激光雷达海上测风方案

WINDCUBE激光雷达海上测风方案
北京莱维塞尔科技有限公司
二零一二年
目录
引言 (2)
第一部分海上单桩平台介绍 (3)
一、桩体结构形式： (3)
二、桩体俯视图 (4)
三、桩体加工与运输 (4)
四、施工介绍 (5)
1、组织结构 (5)
2、施工流程 (5)
第二部分海上激光雷达介绍 (9)
一、WINDCUBE激光雷达基本介绍 (9)
1、主要特点： (9)
2、应用领域： (11)
3、评估认证： (11)
4、Windcube 发展演变： (13)
二、系统技术及性能指标 (14)
2.1WINDCUBE技术原理 (14)
2.2WINDCUBE系统组成 (14)
2.3数据处理软件描述1、软件界面 (16)
2.4系统技术指标 (20)
四、可选模块说明 (20)
1、WINDCUBE双供电系统-M50VP（甲醇燃料+太阳能板） (20)
2、3G/SAT无线传输 (20)
3、WINDCUBE CFD软件工程 (21)
4、GPS安全跟踪系统 (23)
5、PTU 传感器 (23)
五、系统维护 (23)
第三部分、成功应用案例及安装现场 (24)
一、经典应用案例 (24)
二、安装现场 (25)
1、在孤岛上——悬崖边 (25)
2、在灯塔上——Nass&Wind - Lighthouse (25)
3、在大的海上平台上: RES ltd – platform (Race bank round 2)
(26)
4、在小的海上平台上-中国国电集团项目 (26)
引言
Windcbue海上激光雷达测风系统采用特殊设计的单桩独柱平台，加上轻巧便携的Windcube 激光雷达测风装置，配套供电系统、防雷系统、航标装置及辅助测风系统，形成一套完备的新型式海上测风体系。

与传统式海上测风塔相比，激光雷达海上测风系统特点如下：结构简单、安装方便
施工周期短：传统式海上测风塔制作及施工复杂，时间基本上需要6个月左右；而单桩基础设计、制作及施工简单，施工面积小，只需要1个月就可以完成，激光雷达安装只需2天，因此，使工期大大缩短。

迁移方便，可重复利用：在陆上测风塔移塔是很普通的事情，但对于海上测风塔，移塔却非常困难，迁移费用高；而激光雷达测风系统，迁移非常方便，可多次重复利用。

工程造价低，相比海上测风塔，激光雷达的总体报价已经大大降低，具体请咨询我公司。

Windcube海上激光雷达测风系统与传输自立式测风系统对比表
第一部分海上单桩平台介绍
一、桩体结构形式：
桩体采用单桩吸力结构,中间立柱通过法兰将上部组块和下部筒基连成一体, 可迁移重复利用，对于不同水深,仅需改变中间立柱的长度就可适用,由于测风塔安装地段冬季有海冰，桩体在结构上增加了抗冰锥。

二、桩体俯视图
桩体总长：29米
最大直径4米
最小直径0.762米
桩体总重 55吨
入泥：12米
距平均海平面：10米
平台尺寸：4000*5250 三、桩体加工与运输
四、施工介绍
1、组织结构
2、施工流程 1）施工步骤一
码头建造以及装船
船舶停靠码头，带缆完毕后，进行桩体结构装船并在船上开始组对上下部结构。

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2）施工步骤二
海上航行
施工船舶通过自航到达施工现场；
现场抛锚就位
施工船舶航行至安装点附近通过自航能力按设计方案抛四个锚。

