以自主仿真技术,奉献工业软件的盛宴 ——十沣科技助力中国电建解决复杂山地风资源评估应用案例

在全国“双碳”目标指引下,为充分利用我国丰富的风资源禀赋,大力发展陆/海风力发电,优化我国电力能源消费结构,解决我国在风资源评估、风场选址、风机阵列优化等方面的技术卡脖子难题,十沣科技以其核心CFD求解器为基础,开发出国内首款完全自主可控的数值风场云平台软件TF-SimFARM,助力中国电建等风能相关企业解决复杂山地风资源评估应用。

聚焦风资源的开发利用。为构建清洁低碳、安全高效的新能源体系,助力实现我国“双碳”目标,风力发电已成为清洁能源的重点发展方向。截止2020年底,风力发电装机2.8153亿千瓦,风电累计装机占比达12.8%,已成为我国第三大电力能源;在全球风电装机总量中,我国也位居第一。习总书记在气候雄心峰会上宣布到2030年,我国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

但是在风电场项目开发中,由于我国计算流体力学的基础研究较为薄弱,与其相关的仿真计算软件基本以国外进口为主,属于典型的卡脖子关键技术。而且国外软件由于对国内风资源环境评估不足,导致对风能资源评估不准、尾流影响评估不充分,特别是在风电大基地中表现尤为明显。

项目方案:随着国家加强流体力学基础学科与基础计算软件的研发投入,集中产学研优势,研究基于CFD技术的风电场空气动力学计算与仿真平台,打造具有自主知识产权的核心关键技术,促进我国风电产业的科学与可持续发展。十沣科技在此背景下,充分利用自主先进的CFD核心求解器技术,以核心流体力学软件TF-QFLUX为基础,针对我国风电场地形复杂、风况多变、项目繁多等行业痛点难点,自主开发出一套风资源评估与风场数值优化设计软件TF-SimFARM,以有效解决复杂地理环境下风资源评估误差大、数据管理运维效率低等问题。

TF-SimFARM软件主要针对风电大基地开发、复杂地形/地貌风资源开发、复杂海洋环境风资源开发等国内风资源精准评估的技术难点和痛点,开发具有自主知识产权和国际先进水平的数值风场模拟软件。该软件重点开发适用于国内复杂地形/地貌特征的精细湍流模型、大基地风机阵列尾流模型与大气边界层模型、复杂海况海浪模型与大气边界层模型、风机阵列布置数值优化算法等核心技术。

软件开发完成后将为风能开发人员提供高效的风场选址、风机选型与阵列优化、风场数据管理与运维、以及以此为基础制定优化策略等系列解决方案,持续性提高风场开发运营市场竞争力。

产品优势:

1)完全自主可控的核心求解器。TF-SimFARM以十沣科技自主研发的CFD软件TF-QFLUX为核心求解器,基于多面体非结构网格与有限体积法,具备先进的物理建模能力和行业领先的计算精度与效率。同时具备丰富的物理模型和灵活的动网格算法,能够精细模拟复杂风场的风资源分布和各类与风场有关的流体动力学问题,如风机尾流干涉、涡脱落等。

2)丰富的风机、气象、地理数据库管理。TF-SimFARM具备风机、气象、地理信息数据库功能模块,能够实现统一管理和数据维护;软件内嵌有SRTM30m地形数据库、基于GLC30资源的粗糙度数据库;同时也支持用户自定义上传地理信息数据,以及用户地形图的拼接、扩展。

3)丰富的解析尾流模型与独有的数值尾流模型。TF-SimFARM软件提供有丰富的解析尾流模型,如Park、Frandsen、Bastankhah模型等。同时提供有致动盘、致动线数值尾流模型,精细化数值模拟风机结构与阵列尾流效应。精细模拟风机阵列尾流特征及其功率变化规律,为尾流分析与风场优化提供更准确、可信的数据支撑。

此外,还有丰富的2D、3D后处理效果;云端HPC计算,可实现智能调优计算资源分配等。

项目意义:TF-SimFARM软件打破了国外商业软件在风资源评估、风场选址等领域的垄断格局,对我国风电场规划设计、扩大风能开发可利用区域、提高风能利用效率,加速推动我国风电产业进一步发展具有里程碑式的意义。

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