DQZHAN訊：低風(fēng)速風(fēng)電 下一個藍(lán)海

當(dāng)下，我國低風(fēng)速風(fēng)電開發(fā)已經(jīng)蔚然成風(fēng)，成為整個風(fēng)電市場版圖的重要組成部分。綜合已有信息來判斷，這種勢頭在“十三五”時期還將延續(xù)下去。與此同時，低風(fēng)速風(fēng)電開發(fā)仍面臨著一些政策、技術(shù)等方面的難題，需要業(yè)內(nèi)共同努力加以破解。

自2011 年5 月我國首座低風(fēng)速風(fēng)電場——來安風(fēng)電場建成投產(chǎn)以來，已經(jīng)整整過去了6 個年頭。其間，風(fēng)電開發(fā)在低風(fēng)速地區(qū)呈遍地開花之勢，產(chǎn)業(yè)鏈逐步成型，不僅機(jī)型日益豐富，機(jī)組性能得到大幅提高，施工建設(shè)和運維保障能力也有了質(zhì)的提升。隨著《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確將中東部和南方地區(qū)作為發(fā)展重心，低風(fēng)速風(fēng)電迎來新一輪機(jī)遇期。然而，目前低風(fēng)速風(fēng)電開發(fā)的風(fēng)險依然較高，并且由于開發(fā)條件越來越差，風(fēng)險可能還會加大。在這種情況下，如何才能抓住機(jī)遇加速低風(fēng)速風(fēng)電市場走向成熟?回答這個問題時，我們或許可以將湖南作為樣本，從中管窺一二。

低風(fēng)速風(fēng)電開發(fā)的湖南樣本

湖南，地處我國中南部，境內(nèi)多山，風(fēng)資源條件較差，整體上屬于低風(fēng)速區(qū)域。就是這樣一個此前并不被看好的省份，近些年卻在風(fēng)電發(fā)展上一路高歌猛進(jìn)，成為中東部內(nèi)陸地區(qū)山地風(fēng)電開發(fā)的示范省。

截至今年3 月底，湖南累計完成風(fēng)電投資200 億元以上，建成風(fēng)電場44 個、裝機(jī)容量225 萬千瓦;在建風(fēng)電項目50 個、裝機(jī)容量250 萬千瓦。此外，還有500 萬千瓦的項目進(jìn)入核準(zhǔn)待建或者開展前期工作的階段。

這是本刊記者從湖南省能源局獲得的信息。

風(fēng)電的快速發(fā)展，較好地優(yōu)化了該省的能源結(jié)構(gòu)。據(jù)湖南省發(fā)展改革委副主任、省能源局局長劉年來介紹，2016 年，風(fēng)電占全省電力總裝機(jī)的5.26%，全年累計發(fā)電39.3 億千瓦時，較2015 年增加76.45%，占總發(fā)電量的2.95%。

支撐這一良好局面的則是一條完善的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈。目前，以中車株洲所、湘電風(fēng)能、三一重能為代表的整機(jī)企業(yè)，以中南勘測設(shè)計院、湖南省電力設(shè)計院為代表的咨詢設(shè)計機(jī)構(gòu)，以湖南火電、湖南建工為代表的施工企業(yè)，以華電、華能等五大發(fā)電集團(tuán)為代表的投資商，以及葉片、變電設(shè)備、電線電纜零部件制造商等齊聚湖南，涵蓋設(shè)計咨詢、產(chǎn)品研發(fā)、裝備制造、風(fēng)電場建設(shè)、電力輸送等環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)凸顯。

這在株洲表現(xiàn)得尤為突出。

從某種意義上來說，株洲算得上是湖南風(fēng)電開發(fā)的“歷史源頭”。早在2007 年，中車株洲所研制的WT1650 型風(fēng)電機(jī)組就在郴州江華沱江風(fēng)電場并網(wǎng)發(fā)電，打破了湖南無大型風(fēng)力發(fā)電的歷史;一年后，同樣吊裝了中車機(jī)組的郴州仰天湖風(fēng)電場投運，這是湖南頭個大型風(fēng)電項目，開創(chuàng)了山區(qū)低風(fēng)速風(fēng)電的先河。

深厚的歷史積淀，成就了株洲風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的今日成就。“株洲已經(jīng)形成了以中車株洲所為代表、以具備‘高鐵基因’的發(fā)電機(jī)、葉片、變流器、減震器等零部件為主的較為完整的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集群。2016 年，全市風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)銷售收入近100 億元?！敝曛奘形睍?、市長陽衛(wèi)國指出，“下一階段，將以打造‘株洲˙ 中國動力谷’為抓手，加快構(gòu)建以風(fēng)電產(chǎn)業(yè)等為代表的新能源發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)盟?！?

