风电龙头的微电网探索与实践

时光匆匆，打马而过，站在新旧更迭，年度更替的时间点上，对未来的展望是各行各业经久不衰的主题。最近，新疆金风科技股份有限公司（下称“金风科技”）董事长武钢向媒体表达了其对未来国内能源格局的看法：

中国能源发展问题必须要站在全国一盘棋的大格局下考虑；分布式电源是进一步推动能源灵活使用、提升清洁能源利用效率的必然选择；多能互补系统解决方案，风电、光伏、微燃机、地源热泵等多种能源与储能结合的综合能源系统将会成为灵活、方便、可靠、经济的供电方式。

金风科技北京微网项目

分布式、多能互补、综合能源系统以及与之紧密相关的智慧能源、智能微网等概念，早已是能源领域里备受关注的热点。近年来，以风电、光伏为代表的可再生能源装机规模迅猛增长，有关可再生能源的产业政策正朝着市场化的方向逐步调整，随着售电侧、增量配电业务的放开，智能微网已成为诸多能源企业战略布局的重点，金风科技便是其中的先行者之一。从宏观形势来看，微网的“春天”似乎已到来，但当梦想照进现实，却发现所谓的梦想仍需“再飞一会儿”。

先行者的闯关之路

在北京亦庄经济技术开发区的凉水河畔，一台2.5兆瓦的风机高高矗立。这份别样的景致是金风科技总部园区的显著标识，也是金风智慧园区智能微网项目中的电源之一。

金风智慧园区微网项目是国内首个兆瓦级的智能微网项目，项目一期建设内容包括一台2.5兆瓦直驱永磁风力发电机组、500千瓦光伏及2台65千瓦微型燃气轮机组成的冷热电三联供系统。储能系统采用了锂电池、钒液流电池、超级电容等多种储能方式，负荷运用于金风科技办公楼、生产车间、数据中心、体育馆等设施，3000余名公司员工享受着来自微网的绿色电能。

位于北京的金风科技智慧园区

金风科技是国内最早一批布局智能微网业务的能源企业之一。2010年，国内风电经历多年高速发展后，建立了全球最大的风电产业集群。彼时“弃风”尚不明显，光伏未成大势，凭借着深厚的行业积累，金风科技着手开展微网业务。“我们当时对未来能源发展趋势的判断是，电源方面集中式和分散式并存，电网方面骨干网架与微网互济。因此，金风科技很早就开始思考和研发如何在用户端实现高比例清洁能源的应用。”金风科技全资子公司北京天诚同创电气有限公司（下称“天诚同创”）副总工程师谷延辉如是说。

2010年，金风科技以北京亦庄总部园区为示范，开展了对智能微电网核心技术的研究。建设之初，没有指导意见，没有技术标准，没有统一的开发模式，甚至连微网的定义也未曾明确。在这样的情况下，该项目在核准流程、土地批复、并网支持等方面遭遇的挑战显而易见。“就拿备案核准来说，现在的暂行管理规定提到了源网荷分别备案和核准，但我们当年建设时相关部门尚未出台管理办法，加之风电和光伏的管理权限本身就不一样，因此核准难度非常大。”谷延辉说，“另外，当时分散式的概念并未普及，分散式风电审批极为不易。在建设成本上，微网中的很多单元，比如储能、光伏甚至风电在当时处于成本高位。也正因如此，该项目的建成具有重要的示范意义。”项目一期建成后，年发电量392万千瓦时，可再生能源占比32%，能耗总量下降约15%，节能率（折合标煤）14.3%。

2013年2月，国家电网公司发布《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》，分布式并网得到了明确的支持信号。2014年3月，金风智慧园区微网项目顺利并网。在风电大发而负荷处于低谷时，微网系统产生的余电可以返送电网。目前该微网系统每年可向大电网返送约40万千瓦时的电量，从大电网获取的电量约为800多万千瓦时。“并网型微网的特点是有大电网做电量保底，在北京或者工业园区等电网条件较好的地区，客户无须担心电能质量问题，不过同样的配置如果放在电网薄弱的地区，支撑能力便会被削弱, 需要考虑更复杂的技术问题。”谷延辉说。

随着园区用电负荷的不断攀升，项目二期建设加大了光伏和风电的容量，增加了微型燃动机以及水蓄冷装置。水蓄冷项目依托园区消防水池而建，利用夜间低谷电价时段的电力蓄冷，在白天高峰电价时段放冷，在为冷机提供可靠备用冷源的同时，还能满足园区空调供冷需求，进而实现电力的移峰填谷、节能降耗以及电网负荷侧响应功能。项目二期增容计划完成后，园区清洁能源发电与园区总耗电占比将达70%左右。

