大唐集团杨镇庭：缩短前期工作对分散式风电开发至关重要

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。中国大唐集团新能源科学技术研究院资源规划室主任杨镇庭出席本论坛并作主旨发言。

以下为演讲实录：

大家早上好，首先还是很荣幸能有这个机会站在台上跟大家做这个交流，低风速超低风速是近两年非常热门的话题，当然也是很大的主题，今天我站在设计的角度从风能资源分析还有低型方案比选两个跟大家做个交流，目的也是抛砖引玉，希望能引发大家更多的思考。

开始我们首先要为什么探讨超低风速风电的开发，看一下国内近两年风电发展的方向。风电发展十三五规划的印发，从发展目标、发展原则、建设布局还有重点任务四个方面，给我国风电发展指明了道路，其中发展目标当中明确指出到2020年底累计并网装机量规模达到2.1亿千瓦以上，建设布局提出加快开发中东部和南方地区陆上风能资源，有序推进三北地区的风电，以上种种迹象都表明了我国稳步发展风电，促进能源结构调整的决定。

但是纵观行业环境并不如大家想的那么乐观，三北地区作为风电建设最好的区域，因为受到消纳问题的困扰，导致弃风限电较为严重。近近三年的预警结果，应该说2018年较2017年来说有一个改善，从过去的红六省变成了红三省，但是总体情况还是不容乐观。我国风电要持续发展装机规模必须要扩大，但是三北地区的开发建设又受阻，这势必导致我国的风电发展方向往中东部及南部地区区域，到了中东部及南部地区，我们遇到了新的开发挑战。首当其冲不同于三北地区土地辽阔、地势平坦，中东南部地区多为丘陵山地、地形条件复杂，随之给我们带来的问题是运输困难、开挖困难，最大的困难是建设成本高。其次三北地区地广人稀，多为戈壁荒漠，而中东部和南部地区因为城镇化比较高，人口密集，应该说进行过风电前期开发的同事对这个不陌生，特别是农田成了中东部和南部地区最大的问题，在该地区选址困难，风电难以成规模。同时地区的风能资源多为1到3级，风况复杂，随着风电近十年来飞速发展，为数不优质资源已经逐步开发殆尽，在未来低风速和超低风速成为我们开发的一个重点。风电竞争性配置政策对我们影响非常大，分散式风电不参与竞争性配置，可以在未来很长的一段时间内，我国的风电发展方向可能会聚焦于以下几个关键词。

一中东部及南部、低风速、超低风速、分散式风电。在知道了为什么以后，我们要卡一下对于低风速和超低风速风电应该怎么界定呢？应该说目前业界并未对超低风速风电有一个明确的定义，对于超低风速风电更是无从谈起，普遍存在以下两个观点。观点一风速低于6米的风电项目称为低风速风电，观点二低风速风电是指风电机组轮毂高度处年平均风速在5米3到6米5之间，年利用小数在两千小时以下的风电项目。我们暂且不对这两个观点进行评价，结合风力发电机组沼泽进行进一步的分析，应该说沼泽当中通过三个风速区间段把低风速风机分成了三类，分别是5米5以下为三类，5米5到6米为二类，6米到6米5为一类，现在结合我这边参与项目的审查还有一个设计经验，在在目前风机发展和风电场投资水平下，标准空气温度下。如果高度处年平均速在5米5以上，应该说绝大部分风电场发电小时数能达到两千小时甚至更高，但是当年平均速度低于5米5时，风电场开发投资风险将大幅度的增加，当年平均风速低于4米5时，基本上在目前水平投资收益是较难以保证。因此我们大致可以在现有风机发展水平下，用轮毂高度处年平均风速对低风速还有超低风速可开发风电的范围进行初步的界定，低风速风电是指轮毂年平均风速在5米5到6米5之间的风电项目，超低风速则是指年平均风速在4米5到5米5之间的风电项目。