中車風(fēng)電制定的“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃很好地契合了上述說法。據(jù)中車株洲所副總經(jīng)理范寶林透露，中車正在推進(jìn)“1+N+1”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，其中風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是作為軌道交通之外的**支柱產(chǎn)業(yè)進(jìn)行強(qiáng)勢打造。

正是在中車風(fēng)電等各方的共同努力下，湖南具備了較強(qiáng)的風(fēng)電技術(shù)研發(fā)實力。其中，中車株洲所把軌道交通方面積累的成熟研發(fā)經(jīng)驗移植到風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品中，在高海拔和低風(fēng)速市場擁有較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢，中車株洲時代新材在葉片設(shè)計、成型工藝、材料技術(shù)研發(fā)等方面具備較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢;湘電風(fēng)能擁有國家風(fēng)力發(fā)電研發(fā)(實驗)中心等***研發(fā)平臺;三一重能提出低風(fēng)速大葉片智能控制解決方案;中南勘測設(shè)計院、湖南省電力設(shè)計院在超低風(fēng)速山地風(fēng)電項目規(guī)劃設(shè)計、總承包及建設(shè)運營等方面建樹頗多;中南大學(xué)、湘南大學(xué)則先后承擔(dān)了一批風(fēng)電產(chǎn)學(xué)研項目，一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)已運用于風(fēng)電設(shè)備。

技術(shù)進(jìn)步帶來的則是經(jīng)濟(jì)性的提升。據(jù)三一重能研究院副院長胡杰測算，在湖南，風(fēng)電項目的收益率要達(dá)到10% 以上，年利用小時數(shù)必須高于1750 小時;而要把收益率提高到14%、15%，年利用小時數(shù)就不能低于1900小時。

記者從多個渠道拿到的資料則顯示，2016年，湖南全省的風(fēng)電設(shè)備平均年利用小時數(shù)為2125 小時，部分風(fēng)電場甚至達(dá)到2500 小時左右。這意味著，大部分項目都能獲得較為可觀的收益，投資回收期大大縮短。比如，位于郴州的太平里風(fēng)電場因投運后的發(fā)電能力遠(yuǎn)超設(shè)計值，預(yù)計將在5 年左右即可收回成本。

在湖南的示范帶動下，中南部低風(fēng)速風(fēng)電市場吸引了眾多投資商的目光。神華新能源華中區(qū)域籌建處主任龍云漢就表示，未來3 年神華將與擁有地域和技術(shù)優(yōu)勢的中車株洲所共同開發(fā)約300 萬千瓦的風(fēng)電項目。

雖然湖南的風(fēng)電開發(fā)已經(jīng)卓有成效，但中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會秘書長秦海巖認(rèn)為，“如果將5 米/ 秒作為技術(shù)開發(fā)指標(biāo)，湖南可開發(fā)的風(fēng)資源達(dá)2800 萬千瓦，目前僅利用了1/10，仍大有可為?！?

這個結(jié)論同樣適用于國內(nèi)范圍內(nèi)的低風(fēng)速區(qū)域。據(jù)國家氣象局評估，中東部和南部地區(qū)風(fēng)速在5 米/ 秒以上達(dá)到經(jīng)濟(jì)開發(fā)價值的風(fēng)資源技術(shù)可開發(fā)量接近9 億千瓦，可挖掘的空間還很大。而在范寶林看來，這個規(guī)模還會進(jìn)一步擴(kuò)大，因為隨著新機(jī)型的推出，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)性開發(fā)的*低風(fēng)速將從目前的5 米/ 秒下探到4.8 米/ 秒，甚至更低。

可以說，隨著經(jīng)濟(jì)性的提升，前景廣闊的低風(fēng)速地區(qū)勢必將成為我國風(fēng)電開發(fā)的下一個“藍(lán)?！?。

向整體解決方案提供商轉(zhuǎn)型

湖南等低風(fēng)速地區(qū)，以山地和丘陵為主，地形復(fù)雜，風(fēng)資源分布差異性大，風(fēng)電項目建設(shè)將是更加復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要從全生命周期的角度設(shè)計方案。這一點上，業(yè)內(nèi)有待提高。