经过多年的研发与探索，金风科技在动态稳控技术、暂态稳控技术、智能负荷监控系统、微电网孤岛风光柴储燃控制系统等方面取得了阶段性的成果。“现在的技术水平较之当年已有很大的提升，技术已不再是制约微网发展的主要因素。”谷延辉说。

经济性从何而来？

除了亦庄工业园区，金风科技目前已开展与欧伏电气、嘉泽集团、江苏大丰工业园区等合作的微网项目，并不断从项目开发和运营经验中摸索提升经济性的有效途径。

国内首个商业化运营微网项目

金风科技大丰智能微网

江苏大丰工业园区智能微网项目是江苏省首个智能微网项目，该微网系统由1台金风自主研发的2.0兆瓦低风速风机、100千瓦微型风机、96千瓦光伏，540千瓦时铅炭电池储能系统，以及能量管理系统、保护系统、微网发电侧及负荷侧全覆盖监控系统等组成。该项目采取合同能源管理的运营方式，为江苏中车提供能源供应及节能管理等服务，项目建设已实现了赢利。“江苏中车是生产风力发电机组的公司，我们在做设计时充分考虑了可再生能源与负荷的匹配关系，微网绿色度达到27%。”谷延辉说。目前，江苏大丰微网项目年发电量约为433万千瓦时，项目收益率接近9%。

考虑到如今风电、光伏补贴加速退坡，以及用户更关注电价而非电力来源等因素，成本仍是影响微网普及的关键。随着竞价上网政策的落地，度电成本将成为衡量新能源市场竞争力的标尺。因此，在项目规划阶段，如何评估资源、选择高收益机组等成为商业化微网项目需要考虑的重点。

“客户的资信情况、负荷特点、项目所在地的资源情况、电价水平等是金风科技在开发商业化微网项目时考量的主要因素。比如大丰项目，风资源比较好，每年折合约2000小时左右，光资源超过1000小时，江苏工业园区的电价普遍较高，客户资信情况较好，负荷水平稳定，因此项目推进得较为顺利。”谷延辉说。

负荷侧监测控制系统是金风科技在用户侧的一项技术创新，并在江苏大丰工业园区项目的应用中实现了较为可观的收益。在实施大丰微网项目之前，金风科技微网项目组发现该工业园区中冲击性负载较多，功率因数较低。根据供电相关规定，功率因数一旦低于0.9，用户将面临罚款。

针对这样的实际情况，金风科技在微网的监控系统中安装了一个能够下探到具体负荷的电能质量监测装置，可实时反馈其用能情况并出具能效诊断报告。同时，针对电能质量功率因数低的问题，金风科技采用风机的无功调节能力，最终将该园区的功率因数提升至0.95。“功率因数超过0.9，供电公司会有奖励。从罚变奖，使得这项服务在大丰项目里产生了显著收益。”谷延辉说。

微网经济性更大的提升空间，在于负荷侧响应等辅助服务机制。谷延辉坦言，如果微网只通过增加设备来实现项目优化，而不能提供增值服务，收益率就难以提升。要实现微网经济性的提升，需要进一步明确更多的辅助服务机制，包括备用机制、主动调频、主动调压、黑启动、需求响应以及多样化需求的整合等，但这些往往也需要经济性驱动下的技术与市场需求的结合。

2017年7月，国家发改委、能源局印发《推进并网型微电网建设试行办法》，从政策上保障了微电网可以开展统一的分布式发电交易和售电服务。并网型微网对于分布式电源交易具有技术上的优势，其源网荷储统一管理的特性亦为其参与辅助服务市场创造了有利条件。但即便拥有政策的鼓励，在实施上仍然存在诸多困难。“如果市场明确了哪些辅助服务可以是可以做的，区域微电网群会很快地去响应政策，从而实现更好的发展。”谷延辉说。

除了布局国内微网业务，金风科技将眼光也投向了海外。“国外的电网结构和国内不一样，电源较为分散，大电网较之国内略显薄弱，对于微网的实际应用需求更迫切。”谷延辉说。

风光储之难点何在？

2017年5月5日，国家发展改革委、国家能源局下发《关于新能源微电网示范项目名单的通知》，28 个新能源微电网示范项目获批，宁夏嘉泽微网项目位列其中。宁夏嘉泽智能微网项目在某种程度上属于大丰项目的一个复制，该项目运用了金风科技自主研发的智能微网暂态稳控装置，实现了微电网的智能化、远程无人值守控制。项目位于宁夏吴忠市红寺堡区工业园嘉泽基地，尽管当地电价较低，客户负荷不算太高，但风、光资源极为丰富，这也使得该项目可再生能源渗透比更甚于江苏大丰。

