場址定了以后，你就可以快速做一個宏觀選址的規劃，包括安裝多少臺機組、大概在什么位置，那么為配合機組的機位，測風塔應立在哪里、有無足夠的代表性，都可以有解。更重要的是由此延伸出一個測風方案設計，這樣就能保證設計出來的測風塔不僅能代表風電場，而且能夠長期測風，從風電場測風到投產運行，數據有了很好的傳承。

一個有趣的問題是，在格林云平臺上測風塔還能做什么？

想想看，通過測風塔的視角可以看清機組的性能，這是因為它們的數據同在一個模塊，兩者的相通意味著測風塔的數據可以對機組的能量利用率（EBA）進行有效的評估，而EBA恰恰反映的是風電場的整體運行水平，那么機組設備和整個風電場運行的好壞便清清楚楚。

如果你關心某個風資源區域的地形和植被變化情況，而那兒正好有測風塔可以代表到那個區域，那么你只要讀懂由測風塔數據在不同分析維度擬合而成的曲線，你就知道那兒有陡坡，那兒的地表植被有多高，對潛在的風電場有個譜。

需要提醒的是，也別完全忽略了測風塔上那些有關溫度、濕度、氣壓的裝置，它們的數據對風電場的精確評估非常有幫助，你不妨試一試，數據應用和挖掘總是有益的。

所以，還是要問一句：你那兒用好測風塔了嗎？ （路濤：中廣核太陽能開發有限公司）