湖南省電力設(shè)計院新能源公司總經(jīng)理周晟向記者解釋，當(dāng)前制定布機(jī)方案時，主要還是基于發(fā)電量*優(yōu)，而較少結(jié)合建設(shè)條件來考慮全局的經(jīng)濟(jì)性。對于低風(fēng)速風(fēng)電來說，要采用專業(yè)協(xié)同、專業(yè)融合的方式，整合電氣、土建等環(huán)節(jié)，在優(yōu)化布機(jī)方案時，必須充分考慮與反復(fù)研究建設(shè)成本和收益，確保整個風(fēng)電場的全局經(jīng)濟(jì)性*優(yōu)。這就要求包括開發(fā)商、設(shè)計院、整機(jī)商以及施工單位等所有參與方緊密合作。尤其是，整機(jī)企業(yè)作為其中核心的一環(huán)，必須根據(jù)新形勢下的市場需求，在角色上進(jìn)行重大轉(zhuǎn)變，更加深度地參與項目的開發(fā)。

劉年來對此的理解是，山地風(fēng)電場的特點是場址地形地貌的復(fù)雜性，整機(jī)企業(yè)應(yīng)著眼于提供整體解決方案，實現(xiàn)從賣設(shè)備到賣服務(wù)轉(zhuǎn)變，從單一供應(yīng)向綜合處置轉(zhuǎn)變，**提升綜合技術(shù)水平。

事實上，這也是國家能源局等主管部門近些年來重點引導(dǎo)的行業(yè)趨勢之一?！讹L(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》就明確提出，在可研設(shè)計階段推廣應(yīng)用主機(jī)廠商帶方案招投標(biāo)。

目前，包括中車株洲所在內(nèi)的不少整機(jī)商都在進(jìn)行相關(guān)布局。

據(jù)悉，中車風(fēng)電確立的“十三五”總體戰(zhàn)略思想是，快速由機(jī)組設(shè)備提供商向風(fēng)電綜合系統(tǒng)解決方案提供商升級。此前，除了涉足機(jī)組供應(yīng)和運維服務(wù)外，這家公司還積極將業(yè)務(wù)鏈條向前端延伸，進(jìn)入測風(fēng)、微觀選址等環(huán)節(jié)。

中車株洲所風(fēng)電技術(shù)中心副主任王靛向記者透露，他們正在與國家氣候中心、法國美迪公司進(jìn)行合作，通過整合全球先進(jìn)的技術(shù)與經(jīng)驗，打造風(fēng)資源分析、評估系統(tǒng)平臺。目前，平臺已經(jīng)基本搭建完成，正在進(jìn)行內(nèi)測，預(yù)計今年6 月可以開放公測。通過該平臺，可查詢到國內(nèi)各地30 年間的氣候狀況，包括風(fēng)速、風(fēng)向等風(fēng)資源數(shù)據(jù)，以及沙塵、雷暴、冰凍等災(zāi)害天氣情況。

“當(dāng)然，建立風(fēng)資源平臺只是**步。真正轉(zhuǎn)型為整體解決方案提供商后，提供的將是包括測風(fēng)、微觀選址、機(jī)組選型、道路和輸電線路施工等在內(nèi)的一攬子方案。”王靛補(bǔ)充道，“這是行業(yè)未來發(fā)展的一大特點，也是我們積極打造‘風(fēng)電場優(yōu)化設(shè)計’‘場址控制策略定制’‘風(fēng)電資產(chǎn)管理’三位一體的風(fēng)電項目全生命期盈利*大化解決方案windProfitTM 的原因所在。”

在業(yè)內(nèi)專家看來，這對提高項目收益的作用是顯而易見的。

一方面，通過從全場和全生命周期的角度通盤設(shè)計風(fēng)電場，可以將施工方案做到既有條件下的*優(yōu)，*大限度降低整體成本。

另一方面，通過深度參與前期環(huán)節(jié)，整機(jī)企業(yè)可以更加**掌握場址區(qū)的風(fēng)資源和環(huán)境氣候特征?！坝辛诉@些一手信息，我們就可以對機(jī)組進(jìn)行有針對性設(shè)計，或者采用更加個性化的布機(jī)方案。比如，針對南方山區(qū)雷雨和冰凍天氣多的特點，可以強(qiáng)化機(jī)組的防雷、除濕以及除冰性能。還可以根據(jù)風(fēng)資源的分布情況，因地制宜地采用安裝不同類型機(jī)組的混排方案。從而提高機(jī)組投運后的可靠性，進(jìn)一步提高風(fēng)能利用效率。”范寶林說。

