金风科技李明辉：预计2020年年平均速度小于6.5米的低风速资源占比将超65%

2018年10月17日-19日，2018北京国际风能大会暨展览会（CWP 2018）在北京新国展隆重召开。本次大会由中国可再生能源学会风能专业委员会、中国循环经济协会可再生能源专业委员会、全球风能理事会、中国农业机械工业协会风力机械分会、国家可再生能源中心和中国电子信息产业发展研究院（赛迪集团）六大权威机构联合主办。

“分散式风电开发技术论坛”于10月19日上午召开。新疆金风科技股份有限公司高级系统工程师李明辉出席本论坛并作主旨发言。

以下为演讲实录：

各位参加本次风能大会的业界同仁大家好，今天非常高兴有这样的机会与各位分享金风科技为低风速风电场开发所提供的解决方案。刚才两位领导已经就分散式风电包括低风速，包括项目比选做了阐述，接下来就我们金风低风速风电场开发的整体解决方案跟大家介绍一下。首先讲到低风速风电，不管是讲技术还是解决方案都不能脱离整个风电市场发展的概况，其实我们可以看一下，根据前面两位介绍的，根据国内装机区域风资源变化的情况，可以看到明风电装机的热量，中东部向南部转移。根据推测和现有手头数据的推测，预计2020年年平均速度小于6.5米的低风速资源占比将超过65%。对于低风速风电场首先对于一个风电场开发需要确保就是风电场的发电量，其实就是开发的收益。

如果是面临到南方低风速山地项目，其实我们可以看到，山地项目地质复杂，道路建设困难，运维难度大。金风科技提供精细化方案，从风电场前期设计到整个风电场吊装、建设，到后期风电场运维，或者是可靠性等等，其实都是为了降低我们整个风电场从建设到运维整个全生命周期综合成本的情况。对于像丘陵、山地、风资源复杂、部分可能像江苏、山东虽然地势平坦，但风气变高，这种情况下可以通过对特定项目风资源进行精益的选址包括定制化的设计，这也是各个开发商强调的解决方案。如果像南方存在一些海拔差异大，在一些区域其实还是会受到弃风限电影响，像这些区域首先是通过提高机组在低风速区域发电的效率，来保证低风速段的发电量，提升项目收益。另外一方面降低机组的自用电，因为我们知道机组在不发电的时候，为了保证机组内各个器件正常的运行，为了实时热身，其实机组从电网有一定的用电，早期如果在三北区域，每年等效标准小时数达到三四千的时候。业主对于场用电或者自用电没有那么深刻，目前我们发现在低风速尤其是超低风速项目的时候，业主会非常精细的抠到每一台机组自用电的情况，我们整机厂尽量降低自己用电，提升整个项目的收益。

金风科技作为国内最早从事风电的整机企业，我们看到从2012年金风率先推出了93/1.5这样一款能够满足年平均风速6米到6.5米情况下的项目开发收益，到后面推出121/2.5，以及到2015、2016年整个都是市场上的爆款机型，115/2.0以及121/2.0这两款机型，随着风电技术进一步发展，金风科技在2017年推出了平台化多叶轮直径、多额定功率等级的系列机型，我们叫低风速四代机，可以看到叶轮直径从131米到140米以上，然后额定功率有2.2、2.3、2.5，也包括3兆瓦以上的平台是我们更大叶轮的直径，包括前天发布的155/3.3兆瓦机组，也是目前国内陆上最大叶轮直径的低风速机型。可以看到金风科技推出一系列的低风速机型，截止到2018年9月，我们累计合同业绩已经超过了14200台，这也是一个非常好的成绩。

前面说完了机型的情况，下面看一下两个实际的案例，这是我们引用了2017年江苏省对他整个省区内风电场做了排名。江苏临海风电场二期采用的是50台金风115/2.0兆瓦机组，会看到它在2017年的时候在江苏升整个区域风速排名第26，发电等效小时数是排名第3，可利用率排名第3，我们可以看一下2017年8月到2018年7月的数据，在等效平均风速5米6的情况下，我们实现了等效标准小时数2650个小时。一般像早期风电开发，包括到现在一般风电场等效小时数2000是我们评估的基准线，像这样的风场能够非常好保证业主的投资收益。接下来看江苏大丰项目，采用同样是115/2.0机型，100米轮毂高度，它在2017年风速排名第20的情况下，发电小时和可利用率排名双第一，在整个江苏省区域，同样2017年8月到2018年7月会看到它在等效风速5.9米每秒的情况下，实现了超过2800的等效标准小时。

