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“十三五”启幕低风速风电规模化开发
高塔筒技术开辟低风速蓝海
2016-12-19 07:27  · 来源:中国能源报  · 作者:张子瑞  · 责编:新能源

  岁末之时,酝酿已久的《风电发展“十三五”规划》终于掀开盖头。与业内人士之前的预计一致,中东部和南方地区的低风速分散式风电开发成为“十三五”时期产业发展的重头戏。

  根据最新发布的《风电发展“十三五”规划》,“十三五”期间,预计全国风电新增装机容量8000万千瓦以上,其中,中东部和南方地区陆上风电新增并网装机容量将占到4200万千瓦以上,而“十二五”时期的主力——“三北”地区陆上风电新增并网装机容量则为3500万千瓦左右。

  “如果说,5年前安徽来安风电场的投运是我国低风速风电开发的试水和破冰,那么,‘十三五’时期,中东部和南方地区风电的规模化开发,则表明低风速时代的全面开启。”有业内人士对记者表示。

  在即将全面开启的低风速时代,对于整机制造商而言,比拼的将是更高超的“驭风”技术:如何通过技术创新将之前不具备经济开发价值的低风速区域变得具有经济性;如何在精益化运维的背景和全生命周期的视角下,帮助业主节约每一分成本,提升每一度发电量。

  低风速开发成重头戏

  在“三北”地区优质风资源区基本划分完毕和持续弃风限电的背景下,进军中东部和南方低风速区域已成为业内共识。

  《风电发展“十三五”规划》明确提出,加快开发中东部和南方地区陆上风能资源,将中东部和南方地区作为为我国“十三五”期间风电持续规模化开发的重要增量市场。

  与之形成鲜明对比的是,在刚刚过去的“十二五”时期,风电产业发展的重点是有序推进“三北”大型风电基地建设。《风电发展“十二五”规划》虽然提及“积极推动中东部及南方地区分散风能资源的开发利用,形成集中开发与分散发展并举的格局,”但显然,“十二五”时期风电装机的增量主力仍是“三北”大基地。

  中投顾问的行业分析人士对记者表示,随着风电技术的进步,6米/秒以下的风资源也具有了开发的经济性,但是中东部和南方地区的地形复杂多样,选址难度大,工程建设成本相对较高,运维成本也会相应增加。因此,要保证开发企业的内部收益率,尽量缩短投资回收时间,势必对低风速风电开发技术提出了更高要求。

  “低风速风电技术的关键是提高风电机组低风速环境下的风能利用率,降低度电成本。”一位风电开发商相关负责人告诉记者。

  高塔筒技术提升发电量

  今年11月,采用远景120米高度全钢柔性塔筒EN121-2.2MW超低风速智能风机分别在江苏滨海和江苏东台实现批量并网运行。12月初,跨国巨头维斯塔斯宣布在位于山东菏泽的李村镇风电场将应用137米的高塔筒技术。

  近来,单机容量越来越大、叶片越来越长、塔筒高度越来越高,已经成为风电行业一大趋势。而对于低风速风电开发而言,增加叶片长度和增高塔筒高度则是更充分利用风能资源,提升发电量的两个重要手段。

  业内人士告诉记者,从风中获得的能量与叶片扫风面积及风功率密度密切相关,加长叶片相当于增加了叶片的扫风面积,因而可以捕获更多风能,提升发电量。不过,叶片直径增加有其极限,过大的直径将会导致风机载荷增加、成本过大。

  一直以来,在中国风电市场,更倾向于利用增大叶片长度的手段提升发电量。“由于传统的全钢塔筒在增高的同时也面临着塔筒厚度、运输高度及重量、制作成本等方面的限制,导致传统的塔筒技术通常难以突破百米高度。不过,随着国内高塔筒技术的成熟,使得塔筒增高成为可能。”一位资深技术人士告诉记者。

  “目前我国低风速资源开发已从6米/秒下探到5米/秒,如何让低风速风电项目盈利成为风电技术变革中的关键问题。”远景能源副总经理王晓宇博士告诉记者,“远景通过整理全国数千座测风塔数据发现,有些低风速区域的风剪切系数超过0.2,甚至达到了0.4,这是可以产生价值创造的发现。以风剪切系数0.3为例,与90米传统塔筒高度相比,120米高塔筒技术能够提升300小时以上的发电收益。这意味着有更多的超低风速区域具备了开发的可能性和更高的经济性。”

  据了解,目前,我国高塔筒技术路线主要有全钢柔性塔筒和砼钢混合塔筒两种,全钢柔性塔筒以造价低廉、结构传统、供应链成熟、运输便利、吊装高效而著称,其优异的性能得益于智能风机高超的智能控制技术,而砼钢混合塔筒设计相对简单,对控制策略没有过多的要求,但其复杂的施工工艺和价格不菲的预制件成本压力会延缓这一技术路线的成熟期,施工队伍的可靠性以及成功的实践经验仍是当前行业的短板。

  没有任何一种技术是万能的。上述资深技术人士提醒说,在一些起伏山地等比较特殊的地形,增高塔筒不一定能获得更高的风速,因此,需要对当地的风资源和地形条件进行针对性分析,从而判断高塔筒技术是否确实能有效提升其发电量。

  柔塔对控制策略提出更高要求

  “就柔塔和钢混结构两种不同技术路线而言,其适用的风资源环境方面也略有差异。”上述资深技术人士对记者表示。

  不过,在多家整机制造商看来,决定两条技术路线市场接受程度的一个重要因素则是成本和经济性问题。柔塔技术当前在经济性方面更具优势,但也对整机商的控制技术提出了更高要求。

  上述资深技术人士告诉记者,柔塔技术在实施过程必须要解决好共振问题和摆幅问题。通常情况下,共振会引起机械和结构的变形和动应力,甚至造成破坏性事故,摆幅失控也会造成安全隐患。因此,在设计控制策略时,要使叶轮在运行时的转速跳过共振点。同时,要通过安装硬件或软件控制的方式解决摆幅的问题,使塔顶的摆动控制在一定范围内。

  据王晓宇博士介绍,远景能够在不损失发电量的同时,使120米全钢塔筒极具成本竞争力优势,这得益于远景智能风机控制平台2.0的先进算法技术:自适应智能控制技术、模糊智能控制技术、振动模态的辨识算法等一系列先进技术的应用。正是基于这样的先进控制技术,使得江苏沿海等地风切变大且变化剧烈的风资源区域也可以成功应用柔塔解决方案,甚至使得80米高度4.8米/秒的高切变区域也具备了开发价值。

  技术的创新永无止境。业内普遍认为,在低风速区域成为今后风电开发重点的背景下,随着运行业绩的增多、经验的积累,柔塔等高塔筒技术将进一步得到发展。反过来,高塔筒技术的进步也将进一步推动风电开发向更低风速的风资源区进军。

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