企业风采|十沣科技AI仿真技术破解风电“尾流”难题,整场发电效率有望提升10%
本文转载自“深圳十沣科技有限公司”微信公众号
编者按
8月13日,在第二届AI for Engineering 人工智能工程应用大会上,京津冀国家技术创新中心和粤港澳大湾区协同创新研究院共同培育的高科技企业深圳十沣科技有限公司(简称“十沣科技”)发布面向大型风电基地的流场预测与集群优化控制系统。该系统结合人工智能与高精度仿真,可在秒级完成尾流预测,并生成整场协同控制策略,整场发电效率有望提升3~10%。

十沣科技AI软件开发部技术总监陈元庆博士
尾流干扰成大型风电基地效率瓶颈
全球风电装机持续攀升。GWEC数据显示,2024年度中国新增风电装机量占全球68%。我国风电基地正进入“大型化、密集化”新阶段。“沙戈荒”地区多个超大新能源基地中,风电项目规模普遍达数百万千瓦,单个基地需安装超过300台以上大型机组。为提高土地利用效率,风机间距已由传统的10倍风轮直径缩至8倍,部分区域甚至压缩至5倍风轮直径间距,在有限土地上布设更多机组成为常态。

密集排布带来的直接后果是风机尾流效应加剧。尾流削弱下游风机风速、增加湍流强度,使下游风机在特定来流风向下功率下降高达30%-40%,同时,尾流干扰也会加快下游风机部件疲劳损伤,缩短寿命、提升运维成本。传统以单机最优为目标的控制策略,在此条件下难以保证整场效率。
AI+仿真实现秒级预测
与全场协同优化
十沣科技的新系统让风电场的管理从“单机思维”升级为“全场协同”。它先用AI模型结合少量实时测量数据,在几秒钟内就能预测风场中尾流的分布;再利用强化学习算法,动态调整各台风机的转速和桨距角,让整场风机配合运转,减少能量损失。
这一能力依托十沣科技自研的TF-SimFARM风资源评估与布局优化软件。软件搭载自主CFD计算引擎,可模拟不同的湍流和尾流模型,支持稳态、瞬态以及多物理场计算,并能在云端为多名工程师提供协作和自动运维。

在预测方面,十沣科技训练了一个通用风场AI模型,基于上千个真实风电场数据和数万组仿真结果,能在10-50公里范围内实现秒级预测,通用地形上风速预测精度超过95%,在“三北”地区预测精度高达97%,风场预测效率比传统方式提升上千倍。

十沣科技自研的通用风场快速预测AI模型与数值模拟结果对比
在数据融合上,十沣科技的算法可以用极少的观测数据“还原”整个风场的真实状态。例如在青海共和基地,通过结合激光测风雷达的数据,系统成功重建了分辨率达到 1秒/5米 的三维瞬态风场,风速误差控制在5%以内。同时,该方法也应用于风机来流以及基地稳态风场快速预测等应用场景中。

青海共和风电场内激光雷达观测的数据同化实验现场
在青海共和风电基地的测试中,两台扫描式激光雷达实时采集1公里范围内的风场数据,经过AI算法处理后生成的三维风场,与实际观测高度一致——秒级风速误差小于0.5米/秒,风向误差约8度;在分钟级平均结果对比,误差更降到0.2米/秒和3度以内。这是业内首次在公里尺度实现超高精度的三维瞬态风温耦合场的重建。

区域中心120m位置实测数据与重构风场风速、风向对比结果
在风机尾流建模上,十沣科技既有基于数据挖掘方法构建的高精度尾流模型,也正在打造纯数据驱动的通用风机尾流AI模型,能适应不同的工况、风机布局和运行状态,实现全场景实时预测。
目前,该系统已通过技术系统验证,并正在风电基地开展系统级测试,帮助基地在不同气象条件下提升整场发电效率,同时减少风机载荷波动,降低运行风险。AI流场快速预测与风机集群的闭环控制,让风电场能实时优化控制策略,从而显著提升风能利用率,也为大型风电集群的智能化运维提供了可复制的方案。
持续布局AI+CAE,
赋能多场景智能决策
在成功应用于大型风电集群后,十沣科技将AI与CAE结合的经验拓展至更多能源与工程场景,如海上风电、分布式风电、跨区域电网调度等,并探索风光储等多能源协同优化,通过工业仿真与AI预测闭环,实现从单机优化到系统级智能决策。
十沣科技自2023年起布局AI+CAE软件结合应用。2024年8月,在国际人工智能联合会组织的“任意3D汽车构型风阻预测”竞赛中,十沣科技凭借先进AI算法、秒级计算效率与高精度脱颖而出,展示了自主工业软件与AI融合的前沿能力,也为后续跨行业合作奠定基础。
2024年10月,十沣科技推出“TF-AIDEA”平台,集自动化数据管理、大模型训练和工业应用部署于一体,实现从“快速预测”到“快速设计”,从风电到汽车、再到城市建筑群,十沣科技的AI+CAE技术均可高效预测复杂物理场,实现快速设计、优化控制与多场景决策。

AI快速预测-宁波三江口区域湍流地图
例如在城市建筑风环境仿真中,十沣科技利用TF-QFLUX 构建高精度风环境数据库,并通过 AI-CFD一体化平台搭建城市风场大模型,实现复杂风环境实时预测,为无人机航路规划及低空经济场景提供决策支持。
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