下面说一下单机，不论怎么样，我们的分散式风电也好，低风速风电也好，超低风速风电也好，所有电还是来自于机组。首先通过机组的技术确保能够最高效率的获得风能，如果说到低风速，我们就要考虑两个问题，你更多的风能怎么样获得，怎么降低损失。这个地方可以看到，我单机的转换出来的电能是与叶轮处分的3次方和机组所在地CP，最后是机组的能量转换效率，也就是因为像叶轮，通过旋转，对于机组后面的电器，包括发电机，把机械能转换为电能，在这个过程叫机组的能量转换效率。如果当风速降低的时候，我们是通过更高的塔架、更大的叶轮直径，如果是一些项目受限，我们会选择大容量的机组，最重要直驱机组整个传动的形式，结构更加简单，尤其在低风速段或者0.6额定功率以前，整机传动效率稍微高一点。

中国气象局风能太阳能资源中心所发布了一个各省区风能资源的情况，中东部和南方基本属于低风的密度区域，包括前面讲到高塔架、大叶轮、大容量、高传动效率以及微风并网。为什么说高塔架获得更高的风速，我们引入风切变系数的概念，平面风速随高度变化的趋势，一般对于我们国内的趋势来说，大部分属于正切变区域，可能在新疆附近有一些在小风段出现负切变，但是国内绝大部分项目都是属于正切变，随着塔架高度越高，平均风速也会越高。

这是个案例，我们选取10台机位，其中5台采用85米轮毂高度，5台是100米轮毂高度，那个项目已经超过两年多的数据，那5台100米比85米发电量高出10.%，可以看到15米塔架高度的提高能够带来10%年发电量的提升，非常可观的收益。欧美主要的整机厂商它的叶轮直径塔架高度分布从2014年到2015年，在欧洲已经出现了164米的钢混塔架，到现在国内的高塔架技术也在不断的发展和演变，包括像金风科技已经实现的140米全钢柔塔的批量运行，其实还有桁架式塔架就像高压线路的高压塔，在江苏有一个桁架式塔架的样机，还有纯混凝土塔架，对于金风科技来说在新疆是有一个50台100米纯混凝土塔架的项目已经并网运行。

非主流的一些塔架技术，目前主流来说一般对于全钢柔性塔架或者混凝土差价，因为全钢会提出更高的要求，就意味着整机载荷和强度的负荷越来越大情况下对于柔塔提出更高的要求，但是相对来说它的生产制造的过程比较简单。吊装比较迅速，是非常适合在平坦的厂区和简单风区的项目条件来使用，但是假设如果我们是一些项目它是在湖边，可能是有汛期的影响，这个时候钢混塔架是非常好的解决方案，整个混凝土段能够起到把整个机组基础抬高的过程，比如在夏季汛期机组仍然可以并网运行，其实金风第一个钢浑项目在湖北，后来因为环保政策的原因，项目会发现了一些变化。但是我们从当时在2016、2017的时候，洪水已经淹掉一部分塔架的时候，项目都是稳定运行的。直驱技术实现更宽的最优CP风速跟踪范围，进一步提升低风速机组发电的能力，可以看到在2016年美国发布的全球风电市场分析报告中间，对于金风115/2.0爆款机型评价，采用全新设计概念额定功率下最佳叶轮跟踪技术。

下面看看环境适应性，当整个风电项目开发向负荷中心或者人类居住密度更高的区域转移的时候，其实一方面是环保，环境条件对机组提出了更高要求。另外这个环境不仅仅是讲的机组的运行的自然环境条件，包括机组核项目对于居民居住环境的影响。其实可以看到，像南方山地或者是丘陵地区防雷、冰冻、噪音、防火都是对机组设计和运维提出更高的要求，比如防雷云南、贵州机位都位于山顶的位置，一旦发生雷暴，机组一定会被击到。金风科技所有机组整机防雷设计是参照最高一级的设计要求来完成的，但是即便如此，我们也会监测到一些在贵州的项目。比方监测到雷电流达到了700安，如此对于强雷暴区域，我们金风机组还会要通过，一方面整机电控性能防雷性能，还有对于叶片去加强它的导电金设计，这样能够确保叶片的安全，一般机组率先被雷劈坏的是叶片，最严重导致叶间的开裂损坏。

现在大家知道国内对于绿水青山的要求，包括整个机组建设和运维之间污染源，用的油脂类比较少一些，整个对于环境风险更好。防火随着早期风电机组的运行时间的增加，一部分设备的老化，其实在近几年风电机组着火的事故发生比较频繁，要求我们机组的防火设计从传统的被动向主动来转变。噪音是所有整机厂和业主曾经面临和正在面临的痛点，尤其在一些项目受机位点选址限制的情况下，不得不会使得一些机位点与居民点距离不够，导致居民的噪音投诉，这个时候一般风场主要产生噪音的机位肯定会被停机，必然会带来发电量的损失。风力发电机组运行的噪音主要有几个来源，叶片噪音、偏航系统过程摩擦的噪音，还有整个发电机或者是变流器散热系统的高频噪音，其实对于叶片噪音来说，其实是我们最重要的低频噪音来源。

