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全国首座整场大规模采用高塔的平原风电场调查:低风速风电吹出高效益了吗

2020年09月16日 06:34   来源:经济日报   经济日报·中国经济网记者 王轶辰

  随着《风电发展“十三五”规划》将低风速分散式风电开发作为产业发展的重点,平原地区低风速风电场建设逐步提速。由于低风速风电发展空间巨大,业内甚至将其称为风电产业下一片“希望的田野”。未来,平原地区低风速风电能否再次打开风电产业增长空间?低风速风电能否实现平价上网?产业发展还存在哪些瓶颈?为了回答这些问题,经济日报记者近日对全国首座整场大规模采用高塔的平原风电场——汤阴风电场进行了采访调研。

  2.17亿千瓦、2.16亿千瓦,这分别是今年上半年全国风电和光伏发电的累计装机量。5年前,这一数据分别是1.29亿千瓦和4318万千瓦。随着装机增速连年放缓,原本具有先发优势的风电产业正面临被光伏产业反超的局面。好在随着风电技术不断进步,平原低风速风电场迎来快速发展,逐步打开了风电产业未来的成长空间。

  图为河南安阳汤阴风电场。

  风电开发向平原地区转移

  驱车从河南省鹤壁市向北出城,驶上京港澳高速不久,三五成群的高大风机便映入眼帘,在豫东平原上格外显眼。由于风速较低,我国中东南部的风电场通常修建在风速更高的大山上,像这样在人口稠密的中东南部平原上修建风电场并不多见。

  作为全国最具代表性的平原低风速风电场,由中国华能集团有限公司投资建设的河南安阳汤阴风电场让人们看到了低风速风电产业的市场潜力。该风电场一期工程安装有69台远景120米高全钢塔筒、2.X平台智能风机,装机容量15.18万千瓦,2017年9月投资建设,2018年12月并网,实现了良好的经济和社会效益。

  “一般情况下,平均风速达到每秒6米以上才具有风电开发的技术条件,因此在七八年前,我们认为河南并不具备开发风电的条件。”中国可再生能源学会风能专委会秘书长秦海岩起初并不看好平原低风速风电发展。

  秦海岩的顾虑有其原因。此前,我国风电建设主要集中在高风速的“三北”地区(西北、华北和东北)和中东南部山地,这些地区的风资源都明显好于平原地区,且这些区域往往地广人稀,建设环境良好。

  近年来,随着风电技术进步,平原低风速风电场迎来快速发展。10多年前,在每年风电新增装机中,中东南部只占20%,其余大部分是在“三北”地区;但近三五年来,中东南部地区占比已经达到了60%至70%,风电项目建设总体开始向中东南部转移。

  谈及转移原因,秦海岩认为,一是“三北”地区电源建设比较多,而当地用电负荷有限,产生了一些弃风限电问题;二是中东南部是我国电力消费中心,有利于风电消纳。“以前风机技术不具备经济性,但是近几年随着风机控制策略和智能化水平提升,塔筒增高、叶轮直径增大、单位千瓦扫风面积增加,以及制造成本降低、效率增加,平原地区、低风速地区也具备了开发条件。”秦海岩说。

  在人口密集地区大规模开发分散式风电其实早有先例。德国跟我国中东南部地区情况比较类似,其风电开发以小规模分散式风电为主,并没有大规模发展风电基地,德国98%的风电场风机数量不超过5台。但在这种模式下,德国风电装机仍然高达6000万千瓦,单位国土面积装机量达每平方公里175千瓦,反观我国中东南部装机密度高的地方也仅为每平方公里20千瓦。

  中国工程院院士、原中国工程院副院长杜祥琬表示,近年来,风电产业在认识上发生了转变,原来认为按照中国的能源资源禀赋,只能靠西电东送发展,现在则认为,只要中东南部充分利用好风光资源,完全可以实现能源自给。

  “中东南部风资源理论上是没有‘天花板’的。”秦海岩说,对风资源的调查评估显示,在中东南部地区,地面风速定到每秒6米以上可以实现2亿千瓦装机量;地面风速定到每秒5.5米以上保守估计可具备10亿千瓦的开发潜力。

  事实上,自国家能源局印发《关于加快推进分散式接入风电项目建设有关要求的通知》以来,经过政策催化与技术积累,我国分散式风电已呈现加快发展特点。去年,黑龙江、内蒙古、广西、河南、安徽、青海等省份新增分散式风电核准容量1120万千瓦,超过集中式风电。其中,2019年新增并网容量73万千瓦,主要分布在黑龙江、河南、内蒙古和辽宁等地。

  图为汤阴风电场升压站。

  技术进步推动平价上网

  行走在汤阴风电场,可以很清晰地发现风机的特别之处——塔筒更高,叶片更长。对于这样特殊机型的选择,华能集团河南分公司总经理助理廖毛雄表示,在风速条件方面,河南平原地区的要求比“三北”地区要低,且风切变较高(高空风速更大)。为了捕获较高风能,需要选择更高塔筒、更大叶轮直径即单位扫风面积更大的风机。

  记者了解到,汤阴风电场项目设计年平均风速低至5.62米/秒,采用远景2.X平台120米高度全钢塔筒低风速智能风机,该机型可最大程度地发掘和利用河南平原地区高切变风资源优势。

  随着风电技术快速进步,资源优良、建设成本低、投资和市场条件好的地区,已初步具备与燃煤标杆上网电价平价的条件。今年是我国陆上风电国家提供补贴的最后一年,为提高风电市场竞争力,去年5月我国公布了2019年第一批风电平价上网项目。今年以后,中国陆上风电将主要以无补贴平价上网形式发展。

