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风电也能定制化!

来源:中国能源报 作者:张子瑞 2017-05-03 15:59:57
  “低风速风电机组在中国首先得到重视,被认为是用‘中国式智慧’解决细分市场需求的最佳体现。低风速风电市场大幅推动了低风速设备的发展。”

  4月21日,在2017超低风速风电发展研讨会上,中国农机工业协会风能设备分会理事长杨校生说,“随着我国低风速风电技术的发展进步,中东部和南方资源区的风电已经步入规模化发展,预计‘十三五’期间,中东部和南部省份低风速或超低风速风电场,将成为建设重点。”

  精细化评估和设计是前提

  虽然低风速风电开发已成为趋势,但在华电旗下湖北金源水电发展有限责任公司副总经理何江茂看来,低风速风电开发仍面临诸多挑战,比如,低风速机型对风能的捕获和转换能力;复杂地形的风资源评估和微观选址;道路运输及吊装施工;用地与环保;规模和经济性等。

  湖北武穴大金风电场由华电湖北发电有限公司投资建设,位于湖北省武穴市境内,使用40台明阳MY2.0-121/85机组,项目容量80兆瓦。其中,北区项目于2015年6月27日开工建设,同年12月29日并网发电。运行至今在平均风速5.0米/秒的情况下,年等效满发2066小时,机组可利用率99.3%,居同区域同资源条件下低风速风电场前列。

  为了更好地探索低风速风电的开发建设和运维经验,为其他低风速区域提供样板和借鉴,本次研讨会上,华电集团和明阳集团启动了武穴大金低风速示范风场项目,正式宣布将携手打造低风速领域的典型示范。

  华电湖北发电有限公司党组书记、董事长章明表示,作为华电集团公司在湖北区域的首个风电项目——湖北武穴大金风电场,通过科学的风场设计、精确的微观选址、合理的机组选型和精细的运行维护,实现了当年核准、当年投产的任务目标,取得了当年盈利的优异成绩。截至目前,风电场各项建设及性能指标均位于中东部低风速山地风电场前列。

  根据国家能源局发布的《2016年风电并网运行情况》,截至2016年底,湖北省累计并网容量201.03万千瓦。“十三五”期间,湖北将新增风电装机350万千瓦。武穴大金风电场的经验无疑对于湖北乃至全国的低风速风电开发都具有借鉴意义。

  作为武穴大金风电场业主单位代表,何江茂在分享武穴大金风电场的经验时说,建设风电场是个系统工程,从精细化风资源分析到合理的场内道路以及输电线路设计;从合理规划到缩短建设周期;从机组选型到后期的高效运维,最终发电量的提升与多个环节密切相关。其中,精细化的设计、选择匹配的机组、智慧高效的运维几个环节显得尤为重要。对于低风速风电开发来说,更要强调对风资源的精细化评估。

  在中南电力设计院项目总设计师尚雄斌看来,为实现低风速风电场开发收益率最大化的目标,一方面要提升年发电量,另一方面要合理降低工程造价水平。

  明阳集团首席技术官张启应说,与7.5米/秒的年平均风速比,5-6 米/秒的年平均风速下产能将降低30%以上,使低风速风场处于投资可行性的边缘,精细化的风资源评估及机组载荷分析对风电场的收益影响敏感度越来越高,也越来越受到业主的重视。

  整机协同创新和大容量或是趋势

  “针对低风速风电开发的特点,更需要好马配好鞍,根据风资源情况选择最适合的机型;重视微观选址,把每台风机放在最适合的位置上。”尚雄斌说。

  何江茂认为,武穴大金电场发电表现居同区域前列,就是因为秉承了为当地风资源选择最适合的机型的理念。MY2.0-121/85机型按照“高发电量、高可靠性、低度电成本”的目标定位进行设计,重点方向是提高低风速区段的风能捕获效率,其设计正适应了当地的风资源状况需要。