3）施工步骤三
•下部结构吊装
➢施工船舶就位完毕后，潜水员下水进行预探摸；
➢预探摸结束后，施工船舶起吊与50吨履带吊合抬下部结构
4）施工步骤四
•下部结构翻身
➢下部结构完全吊到船舷外后缓慢下放履带吊，克令吊缓慢起钩头到设计位置；
➢下部结构重量为32吨，而克令吊最大吊重为20吨，因此需要水下憋气；
➢憋气完成后，放松履带吊钩头
5）施工步骤五
·施工船舶起吊与履带吊合抬下部结构
6）施工步骤六
•下部结构入泥
➢下部结构吊到安装位置后缓慢下放克令吊钩头，下部结构自重入泥；
➢打开甲板上放气阀门排放下部结构桶内气体，下部结构继续自重入泥；
➢下部结构入泥过程中检测水平度，并且通过船上绞车以及克令吊钩头吊力调节水平度；
7）施工步骤七
•打锤贯入
➢下部结构贯入到3.7m后可自由站立；
➢下部结构入泥过程中检测水平度，并且通过船上绞车以及克令吊钩头吊力调节水平
度；
➢下部结构入泥1m后，潜水员下水，切除筒
基础下端吊耳；切除后继续自重入泥；
➢利用克令吊将甲板上NH70液压锤吊起，套入到下部结构上端的钢桩上；
➢启动液压锤动力站，当下部结构贯入至预定位置，停止打桩，并回收液压锤。

8）施工方案八
•上部结构安装
➢在中央立柱顶端焊接工字钢并搭设工作小平台；
➢切除下部结构顶端cutoff部分；
➢上部结构挂扣并吊装至中央立柱上方；
➢施工人员辅助将上部结构的插节插入到下部结构顶端的套管内；
➢铆工进行组对工作，组队完成后，焊工进行焊接工作；
➢焊接完成后拆除施工小平台，上部结构安装完成；
第二部分海上激光雷达介绍
一、WINDCUBE激光雷达基本介绍
Windcube激光雷达测风系统是由法国LEOSPHERE公司研发推出，基于激光脉冲多普勒频移原理完成测量，是目前全球技术最先进、应用最广泛的一款激光测风雷达。

其测量精度高、系统性能安全稳定，目前已得到世界多方权威风电测试机构的评估和认证，并满足IEC、EN、CE等各项安全指标，Windcube激光雷达可精确测量高达300米的风速、风向，并通过PTU传感器模块来测量温度、湿度、压力气象参数，相当于一座300米移动式测风塔。

1、主要特点：
轻巧便携：Windcube 是世界上最轻的风能测
量激光雷达，只有45Kg，便于携带，而且即
插即用；
测量精确度高：Windcube 具有与风杯式风速
计同样的测量精度，已得到全球众多知名认
证机构的认证。

测量范围广泛（高达300米）
可自定义12个测量高度，不同高度同一秒内
实现同步测量
静音设计，无人操守
功率消耗低（45W）
防护等级高 IP67，防水防震
采用特氟纶材质，耐腐浊性强
系统内部无任何机械旋转部件（独一无二的技术）
测量精度不受云雾层影响，无需借助云雾处理工具
强大的客户群体，拥有丰富的应用经验
北京建立售后维护中心
WINDCUBE海上测风应用特点
基于Windcube激光雷达具有占地面积小、轻巧携带、防护等级强、易安装易维护等特点，因此，适合环境恶劣、不适合建立测风塔的情况，如海洋环境。

针对海上气候环境特征，我们为Windcube激光雷达制定专业的海上测风方案，其特点：
可通过卫星传输获取数据
已通过IEC 60068-2-52认证（适应海上盐雾气候）
采用特氟纶材质，耐腐浊性强
彩色标识涂层
顶部设置防鸟栖息针状物
外壳覆有海洋保护涂层
在中国拥有专业的海上维护服务队伍
在全球已经拥有20多套海上成功应用案例
2、应用领域：
随着风力涡轮机的大小在持续增长，风力发电项目变得越来越难以进行可靠的评估。

因此，无论是大还是广泛、陆上还是海上，风电场发展均需要一种新型的测量方式。

WINDCUBE基于激光脉冲探测技术，被当今工业界认为测量精度最高、可靠性最强的激光测风雷达，它通过20米的探测间隔和1秒的采样频率来获得300米风速轮廓线数据，通过它可以不断减少风电建设中不确定因素，增加可靠性，从而带来更高的投资回报。