  未来,能否提高经济性,实现平价上网,是平原低风速风电能否大规模推广的关键。据远景能源有限公司高级副总裁田庆军介绍,汤阴风电场建成已有两三年,属于我国比较早期的平原风电场,采用的是第一代平原风机,特点是“双120”,即120米的塔筒高度加上121米的叶轮直径,这种技术特点在当时还无法实现平价上网,基本是在原有国家补贴的基础上实现经济价值。

  不过,按照当前的技术能力,实现平价上网已不是难题。远景能源根据平原地区风资源高切变特点,把塔筒的高度从以前的80米、90米抬升到了120米、140米甚至150米。风机叶轮直径也不断加大,用于增强风机扫风面积,获取风资源的可开发性。

  田庆军说,远景能源去年推出的第二代平原风机是“双140”,140米高的塔筒搭配141米叶轮直径,基本实现了准平价。今年推出的第三代平原风机是“双150”,150米高的塔筒加上156米叶轮直径,在平原地区可以有效地把风资源大幅度提升,从而实现平价上网。

  以第三代平原风机为例,如果搭建3兆瓦150米塔筒156米叶轮直径的风机,年发电利用小时数可以在现有2.2兆瓦121米高塔筒风机基础上提升800个小时,达到3000小时以上。在单位造价7500元/千瓦情况下,可以将全生命周期千瓦时电成本降到0.3元/千瓦时,对比河南0.3779元/千瓦时的标杆上网电价,意味着一台3.0兆瓦的风机,平价上网以后每年纯利仍然可以接近150万元,经济效益非常可观。

  “随着技术不断创新,新材料、新控制算法应用会让未来的风机更加高效、发电量更高。”田庆军表示,以现有技术而言,在未来一两年内,中国几乎所有的中东南部省份都可以实现平价上网,其中500多个县是平原县域,初步估算平价上网后可供开发的平原项目有1亿千瓦以上。

  廖毛雄认为,由于中东南部地区人口稠密,未来制约风电发展的主要因素是环境制约,而不是技术与经济因素。此外,地方政府能否批准建设更多风电项目,对风电行业而言是实现可持续发展的关键因素。

  风电场成了网红打卡地

  “刚开始以为这个项目会对生活造成不良影响,没想到却成了风景区。”谈起自家门口的风电场,河南省安阳市汤阴县宜沟镇香寺村村民张树亮对家门口的风电项目竖起了大拇指。如今,汤阴风电场已经与周边环境融为一体,与自然和谐共生。

  记者发现,在风机塔筒设计上,该项目改变了传统白色烤漆设计,取而代之的是创意涂装。图案选用了汤阴精忠报国、甲骨文等文化元素和太行山水画面,宣传的是地方文化和人文景观,这在全国尚属首创,也让风机成了文化艺术品和网红打卡地。

  走进风电场升压站,映入眼帘的不是简陋的厂房,而是一座古色古香的建筑,建筑内部独具现代科技特色的控制中心将古今、科技、环境等元素相融合。在汤阴风电场的上空也看不见传统风电场密布的杆线,场区内7条集电线路全部以地埋电缆形式铺设,不但保持了空间环境特色,也为政府后期规划留足了空间。

  “在人口密集的平原地区修建风电场,最大的难题是与当地群众和政府沟通。”廖毛雄说,群众觉得项目占用了土地,政府认为影响了环境,因此在这些项目建设中,应考虑如何做到协调发展,解决风电项目与自然环境和谐发展。

  平原低风速风电场普遍面临土地资源紧缺的挑战,如何合理规划并使用有限的土地资源非常关键。田庆军表示,在项目规划阶段,华能做了大量准备工作,充分调查拟规划区域的土地可利用性,随着项目输入资料的完整性和准确性不断提高,华能采用自主研发的格林威治云平台,在给定的限制性因素下对可开发区域做精细化资源评估及收益复核,通过平台智能寻优最终产生最优微观选址方案,在少占用耕地的前提下实现项目效益最大化。

  据了解,平原地区修建的风电项目在土地复耕后,一个机位仅需占用100平方米空间,建设期还能帮助当地实施道路硬化,完善路网建设。在景观设计方面,风机上可做的文章也不少。“风机的大塔筒既可以彩绘,也可以做电子屏。随着风电行业发展,未来的项目创新一定会层出不穷。”田庆军说。

  此外,对于没有资源优势和交通优势的贫困地区而言,发展风电是拉动经济发展,实现脱贫致富的有效手段。秦海岩透露,一个行政村只需要拿出200平方米土地,安装两台3兆瓦风机,在平价上网前提下,一年可为村集体贡献近300万元净利润。

  “所以说,风电不仅能够解决当地能源结构调整的问题,贡献清洁电力,带动县域经济发展,还能给当地创造一个新的人文景观,促进旅游业发展,助力美丽乡村建设。”秦海岩表示,让更多群众接受风电,这样风电的发展空间就打开了。

  对于风电产业下一步规划,水电水利规划设计总院副院长易跃春表示,中东南部区域靠近电力负荷中心便于消纳,是近期风电开发重点区域之一,但受限于风能资源与土地资源影响,今后将以协调风电发展与生态保护、促进低风速利用为工作重点,不断提升风电在当地能源结构中的比重。(经济日报·中国经济网记者 王轶辰)

(责任编辑:冯虎)

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