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分散式风电技术创新解决方案

北极星风力发电网  来源:北极星风力发电网    2020/10/15 13:37:31  我要投稿  

北极星风力发电网讯:2020年10月14日,新疆金风科技股份有限公司产品及解决方案中心总经理助理王百方,在2020北京国际风能大会暨展览会(CWP 2020)上作了题为《分散式风电技术创新解决方案》主题演讲。

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以下为发言实录:

王百方:大家好!接下来我代表金风科技,针对金风科技在分散式技术解决方案和探索给大家汇报一下。

刚才鱼总说了过去“十三五”分散式从小到大、从无到有的发展过程,在这个过程中因为分散式单体容量比较小,包括并网要求各方面有很多挑战,金风科技在这个过程中针对不同环节的痛点进行了很多技术创新,做项目的过程中也积累了一些经验,接下来针对技术创新点和经验给大家分享一下。

首先回顾一下分散式风电,分散式风电在过去占比比较小,未来是非常大有作为的,去年风电协会秘书长秦主任说了分散式未来大有作为。从中东南部开发比例来看,中东南部未来技术可开发接近10亿,但现在开发比例才11%,福建占比最高也才26%,未来潜力是非常大的。因为中东南部很多区域受限于并网、负荷、环保、耕地、林地的要求,所以分散式比例会比较高一些。

右边这一块是前段时间电促会做了一个预测,到2025年装机量的预测,现在为了响应国家碳中和的战略,大家了解到今天上午做的风能宣言,那个比这个还宏大一些,每年要装5000万的量,如果未来做中东南部分散式比例会比较高,在这里到2025年“十四五”期间增加2千万分散式的量,如果把大盘子放5千万,这个量更多,接下来这几年分散式发展会非常大。

从另外一个角度,我们对比一下国外发展趋势,就像欧洲德国,德国装机量因为受限于整个国土面积远远小于我们,但是装机的密度来看,我们不到德国六分之一,德国乃至整个欧洲发展风电基本上只有两个发展方向,第一是分散式,第二是海上风电。从国外经验来看,中国在中东南部发展分散式这块市场是非常大的,并且这个过程中可以借鉴欧洲同仁怎么开发分散式风电的经验。

这是按照过去规划超过1900万,如果按照“十四五”的规划,据我个人预测可能要乘以二、乘以三,分散式的量才能满足“十四五”规划的目标。

中东南部这些区域有什么特征呢?这一块大家做开发都知道,这些区域风速比较低,都是中低风速,第二受限于耕地、林地、渔业,受这些影响限制或者环保限制,一般用地比较紧张。第三和三北地区很不一样,这些地方经济比较发达属于负荷中心,同时因为人口比较多,可能会有噪音、光影相关的限制,这些都是我们要做分散式大规模开发要解决的一些痛点。

政策层面,从2011年开始提分散式这个概念的时候,一直到现在2020年,到今年分散式各个方面的政策相对来说已经比较成熟,尤其是现在政府规划未来整个大能源规划——风光水火储发体化与源网荷储一体化,会极大促进分散式风电开发,解决了不仅是单独分散式投资收益率的问题,还解决了分散式配套其他商业生态的问题,像电网的问题、负荷的问题,也会极大促进分散式风电的开发。

关于分散式风电可能很多人理解是什么呢?理解是这几个机位那几个机位,我们走审批程序还是和集中式一样,大家为什么会有这种印象?因为过去占比比较多都是类集中式的场景,类集中式的场景是什么?是全额上网,可能过去一个集中式项目分几个分散式项目开发,这本质还是集中式项目,因为地理特性或者其他限制变成分散式的项目,但其实还是全额上网,当前70%是这种模式。还有30%的模式是自发自用余电上网,这些是面向工业园区或者是农网一些区域,或者做示范项目,未来随着整个电网包括电力交易和负荷侧的源网荷储一体化的推进,自发自用余电上网的模式会更多。

还有一个促进因素是过了明年,分散式的补贴没有的时候,电价没有优势的时候,我们需要负荷侧、消费侧高电价支撑整个项目的收益率,所以从2022年开始自发自用余电上网的模式比重会逐渐增加并且增加比较快。

针对分散式风电开发主要面临什么困难呢?总的来说这么几个困难,第一资源评估比较困难,因为是分散的、零星的点,可能这儿有几台那儿有几台,针对这种地方立测风塔第一成本比较高,第二代表性不足,如果不立风塔代表性更不足,对投资收益率的影响和项目评估影响非常大。

