科创中国

中国长江三峡集团有限公司针对长期以来海上风能资源评估面临的基础资料缺失、观测难度大、建模工具适用性不足、评估精度受限等问题，开展关键技术研究，形成如下技术成果：

（1）研制一套国产化漂浮式深远海风浪流一体化综合观测平台。平台通过创新结构设计，在传统漂浮式激光雷达技术基础上集成波浪、海流、大气温湿探测设备，实现海上恶劣环境下长时间、全天候、自动化的高精度海洋水文气象要素和大气风温湿同步立体探测，观测平台成果应用于海上风电项目开发，应用示范表现优异。

（2）研发一套集成多尺度嵌套、海气过程耦合模拟、尾流评估分析、机器学习订正的海上风资源综合数值模拟系统。该系统集成了多尺度嵌套、海气过程耦合模拟、尾流评估和机位排布优化、人工智能数据挖掘及误差订正等多种数值模拟建模技术，所建立的海上风资源评估数值模拟系统在模拟风速的误差小于市场上常用的风资源数值模拟产品；海气过程耦合模式预报得到的海洋水文气象要素结果优于非耦合模式；研发的尾流模型与实测数据之间的误差可分别降低1.67%，智能化微观选址模型可提升全场发电量2.9%；利用数值模式订正方法，风速精度可提升0.4-0.6m/s，风向精度可提升5-10度。相关成果可有效提升海上风能资源建模预测的准确性。

（3）构建一套海上风电水文气象多源数据融合数字化集成平台。该平台实现海上风电长时间序列、高时空分辨率、海量水文气象数据资料收集和融合利用，结合自主研发的海上风能资源仿真平台，实现各数值仿真模型计算服务整合，通过B/S可交互式友好界面为用户提供风能资源数值模拟仿真、风资源评估、发电量估算、海洋风浪流一体化数值预报等技术支撑。经测试，对数据库中网格数量为8.54亿的数据表进行单点穿越（36个维度）查询响应时间平均为0.098秒，进行多边形（拟建风电场边界）查询平均响应时间为0.109秒。该技术可显著提升在多用户、高并发情况下访问风能资源数据的适应性，提升数据访问效率，实现亿级网格查询秒级响应。

（1）面向水文气象环境多要素观测需求进行一体化设计集成。该观测平台通过搭载多种水文气象传感器，能够实现海上恶劣环境下长时间、全天候、自动化剖面监测。为测试该设备在海上风电领域应用效果，构建了国内首个以海上固定式测风塔为基准的漂浮式新型观测装备比对验证试验场，建立了多维度装备性能综合对比验证体系，有效地保障了该设备在实际工程应用推广的可靠性。

（2）多路径优化提升海上风能资源数值模拟仿真的准确性。提出基于多要素综合评分的建模参数方案优化定量评价体系，建立了适用于中国不同海域环境的气象建模方案；实现气象-海洋-海浪多模式耦合的风浪流在线同步数值计算，理清海上风浪伴生相互影响的特性；建立了基于机器学习的数值模式误差订正算法库；针对风电场选址设计的尾流影响，研发一套高效实用的新型尾流评估模型，有效增强模型在实际工程中的适用性，在此基础上，基于机器学习迭代建立了智能化的风电场微观选址方法，实现风能资源的高效利用。相关研究成果有力支撑三峡集团风电项目开发设计，经济效益显著。

（3）多源、多时空尺度水文气象数据融合技术，以及基于Web的海上风资源评估一站式服务模式。通过收集水文气象多源观测资料、再分析资料和数值仿真结果，构建海上风资源数据库，实现海上风电长时间序列、高时空分辨率、海量水文气象多源数据资料融合，解决海上风电开发观测资料缺失的难题；基于空间数据引擎与WebGIS技术，实现TB级风能资源数据网格化入库存储，研发的海量网格数据的空间检索技术可显著提升在多用户、高并发情况下访问风能资源数据的适应性，提升数据访问效率，实现亿级网格查询秒级响应；通过对数据资料进行综合分析和深度挖掘，自主研发海上风能资源仿真平台，通过微服务框架实现各数值仿真模型计算服务整合，基于B/S交互式友好界面为用户提供从风能资源数值模拟仿真、风资源评估、发电量估算、海洋风浪流一体化数值预报等一站式服务，提高海上风电场设计与运行管理的科技水平及海洋气象环境保障能力。