金风科技宁夏吴忠红堡寺

工业园区嘉泽微网项目

和大丰项目不同，嘉泽微网项目可实现孤岛运行。较之并网型微网系统，孤岛型微网中的储能作用更为突出。近年来，储能技术虽有一定进步，但并未出现颠覆性的技术革新，储能系统价格仍然偏高。在微网中，如果储能占比过高而可再生能源占比相对较低，便意味着整个微网系统的经济性将大大降低。“现在政策要求风和光不能弃，但如果风光发电与负荷无法匹配，就只能上储能，目前光伏发电的成本加上储能后成本约是0.8~0.9元/千瓦时，这个成本传导到用户端便大幅提升了销售电价。所以说储能是个很美好的功能，但如果储能系统成本不降的话，从收益率的角度来说储能容量会受到很大的限制。”谷延辉说。

作为微网系统中最为重要的电源形式之一，分散式风电的容量大小直接影响其可再生能源渗透比的水平。但较之分布式光伏的迅速推广与普及，风机无论是在征地、安装还是环评等方面都更加复杂。“分散式风电开发的难点之一便是土地批复。由于国家对土地、林地的保护性政策，以及对生态红线的规避，分散式项目在选址上面临着众多问题。”谷延辉说。目前，我国分散式风电市场虽逐步向中东部转移，但由于各地的资源条件和经济发展状况不尽相同，推动其发展还需更多的政策细则。

记者在采访中了解到，分散式风电具有开发主体多、同等规模下项目分散但数量众多、开发流程与环节多等特点，这无形中提升了其开发的单位成本。2018年4月，国家能源局下发《分散式风电项目开发建设暂行管理办法》，释放出鼓励分散式风电发展的明确信号，从规划指导、项目建设和管理、电网接入、运行管理、金融和投资开发模式创新等方面进一步完善了分散式风电开发的政策与机制。但核准时间长、电网接入细则不清晰、接入容量有限仍是分散式风电发展的主要掣肘因素。简化流程规范，地方政府提供一站式服务，与电网公司更为密切的沟通是分散式风电开发商目前的主要诉求。

另外，相对于集中式风电，分散式风电还存在其特有的技术难点。首先，分散式风电对风机捕风能力的考验更高，其应用多为超低风速机型；其次，分散式风电对环境友好性要求更高，在风机噪声、电磁骚扰等方面的限制更为严格；第三，分散式风电在运输、安装等方面的成本上不具优势。“在运输和安装上，相对于集中式开发一个风场，分散式风电只运输吊装一两台风机，单位成本无疑更高。包括吊装平台的设计都需要根据分散式项目的吊装环境定制设计，”谷延辉说，“另外，还必须为项目并网配备涉网设备，但这样的设备成本如果让一两台风机去分摊的话，投入就太高了。”

相对于非技术成本，金风科技在机型设计、资源评估等方面已有成熟的技术手段予以支撑。金风科技研发的超低风机型风机可以在风速2.5米/秒甚至更低风速时实现并网发电。不同风速、湍流、切变大小的风况，需要采用不同单机容量、叶轮直径、塔架高度的机组，以实现项目最佳的发电能力与最低的投资成本。在机组方面，金风科技能够提供由小容量的1.5兆瓦机组至大容量的4.2兆瓦间的多种单机容量机型，通过搭配不同叶轮直径与不同高度的塔架，可实现从年平均风速4.8米/秒的低风速区域到至年平均风速10米/秒以上的超高风速区域，均实现项目的投资收益最优并满足项目的安全可靠运行。

在资源评估方面，金风科技通过激光雷达加大数据等多种技术叠加，能够在较短的时间内获得较为准确的风资源信息，同时通过仿真系统来判断噪音影响，并根据仿真结果进行定制化的降噪处理。

随着后补贴时代的到来，新能源领域尤其是光伏行业加速“洗牌”，其中的“阵痛”不言而喻。“牵一发而动全身”，微网虽“小”，却是多能应用、发配售一应俱全的完整体系。目前，全球微电网市场向亚洲转移，国内的市场空间潜力巨大，但在广阔的市场空间里如何耕耘，仍需政策进一步明确。随着新能源市场的不断完善，电力市场交易范围的不断扩大，微网发展或将迎来更多机遇。