  张启应告诉记者,伴随低风速风电的开发,业主对于风电场收益率也更加敏感。这要求风电的整机制造技术也要随之不断创新才能满足市场的需求。

  “风电机组叶轮直径的不断提升,以捕获更多风能;分段叶片技术的研发及应用,适应复杂地形的运输条件;基于风电场特征提升轮毂高度,针对性使用柔性塔筒与混合塔筒技术获得更高的风速;研发风电整机轻量化技术,降低运输与吊装成本同时也降低风电机组造价。”张启应认为,“低风速风电开发要求风电整机在各个零部件和相关链条上都进行同步创新,而不能仅仅局限于某一个部件或环节的技术创新,否则难以适应低风速风电开发的需要。”张启应表示,低风速风电开发要求风电整机制造商能够提供“全A”的整体解决方案。

  “针对超低风速、山地区域特有的气候、风况、地形条件等自然环境特征,要在现有风电场投资经济模型下实现风电场的预期收益,必须使用大兆瓦、高效率、小体积、低重量、便于运输、吊装安全的风电机组,以实现风电场整体投资不增加的情况下,提升发电量,降低度电成本。”在谈到风速不断下探对风机制造的要求时,张启应告诉记者,为适应这一市场需求,明阳专门研发MySE系列大容量半直驱机组,在确保装机容量的条件下,可以最大化的选择风速最优的机位,以高风速提升风电场整体发电量;同时基于MySE所采用的半直驱传动链效率优势,相对于其他类型机组,可以进一步确保风电场发电量实现整体提升,并使得年平均风速5米/秒的风电场发电量年等效可利用小时超过预期。

  张启应认为,在低风速风电区域,各个机位差异化的风速,极大地影响风电机组发电量产出。对于目前大力发展的高塔筒技术,本质上也是在提升风轮处的平均风速,如果采用大容量机组,可以有效地利用正向风切变所带来的平均风速提升来推动发电量的提升,降低全生命周期度电成本,以体现高塔筒的价值优势。

  在杨校生看来,虽然业内对低风速的认识还不统一,但低风速风电近两年的发展实践表明,适合的才是最好的,每一个风场都要求与其资源条件匹配的风电机组和整体解决方案。

  低风速更讲究定制化

  “没有两个风况完全相同的风场,也没有两个风况完全相同的机位。制造商将风电机组设计成诸如I类、II类和Ⅲ类这样的等级,为不同风场所选择,但根本无法满足不同风场和不同机位的要求。随着技术的进步和设计成本的下降,个性化设计的理念是必然趋势。”杨校生告诉记者。

  明阳集团市场本部总经理贺小兵认为,定制化思路,就是要在考虑风电场全生命期的成本与收益的条件下,引入差异化的定制化设计,实现风电场整体经济效益的提升,度电成本的下降。

  “只有基于精确的风资源条件和环境特点分析,才能为业主提供定制化整体解决方案。明阳在每个风电场建设时,通过对前期风资源精细化分析、后期风机的控制策略及风场定制化的参数标定,保证了机组对低风速下的复杂风况能够提前预判并做出及时响应。”贺小兵说。

  高塔架技术是低风速地区比较流行的提升发电量的一种主流技术路径。对此,尚雄斌认为,低风速风电开发是否有必要采用高塔架不能一概而论,要根据风资源切变是否较大、以及当地建设条件来定。只有针对风电场地形条件及风况特征、风切变变化幅度,采用不同高度塔筒组合方案,才能在降低基础性投资的同时,减少尾流的影响,提升发电效率。

  贺小兵表示,在低风速风场投运后,运用大数据远程智慧运维技术,通过对数据的深层挖掘与处理,有助于缩短故障时间,降低运维成本,提高运维效率,大幅提升风电场整体发电效率和水平。此外,后评估工作对于超低风速风电场来说也更有必要,不仅可以辅助挖掘和提升已建成风电场项目的运行潜力,还可以提高拟建风力发电项目的决策水平、管理水平和投资效益。
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