对于金风科技采用，锯齿尾缘是我们采用比较多的措施，通过实际的验证能够降低2到3DP分贝的水平，对于很多项目来说，尤其是一些机位点距离居民点两三百米距离的时候，光有锯齿尾缘是不够，就不得不采用夜间降功率或者降转速运行的方式。因为叶片气动噪音最主要还是跟翼型和额定转速相关，比方像国内的噪音厂区的1类标准夜间要求噪音更低，这个时候为了确保机组安全和部件的承载能力，这个时候机组会采用降功率运行的方式，不管是国内外的整机厂商，都是采用相同的策略。如果到日间噪音压力没有那么大，我们可以适当的提升机组的额定功率，这个时候尽量去弥补因为夜间降功率运行而造成发电量的损失，对于发电机和变流器散热器的噪音，它是位于机舱内部，但是变流器位于底部，对于两三百米开外噪音影响的光线其实不会太多，但是我们也是通过可以增加一些额外的消声器的设计，降低整个机组的运行噪音的水平。

下面一起看一下整机的环控控制，我们都知道现在整个空气质量，比方家里面大家都配备了新风、空气净化器，确保室内环境的清洁。对于机组同样，这个是所有机组进行开发设计之初，都会完成整机的建模仿真，这个除了传统的控制载荷强度以外，其实还包括机组的内环境的风道仿真和热气流的仿真，通过这种仿真之后能够对环境进行参考，整个舱体的密封包括机组风道设计，确保机组在现场运行期间不会出现还没有超出我的设计标准。但机组已经宕机的情况，对于整机厂商和业主来说都是不希望看到的情况，如果对于潮湿有盐雾环境的情况下，首先用一个除湿机，这个不光是机组内的除湿机，包括变流器内小除湿机，确保小环境的湿度。如果对于海上环境，大家可以看右下红色虚线框出来，那个是在金风率先在3S机组里面滤芯净化处理系统，这个如果用在海上，可以选配盐雾滤芯，能够确保机组内部所有的空气是经过去盐雾，这样也是避免了因为盐雾的附着产生老化腐蚀的情况。

冰冻尤其在南方，包括在山东、浙江都会出现的特别频繁，金风科技是IEA TASK 19的整合厂商，寒冷空气在北美和欧洲的情况整个占比是比亚洲要多，所以在丹麦和德国，差不多90年代已经开始了，相当于裂变除冰系统的应用，对于金风已经用了小批量应用的阶段，小批量吊装，如果机位特别狭窄区域，可以采用车板吊装，能够将产地面积节省原来的一半。

最后跟各位阐述一下对于整个风电场和单机来说增容提效的方案。对于低风速风场选址和风资源评估提出了精益化和高精度的要求，结合整个系统建模，包括通过已经投运机组仿真分析，结合气象、地理、流体、机组状态多学科跨平台数据的学科，目的是为了提升整个风电场发电效率和运维的水平。能巢2.0它的目的其实就是实现从单机到风电场，到场群的性能优化，通过在一个厂群增加厂群控制器，在样板机组、标杆机组上面增加激光雷达测风，增加载荷传感器，能够通过实时测风数据，通过外部的环境条件以及通过电网的调度与数据的影响，来实现整场发电量的提升，其实在我们的能巢1.0版本里面最主要包括切除风速厂址化设置、智能矫正，以及额定功率测试。我们在讲到所有增容提效措施的时候，必须是有针对性，对于所有的风区，精准对空都是具备价值如果这个项目是属于低温新风区，可以在寒冷条件下适当提高机组峰值功率，其实能够提升一部分发电量，如果这个项目属于高风速项目，高高速如果占比达到一定比例，可以使用延迟切风的方式，这是在金风内部几个项目，根据不同机型和叶片型号所提出来的测试，这都是我们内部报告展现出来的数据。除了增容提效以外，可以通过在风电场选用VMP系统减少无功补偿设备的投资或者降低它的使用比例，相当于通过VMP系统能够挖掘直驱系统能力，能够实现我们的目的。

最后和各位说一下我们的智能运维，金风科技是国内最早从事风电企业，我们积累了非常多运维的资料，包括数据，我们通过对这些数据的分析，已经实现了基于实时数据采集、大数据云平台的分析和处理，对整个的从项目的运维，包括项目的运行、维护和故障处理，包括大部件预警等等，提供了一整套智能化的解决方案，这里时间关系就不再做详细的陈述，说到最后，作为金风科技来说，我们有超过20年风电行业的从业经验，希望通过我们的努力，致力于为全球的清洁能源和环保行业提供总体的解决方案，也是希望通过各位业界同仁和领导的努力，能够像金风宣传语一样，为人类奉献白云蓝天，给未来留下更多资源，谢谢大家。