文|吳迪
在海上風(fēng)電場建設(shè)過程中,集電線路的成本是影響項目全生命周期收益的重要環(huán)節(jié)。以廣東省某項目為例,海纜投資成本在總投資中的占比約為9.64%,僅次于風(fēng)電機組設(shè)備與基礎(chǔ)建筑工程的投資比例,如圖1所示。因此,集電線路的布局優(yōu)化對降低整個海上風(fēng)電場投資具有至關(guān)重要的意義。
集電線路的合理布局,可以優(yōu)化不同規(guī)格截面海纜長度的搭配,減少風(fēng)電機組之間的海纜連接用量,降低風(fēng)電場建設(shè)成本和場內(nèi)輸變電損耗,助力實現(xiàn)海上風(fēng)電場收益最大化。
圖1 廣東某海上風(fēng)電場建設(shè)投資成本占比
圖2 機組、升壓站布局示意
數(shù)據(jù)顯示,在設(shè)計階段通過優(yōu)化35kV海上集電線路,每節(jié)約1km的海纜長度,根據(jù)不同規(guī)格海纜的市場價格,工程投資可降低150萬至250萬元。但在工程中受施工安全要求、海纜載流量限制、海纜的功率平衡等因素的制約,目前行業(yè)主流的基于經(jīng)驗的手動設(shè)計方法難以精準鎖定設(shè)備投運成本最優(yōu)的集電線路連線方案,造成真金白銀的流失。且隨著海上風(fēng)電場的容量越來越大,離岸越來越遠,更科學(xué)的海纜布局變得越來越重要。
為破解上述難題,明陽智能海上研發(fā)團隊嘗試了10余種優(yōu)化算法,通過上萬次迭代測試,最終研發(fā)出行業(yè)首個放射區(qū)域樹算法,集成到海上整體解決方案軟件MY Offshore WindFarm中,并在海上風(fēng)電項目中得以成功應(yīng)用,為客戶節(jié)省千萬元的投資成本。
明陽智能如何通過這個軟件實現(xiàn)最優(yōu)集電線路優(yōu)化設(shè)計的呢?簡單來說分解為兩個步驟:第一步劃分放射性區(qū)域,將風(fēng)電場放射性分割為若干子區(qū)域,確保各子區(qū)域均包含指定數(shù)量的風(fēng)電機組。這種方法可以有效避免回路交叉,確保海纜布局安全性的同時,節(jié)省了大量計算時間。第二步進行回路內(nèi)連線,將用戶輸入的不同規(guī)格的海纜價格作為權(quán)重因子,以海纜成本最低為目標(biāo)將回路內(nèi)風(fēng)電機組串聯(lián)起來,從而保證回路內(nèi)海纜總成本最低,實現(xiàn)海上風(fēng)電場35kV集電線路自動優(yōu)化的最終目標(biāo)。
這套算法應(yīng)用便捷,用戶只需采用明陽智能自主開發(fā)的機位優(yōu)化排布模塊的輸出結(jié)果,輸入所用機型和風(fēng)電場容量,根據(jù)海纜選型及價格,便可在10分鐘內(nèi),從千余個集電線路布局方案中精準捕捉經(jīng)濟性最優(yōu)的海纜布局。
圖3 優(yōu)化前后集電線路對比
表1 海纜連線方案對比
以某海上風(fēng)電項目為例,風(fēng)電場規(guī)劃安裝55臺單機容量為5.5MW的風(fēng)電機組,輸出的電力通過35kV海纜匯集到位于風(fēng)電場內(nèi)部靠近陸地側(cè)的海上升壓站,如圖2所示。
通過集電線路自動優(yōu)化計算程序,放射區(qū)域樹算法在約8分鐘的計算時長內(nèi)捕捉滿足拓撲約束的方案共3630個,并快速計算出相應(yīng)方案海纜成本金額,從中遴選出成本最低的海纜布局方案。
行業(yè)主流基于經(jīng)驗的手動設(shè)計方案,與采用明陽智能放射區(qū)域樹算法進行集電線路自動優(yōu)化后的線路對比如圖3所示。
由表1可見,采用明陽智能集電線路自動優(yōu)化算法的海纜布局方案,比優(yōu)化前的手動設(shè)計方案減少35kV海纜總長度4.55km,按不同規(guī)格海纜的價格測算,項目投資可節(jié)省約1200萬元。
明陽智能以先進的智能化技術(shù)為手段,不斷突破傳統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)驗限制,通過放射區(qū)域樹算法實現(xiàn)了海上風(fēng)電場35kV集電線路的自動優(yōu)化,為實現(xiàn)海上整體解決方案最優(yōu)奠定基礎(chǔ)。