本项目主要技术发明能为海上风电场提供全生命周期技术支撑与服务：一是在海上风电规划设计期，提供深远海资源观测、风资源评估与风电量预测，为风机选型、风机排布优化、投资决策提供参考；二是在海上风电建设投产期，提供项目建设地未来海面风场、浪场、流场预报，为施工窗口期选择、风电场运行管理提供决策参考；三是在运行维护期，提供风电场出力、风资源变化及尾流对发电量影响监测评估，提出效率提升改造建议。 项目科技创新成果已成功应用于海上风电项目开发的资源评估勘测环节，有效降低了项目前期投资成本，提高了资源评估效率，为项目规划设计和投资决策提供有力支撑；在海上风电场开展运行效率分析诊断技术服务，寻找风机尾流影响下的低效机位，分析研判风资源年变化规律与趋势，提高风电场运行管理效率与发电量。

孙长平，高级经济师，牵头完成技术发明1漂浮式深远海风电工程风浪流一体化剖面观测平台的总体设计研发，主导平台对比测试、性能诊断研究及应用示范；全过程指导技术发明2、技术发明3中关键技术研究与示范应用。

易侃，高级工程师，全程负责本成果项目策划和实施，负责技术发明1深远海风电工程风浪流一体化剖面观测平台漂浮式观测平台研发的全过程具体实施工作；牵头技术发明2提出多尺度、多过程耦合的海上风资源评估建模框架并负责组织开展相应技术研发攻关。

文仁强，副研究员，参与技术发明1中激光雷达数据分析处理；负责技术发明2中多尺度嵌套风能资源仿真技术系统研发与调试；负责技术发明3多源数据资料融合与数字化集成平台技术框架搭建，主持并自主研发海上风资源数据库与风能资源仿真平台。

张子良，工程师，参与技术发明1中观测平台数据测试对比与优化工作；负责技术发明2中风电场尾流评估模型搭建、流场CFD仿真建模、风电场微观选址算法开发、风电场运行效率后评价等工作；负责技术发明3中数据处理和发电量计算模块算法开发。

张皓，工程师，全过程负责技术发明2中尺度数值模式参数化方案验证、数值模式订正模型算法研究、订正模型有效性及适用性分析、尾流模型参数化方案验证等工作。

王浩，工程师，参与技术发明1漂浮式深远海风电工程风浪流一体化剖面观测平台的设计研发、对比测试及性能诊断研究工作；参与技术发明3海上风能资源仿真平台的设计研发工作，主要负责仿真平台各模块需求梳理及功能设计，以及气象数据统计分析计算工作。

本项目历时4年，总投入经费超6000万，项目研究形成的漂浮式风浪流风电工程一体化剖面观测平台在应用示范期间表现优异，成功经受了多轮台风登陆考验并测得台风眼区过境前后风速特征，为海上风电场项目开发提供了有力地数据和技术支撑。研究形成的海上风资源数值模拟系统在海上风电项目可行性研究中实现应用，针对场址未设立测风塔、风资源数据匮乏的海上风电项目，通过海上风电资源一体化观测与精准评估仿真平台，对项目的风能资源进行了准确评估，为获取项目开发权起到了重要作用，相应节约直接成本约1000~2000万元，并缩短了项目开发周期。此外，本成果可应用于海上风电项目尾流评估和功率预测等运营状况分析，有效提升海上风电场发电效益，为风电场高效运行管理提供技术支撑。

本项目成果拟先期在三峡集团内部海上风电项目中进行推广应用。同时，探索联合外部合作单位进行联合开发，待进一步迭代完善研究成果后，以技术作价入股的方式寻求合作转化。