智能化技術(shù)的全新應(yīng)用場景

面對更低的風(fēng)速，加長葉片和升高塔筒是提高機(jī)組捕風(fēng)能力的*直接手段。因此，高塔筒、大功率、長葉片就成了目前低風(fēng)速風(fēng)電機(jī)組的標(biāo)配。

然而，在中南勘測設(shè)計研究院新能源院院長劉小松看來，這種方式顯得“簡單粗暴”，不僅會帶來載荷和成本增加等“副作用”，也無法很好地應(yīng)對山區(qū)多變的風(fēng)向和風(fēng)速。他認(rèn)為，單就機(jī)組而言，更重要的是，必須通過增強(qiáng)系統(tǒng)自學(xué)習(xí)能力、優(yōu)化智能控制系統(tǒng)來提升風(fēng)電機(jī)組的整體性能。

這也是目前低風(fēng)速風(fēng)電開發(fā)中呈現(xiàn)的另一大趨勢，即廣泛運用互聯(lián)網(wǎng)思維和技術(shù)手段，使開發(fā)和運維環(huán)節(jié)高度智能化。

自國家于2015 年**提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃以來，各個整機(jī)廠商紛紛加大了對機(jī)組智能控制系統(tǒng)的開發(fā)力度。

現(xiàn)在的通行做法是，在控制系統(tǒng)中加入多個優(yōu)化控制策略，借助模型，讓機(jī)組及時對外界風(fēng)速和風(fēng)向變化做出反應(yīng)，使葉輪始終處于*佳的捕風(fēng)角度上，并避免因強(qiáng)陣風(fēng)引起的超速故障等。

與此同時，一些企業(yè)還嘗試根據(jù)整個風(fēng)電場的風(fēng)資源特點，為每臺機(jī)組定制個性化的控制策略。王靛告訴記者，“在低風(fēng)速的復(fù)雜地形下，每個機(jī)位點的風(fēng)速、風(fēng)切變、湍流是不一樣的，而且機(jī)組之間還有尾流的影響。這種情況下，如果整個風(fēng)電場只用同一種控制策略的話，控制效率肯定無法達(dá)到*高。下一步，需要根據(jù)周邊位置的風(fēng)速、風(fēng)向、湍流特點，為各個機(jī)組配備專屬控制策略。”

當(dāng)然，這只能算是“初級”的智能化應(yīng)用。現(xiàn)在，部分企業(yè)已經(jīng)在進(jìn)行更大膽的嘗試，將人工智能的核心——機(jī)器學(xué)習(xí)引入到控制系統(tǒng)。這實際上是給機(jī)組裝上了一個“超強(qiáng)大腦”，使它具備通過自學(xué)習(xí)來獲得經(jīng)驗的能力，能夠依據(jù)外界條件自主調(diào)整運行狀態(tài)。

人工智能領(lǐng)域的專家認(rèn)為，機(jī)器學(xué)習(xí)非常適合應(yīng)用于風(fēng)電開發(fā)中。因為機(jī)器學(xué)習(xí)離不開數(shù)據(jù)，而借助大量傳感器和高速數(shù)據(jù)傳輸線路，正好可以將風(fēng)電場產(chǎn)生的海量實時數(shù)據(jù)輸送給系統(tǒng)，供其進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練。

除了機(jī)組，機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用的另一個主要場景將是運維環(huán)節(jié)。

針對傳統(tǒng)運維模式存在的滯后性，目前，不少運維服務(wù)提供商開始借助大數(shù)據(jù)分析手段，通過油溫、震動等方面的數(shù)據(jù)診斷關(guān)鍵零部件的運行狀態(tài)，實現(xiàn)從事后維修向預(yù)防性運維的轉(zhuǎn)變。此外，有企業(yè)開始探索運用機(jī)器學(xué)習(xí)來對機(jī)組的健康程度進(jìn)行預(yù)警。從試驗的結(jié)果來看，這種方式已經(jīng)能夠達(dá)到較高的預(yù)測精度。

目前，很多整機(jī)和開發(fā)企業(yè)還著眼于整個運維環(huán)節(jié)，通過打造數(shù)字化運維平臺，建立區(qū)域或者國內(nèi)性的運維中心，將多個風(fēng)電項目納入其中，實現(xiàn)集中監(jiān)控、綜合數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)一運維管理。

比如，中車株洲所就依托智能傳感技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)開發(fā)了集團(tuán)級的大數(shù)據(jù)平臺，幫助風(fēng)電場建立基于設(shè)備健康度管理的狀態(tài)維護(hù)機(jī)制。按照規(guī)劃，平臺將接入2000 臺風(fēng)電機(jī)組，為分布于國內(nèi)各地的近4 吉瓦風(fēng)電資產(chǎn)提供全生命周期的高效管理。