WINDCUBE激光雷达无论对风电开发商、风机生产商还是风电场业主均适用，主要应用领域如下：
风电场研究机构及开发商应用：
- 微观选址
- 风电场预评估
- 功率曲线验证
- 地址适合性评估
- 复杂地形的评价
- 垂直方向轮廓推断的验证
- 风力数据和三维的风图谱
- 风机机位微观选址
风机制造商及风电场运维业主：
- 风机功率曲线测量
- 测量风力的垂直数据和紊流用于提高风机效率
- 地址适合性评估
海上项目
- 不需要海上测风塔而进行预评估
- 海上风机的发电量验证(lidar放置在风机的平台上)
3、评估认证：
Wincube激光雷达在测量精度上，目前已得到世界多方权威风电测试机构的评估和认证。

具体如下：
◆2007年丹麦RISO实验室为期3个月的评估测试
◆2008年德国Windguard评估机构认证
◆2009年 Risoe commercial LIDAR comparison认证
◆2009年芝加哥Garrad Hassan/ Dan Jaynes电力公司认证◆2009年加拿大CANWEAT Toronto公司认证
4、Windcube 发展演变：
WINDCUBE V2技术突破：
-无旋转部件
激光脉冲扫描革新
两年的发展结果
独一无二
-减少60% 电源消耗
45W （-10 C ～ +30 C）
<70W （ +30 C～ +45 C）
<90W （-10 C～ -30 C）
-IP等级
IP 67 racks and optical head
二、系统技术及性能指标
2.1 WINDCUBE技术原理
Windcube激光雷达是一个基于激光脉冲探测和测距技术的主动式风能测量传感器。

当激光雷达从光学头处发射激光脉冲，由于空中存在微粒，激光脉冲遇到空中粒子时，将部分激光原路反射回来，即多普勒频移。

激光雷达利用这种多普勒频移原理，来计算空中某高处的风速、风向。

2.2 WINDCUBE系统组成
Windcube激光雷达测风系统由以下几个部分组成：
1）Windcube激光雷达测风仪：包含激光脉冲的发射和接收模块、数据采集和分析模块、信号处理模块、数据存储模块、适配电源及外接供电电源接口、数据分析和处理软件、外部水泵、以太网连接线缆、运输箱等配件、使用手册说明（必选模块）；
2）无线传输模块：将测量数据每天发到指定邮箱，并实现网上实时监测（可选模块）；
3）PTU温湿压传感器：集成于系统中，用于采集大气温度、压力、湿度气象参数（可选模块）；4）独立供电系统：（可选模块）；
5）GPS安全跟踪系统（可选模块）；
6）高级防护箱：该模块保护设备在寒冷的环境下稳定运行（可选模块）。

系统内部结构示意图
系统外部结构示意图
2.3数据处理软件描述
1、软件界面
2、水平风速轮廓线
黄色曲线代表实时风速轮廓线，每1s更新一次
蓝色曲线代表10 分钟内的平均风速
红色曲线代表10分钟内最小风速
绿色曲线代表10分钟内的最大风速
3、风向轮廓线
黄色曲线代表实时风向轮廓线，每1s更新一次
蓝色曲线代表10分钟平均风向
4、输出数据
输出的数据类型有：
• 1s实时水平风速、2min、5min、10min内水平风速平均值/最大值/最小值、垂直风速、水平风速的标准偏差、垂直风速标准偏差；
•风向
•信噪比
•紊流
•风切变
输数据输出文本格式：
• 10min内的数据以“sta” 文本格式输出
• 1s实时数据以“rtd” 文本格式输出.
5、数据传输模式
通过LAN与笔记本电脑连接直接下载数据。