第二限制因素比较多,因为我们有很多限制因素,所以我们才会做分散式,但是这种限制因素来自哪些呢?第一像山东、河南很多区域,可能靠近负荷侧,对噪音或者环保有一些限制,另外是电网相对比较弱,对并网要求比较高。

第三分散式整个项目造价要求比较严,因为建设成本单体容量比较小,做塔筒、基础、吊装施工很多难以摊销,所以单体项目建设成本比较高。按照现在分散式的审批和集中式是一样,你可能跑两三台和你做二三十台的审批程序是一样的,这也是直接限制分散式发展的一个情况。

这也是我刚刚提到了2022年没有补贴,分散式审批有放的比较开的趋势,那时候是自己想用电,自己自发自用,自行选择建风机、光伏、储能,自己选择做这个事情了,光伏为什么会发展那么快?其实跟审批手续有很大关系。

最后因为分散式项目,各个项目容量比较小,接入点也比较多,所以运维、检修这块成本居高不下,单独围绕这几台机组配套运维人员不划算,包括备件库之类的。

针对这几个挑战,接下来我介绍一下金风科技相应的技术创新和解决方案,总体来说从四方面,即旗舰产品、源网融合、运维保障和数字化支撑来支撑整个分散式风电的开发,从而实现最后整个项目高覆盖开发、高质量建设和高收益资产。旗舰产品主要介绍风机,这是分散式项目成败最关键的地方,第二跟建设相关是预制式变压站,第二是源网融合,因为分散式到未来一定跟负荷紧密结合,所以主要介绍针对负荷预测和微网,第三运维保障,刚刚我提到运维成本比较高,我们针对这个地方更多是模式的创新,一个是资产托管,第二是共享运维,区域代运维;第四数字化支撑,这是支撑解决方案提升效率和节省成本的措施,第一是整个风电厂规划选址和建设的数字化平台,第二是怎么提升不同技术在不同地方的适应性。

首先是旗舰产品,因为我们在不同区域,它的要求都是不一样的,风不一样,可能对于塔架高度和运输条件都是不一样的,这要求不同项目风机容量是不一样的,金风科技有1S、2S、3S、4S、5S,针对分散式解决方案的改造,从而能够适应全国不同地区要求资源情况。然后是针对不同塔架高度适应不同地区的要求,有些地方像中原地区风比较大,切变甚至都到0.4,我们怎么获得更高收益呢?把塔架拉的越高越好,做的越高越好传统钢塔有很多限制,我们就可以采用钢混塔和构架式,构架式风机下面可以种一些农作物。钢混塔通过分片可以解决运输问题,极大减少项目造价。像欧洲和德国风机都是混塔,可以做到140、150、160米一样。背后原因是,第一机位比较有限,第二一定把容量做上去,风不好的时候只能把塔架高度做上去,欧洲走的路线是高塔架、高功率、小叶轮。第三涉及到征地,有必要把电器都放在塔筒内部,就是一台风机,风机就可以直接并网,因为我们交付是风机,没有其他附属设施就可以并网,对于分散式发展是至关重要的。

第二是升压站,升压站工厂化生产到现场组装,而不是过去按照项目化做升压站。工厂化是什么?通过工厂化设计和生产到现场直接进行拼装和组装,这样可以实现即插即用,减少占地面积,增加项目施工的效率。

第三是源网融合,这是未来提升分散式发展非常关键的途径,也是非常重要的方式,扩大分散式的市场份额。未来大趋势一定要与负荷侧结合,很重要一块是做负荷预测,我们过去更多关注发电侧的预测,如果要与负荷结合在一起,要对负荷进行预测,发电侧和负荷侧进行非常好的匹配,尽量减少对于电网的依赖度,减少电网调度的难度,尤其是对于很多项目电网相对来说比较弱,弱电网支撑能力是很关键的。微网,一个小环境都可以运行,风光水火储一体化整个项目,多余的电可以并网,最大要求基本上要做到电自给自足,余电上网。

第四是,运维,分散式都是单体项目容量比较小也比较分散,我们怎么能够解决这个问题呢,很重要一块是资产托管,针对很多开发分散式项目一些业主和客户来说,建运维团队不划算、建备件库也不划算,刚刚提到发电量收益也有很多不确定性,我们采用资产托管的方式,核心是两个,一个是收益,一个是付出,针对收益可以提供基于发电量风速担保,收益可以分享,针对风险的部分可以提供系统性运维方案,把相应成本有一个兜底,这样可以保证业主的收益,总的来说收益是共享的,业主和金风科技共享,风险是金风科技独担。