“通過這種方式，能夠變被動停機(jī)為有計劃停機(jī)檢修，并可以有效優(yōu)化現(xiàn)場的人員配置，在減少發(fā)電量損失的同時，大大降低運維成本?！狈秾毩直硎荆胺e累大量運行數(shù)據(jù)，也有利于我們優(yōu)化原有機(jī)型和研發(fā)新機(jī)型。”

尚有部分環(huán)節(jié)亟待改進(jìn)完善

當(dāng)下，雖然低風(fēng)速風(fēng)電已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)?；_發(fā)，但在政策、開發(fā)模式、技術(shù)等方面仍存在一些不完善之處。

記者綜合從多個風(fēng)電場收集的信息發(fā)現(xiàn)，審批環(huán)節(jié)的多頭管理依然是主要阻礙因素之一?！吧婕暗斤L(fēng)電場投資的管理部門比較多，包括林業(yè)、國土、環(huán)保等，幾乎每一個部門都有自己的‘領(lǐng)地’和紅線區(qū)，但這些信息都不對投資方公開。環(huán)保有生態(tài)嚴(yán)控區(qū)，國土有基本農(nóng)田，林業(yè)有自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)公益林、水源保護(hù)地。前期審批時，必須花時間逐個找這些部門，手續(xù)比較繁多，拉長了投資周期?！庇虚_發(fā)企業(yè)負(fù)責(zé)人曾言及。

除了要避開這些區(qū)域外，環(huán)保與水保工作也成為影響風(fēng)電項目開發(fā)的重要因素。上述負(fù)責(zé)人坦言，少數(shù)企業(yè)不注重環(huán)保覆綠工作，在建設(shè)中確實給當(dāng)?shù)卦斐闪艘欢ǖ纳鷳B(tài)破壞，這直接導(dǎo)致部分省份收緊了風(fēng)電開發(fā)政策。比如，云南此前數(shù)次叫停風(fēng)電開發(fā)，湖南也于去年收緊了環(huán)保審批，導(dǎo)致多個風(fēng)電項目無法完成環(huán)保審批。

對此，專家建議，一方面，需要政府部門更加客觀、準(zhǔn)確評估風(fēng)電開發(fā)的環(huán)境影響。另一方面，開發(fā)企業(yè)也要高度重視環(huán)保和水保工作，加大相關(guān)投資，前期即針對場址區(qū)的地形、植被特點等，制定詳細(xì)的水保覆綠方案，在施工和運維中嚴(yán)格予以執(zhí)行，將對環(huán)境的影響降到*低。

在開發(fā)模式上，劉年來認(rèn)為，低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)資源更分散，大規(guī)模集中連片開發(fā)將難以為繼，分散開發(fā)、就近接入、本地消納將是更可行的方式，分散式風(fēng)電將是發(fā)展趨勢。然而，對于這一開發(fā)模式，國內(nèi)罕有應(yīng)用案例，尚無成熟的經(jīng)驗可借鑒，很多做法還處于探索中。

比如與平原風(fēng)電項目相比，建設(shè)山地低風(fēng)速風(fēng)電場時，測風(fēng)工作必須做得足夠細(xì)致，讓風(fēng)資源數(shù)據(jù)更具有代表性，才能提高投資回報。這就對測風(fēng)塔數(shù)量和測風(fēng)周期提出了更高的要求。劉小松建議，至少應(yīng)該立2 座以上的測風(fēng)塔，并且觀測期限不能短于1 個完整年。

此外，技術(shù)環(huán)節(jié)也有很大的提升空間，需要企業(yè)加大研發(fā)力度，借助更先進(jìn)的技術(shù)手段提高機(jī)組的性能、可靠性，以及運維效率。

鑒于低風(fēng)速風(fēng)電開發(fā)在推動我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展中的重要作用，以及還存在以上環(huán)節(jié)需要完善，中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會將于6 月29—30 日在株洲舉辦“中國低風(fēng)速與分散式風(fēng)電開發(fā)論壇”，由業(yè)內(nèi)專家展開專題研討?！爸赃x擇株洲作為舉辦地，也是看中了湖南在低風(fēng)速風(fēng)電開發(fā)上的區(qū)位優(yōu)勢以及所取得的成績，希望以這種形式為湖南風(fēng)電企業(yè)和其他省份同行提供一次探討交流和分享經(jīng)驗的機(jī)會?！币幻麜?wù)組負(fù)責(zé)人解釋道。