无线传输方式将数据发送到制定Email邮箱。

通过GPRS或卫星传输方式远程接入激光雷达，查看实时数据并对系统进行管理及监控并直接下载数据
来测量）
2.4系统技术指标
四、可选模块说明
1、WINDCUBE双供电系统
-M50VP（甲醇燃料+太阳能板）
依赖于甲醇燃料电池技术和太阳能光伏发电技术，白天通过太阳能板提供电
源，晚上通过甲醇燃料电池供应电源，将两者有效地结
合，确保WINDCBUE激光雷达24小时不间断供电。

而
采用电源组装置，则易于携带，并为偏僻地点提供环境
友好的解决方案。

其特点：
可独
立供
应90W
电源
电源箱尺寸大小: 948 x 642 x 576 mm
重量119 kg
易安装，维护低
电源箱内两桶甲醇同时供应，使用时间约1月。

之后可以自动灌输
可扩充4 块太阳能板，太阳能/燃料电池双供
电系统
2、3G/SAT无线传输
对于现场获取数据难，信号不稳定等测量地点，可选择3G网络无线传输或卫星传输方式，确保随时随地获得数据。

通过Modem和SIM卡，可以在任何地点提供一个安全的网页界面，
其特点：
远程获得实时数据
系统远程控制结构
系统健康监控
数据管理
1）WINDCUBE随时随地实现3G
•3G/GPRS/GSM天线和调制解调器
•全球SIM卡通用
•室外天线（增强远程区域的网络
覆盖）
• WINDCUBE随时随地进入界面
2）WINDCUBE随时随地实现SAT
•铱卫星天线与调制解调器
• 400分钟自由存取
• WINDCUBE随时随地进入界面
3、WINDCUBE CFD软件工程
遥感测量设备在不同的地点探测空气中的颗粒径向运动，以便具有能通过上述仪器检索到风速的能力。

这种流同质性假设是很有必要的，而且对平坦的地形具有很好的判断力。

然而，在更复杂的地形下，风流朝各个方向传递，并且速度上下波动，相对校正的杯式风速计，偏差及相对误差达6-7%。

LEOSPHERE为WINDCBUE激光雷达已开发了一个独一无二的校正方法，结合WindSim公司提供的CFD 软件使用，能保证在任何地形、任何地域、任何高度，将精确度降低至1%以内。

4、GPS安全跟踪系统
设定某一区域范围，当激光雷达被移除该区域范围，
GPS定位系统将Email或SMS发送报警信息来通知客
户，有效地防止激光雷达被盗。

GPS全球定位系统
通过卫星传输发送数据
数据自动更新
全球网络覆盖
GPS 全球定位系统提供可靠、实惠、放心的防盗解决方案。

世界各地超过100个单位已运作没有任何安全问题。

GPS定位系统可以自动操作3年。

5、PTU 传感器
PTU传感器是用来测量大气压力，温度，相对湿度以及派生湿度值
的工具，与Windcube激光雷达配套使用模块。

每一个参数能实时
获取，并在一个图表中显示出来，甚至能保存在一个易于运行的
CSV文件中。

五、系统维护
WINDCUBE 设计为最低维护模式，其基本维护步骤如下：
➢检查窗口:
LEOSPHERE建议，如果windcube窗口没有被雨刷器难以清除的污垢和灰尘所阻碍，则每月检查。

如果需要的话，使用专门用于光学护理和清洁的清洗液（水和酒精）和棉纸来清洗。

➢加注水箱：
建议定期加注水箱（每月5升）
➢更换雨刷器：
建议每6个月更换雨刷，备用刀片随系统提供。

第三部分、成功应用案例及安装现场
一、经典应用案例
目前，WINDCUBE已在全球20多个国家得到广泛的应用，安装在世界各地次数达600余套，包括陆上和海上测风，其中应用于海上项目达20多套，均已稳定运行。

中国应用客户：金风、中国电科院、华锐、兰州电机、中国国电集团（海上项目）、三一：
二、安装现场
1、在孤岛上——悬崖边
2、在灯塔上——Nass&Wind - Lighthouse
3、在大的海上平台上: RES ltd – platform (Race bank round 2)
4、在小的海上平台上-中国国电集团项目。