区域代运维方式就是共享运维方式。我们要发展分散式风电,一定要在过去做集中式风电基础之上,如果不在那个基础之上重新发展一套体系代价是非常大的,所以我们做共享运维,针对全国已经建立集中运维的经验和体系来支撑整个分散式的发展。

以金风科技为例,我们在全国备件库有2200多个,包括还有很多服务点,我们做分散式项目的时候,运维完全可以用现有集中式风电厂做运维,这样整个运维成本代价是非常低的,待会儿我会介绍,我们能把分散式运维成本降到六分之一到十分之一的成本。

最后是数字化支撑,一块是数字化平台,我们评估有很多困难,不管找测风塔还是踏勘这都是对工作量非常大的挑战。我们针对这一块有虚拟测风技术,基于周边测风塔的情况以及以往项目的情况,再加上激光雷达,可以把本需要测风塔很长的时间进行缩短,就可以大大缩短测风周期的同时提高测风的精度。

在仿真的时候,风机的排布,要考虑相邻风机、村庄和森林的情况,需要非常精准的仿真,我们有快速高效高精度的仿真平台,可以把风机与风机之间、风机与环境作用关系尽快计算出来,从而找到整场最优的方案,在开展风电场设计的时候需要探勘、需要做道路优化,包括吊装运输这些关键点,我们有一个Goldwrf平台可以通过无人机进行踏勘,从而提升整个项目的效率和质量。

风机在不同区域、不同点位、不同环境要求也是非常多的,有些地方要求发电量比较高,有些地方风比较复杂,对叶片净空是比较大的挑战,有些地方对于噪音有很大的要求,这样风机必须要具备灵活的能力以适应不同环境要求,我们做先进的控制算法可以进行自学习,不同点位根据环境信息和自身状态信息一定把自身潜力全部发挥出来。同时先进控制算法,将风机与风机之间、风机与村庄等之间的影响考虑进来,把发电能力提升到最大,同时针对可能有风险的区域或有风险的点,基于有一些先进感知手段来保障避免扫、噪音之类的问题,最终来实现整个风电场的友好性。

以上是针对整个分散式风电解决方案不同环节的挑战以及应对一些关键性的技术进行介绍,下面我介绍金风科技在过去做的一些项目情况,供大家参考。过去在分散式这一块项目做的比较少,2019年中国分散式风电(分散式、分布式、智能微网)新增装机容量为300MW;累计装机容量达到935MW,金风科技累计装机容量为626.2MW,占比67%。

这里70%项目是类集中式进行开发的。刚刚提到负荷预测,这个项目涉及到风机、光伏、储能和超级电容,通过这种方式解决当地并网的问题,因为有负荷预测和发电预测,匹配有一套微电网控制保护系统,最后保证电能质量是高于电网提出的要求,这是一个示范性项目。

这是我们在北京亦庄园区做了智慧园区示范工程,这个园区包括两台风力发电机组,屋顶有光伏,有三个形式的储能,加上燃气轮机作为备用电源,解决了园区70%用电问题。同时给电网进行售电,考虑了发电和售电预测,最后保证售电的最优。

这是在土耳其的一个项目,他们是一个大型用电需求,因为直接是负荷式用电,这种审批在国外是比集中式容易审批,中国未来也会有是类似一个情况,我们提供用两台3.4GW风机和提供20年的全服务,对于业主来说不需要懂风机只需要用电,所以提的是只要投资做风机最后提供一个电源,风机的运维是我们进行全服务,这个项目收益率是20%以上,它大概四年左右就可以还本。

这是我们在国内一个分散式项目,这个项目是单体容量比较小,我们跟附近其他集中式项目的运维结合在一起,因为跟集中式项目进行了共享,这个项目运维成本跟类似其他分散式项目只有十分之一。

这是数字化支撑的项目,在这个地方因为地形也是比较复杂,所以在做设计的时候采用了虚拟测风技术,用周边的项目来评估这个地方风资源的情况,同时用goldfarm对厂址进行优化,项目造价降低了非常多,运维跟集中式项目运维进行共享,这个运维成本也是分散式六分之一左右。

你们看到这个图知道项目痛点是什么,这个项目周边离厂区非常近,光影和噪音的问题,针对这个项目采用的是扇区控制,在特定时候解决区域光影和噪音的问题。

刚才我介绍那么多是金风科技针对分散式风电各个环节设计的痛点,我们提供相应的技术创新,跟大家进行了分享,在后续整个分散式发展需要全行业大家一起来做,因为它需要解决的风电场的开发、设计和运维,这是一个全链条,需要大家共同努力,谢谢!

(根据速记整理,未经本人审核)

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