我们都知道风电场是靠风和风机相互作用来进行发电的，因此在我们设计过程当中，风能资源分析以及机型方案拟定应该是我们的重中之重，首先来进行今天第一个讨论，就是风能资源分析。作为风资源工程师我经常会被问到以下几个问题，厂址没有建立测风塔，用中尺度数据能否进行风能资源评估，计算发电量，测风塔离厂址较远，测风塔数据停留几个月，会满一年，能否进行功能资源评估计算发电量。我们先不回答这三个问题，我们首先来看一下目前我们测风数据来源，大致不会超出下面三种类型。第一种类型是气象站或者中尺度数据，通常因为气象站与拟建风电场的距离较远，同时地形环境差异较大，通常用作初步分析和对比使用，而中尺度数据受限于工作原理、精度普遍偏低，仅能满足宏观选址的要求，现在市面上比较先进的激光雷达、声波雷达，因为其价格昂贵维护困难，受天气影响大等原因，常用作短期，最后难以使用，最后是测风塔，是目前风能资源获取的主要途径，测风塔是风电场最重要的设备之一，准确的测风数据是风能资源评估的重要依据，同时也是我们发电量计算的基础，如果测风数据不可靠将直接导致我们投资风险增加，这里可以下一个结论，风资源评估是没有捷径，具有代表性满一年测风塔将可以投资风险降到最低，到此为止似乎已经对上面三个问题有了明确的答案，但是我认为这是一个标准答案，并不是一个最优的答案。

首先下面三个问题的关键点并不在于能不能的问题，而是误差接受能力，未知的事物肯定有风险，现在研究结果表明对于单个风电场它的风速变化以理论发电量年利用小时变化数呈近似线的关系，假设投资方他能接受产量，就是电量的变化，它的误差可以5%、10%甚至更高，为什么不能用中尺度数据或者说用未满一年的测风数据进行风能资源评估呢？这里看一下实际的开发一个情况，之前也说过受到行业环境以及政策环境的影响，超低风速风电未来将会多以分散式方式出现，分散式风电普遍存在两个这样的特点，一个是规模小，一个是投资少，随着风电开发竞争加剧，对前期工作推进的速度要求也越来越快，前期高额的设立费用测风塔，难以忍受的一年周期，应该说都深深困扰着投资开发者，有的时候可能测风周期还未结束，你的开发权已经不再是你的了，因此我们想是否有一种方法可以缩短测风周期，并且使误差可控呢。

大家来看几种情况，假设现在我有一个风电场，它的地形海拔在50到60米，周边没有限制性因素，这个时候我问一句，这个风电场能否开发，相信业界最有经验的设计师也不敢说能否开发，如果此时我再加一个已知条件，这个风电场能否开发，可能有一些冒进的投资商已经开始在考虑这个问题，但是大多数人还是不为所动，如果我再增加一个条件，100米高度年平均速度为5米4，切周边与本厂址相似，这个能否开发，可能开始有更多人思考这个问题了，随着数据源增多，误差范围是在缩小的，同时投资信心也是在增强的。

这其实也是大唐新能源院一直在努力的方向，我们准备依托集团多年风电开发优势，将全国26个趋势，179个风电场，9500与八台风机，400余个测风塔，根据不同区域、不同机型、不同地形条件的统计分析，如果开发一个风电场，首先可以通过大数据的查询，得到你开发区域测风塔的情况，如果在没有把握情况下再加上短期验证性测风，或许可以在不设立测风塔的前提下使得误差范围逐步缩小，达到可接受的一个范围。我说的开发模式的变更一直导致我们开发思路有变化，传统的风能资源方法，时间上已经不太允许，不太适应于现有的开发模式，大数据的发展恰好弥补了这个缺陷，虽然目前为大数据使用存在一定局限性，对前期工作要求推进越来越快，这势必让大数据广泛的应用于风能资源评估当中，此时作为风电设计者，我们应该如何把设计经验与大数据相结合，把风能资源评估误差降低到可接受的范围内，这是我要探讨的第一个问题。

第二个问题是风机方案比选，目前为止我们在进行风机方案比选的时候，大致不会超过下面的步骤，在风能资源分析的情况下，综合构建一个比选方案，通过技术指标、经济指标综合择优以后得到最终的推荐方案，首先看一下技术层面的比选，我们都知道现在低风速、超低风速风电风机发展方向大致朝着大叶片、高轮毂高度去发展，我们在进行机型比选的时候，除了要考虑它的先进性和适用性，也不要忽略它的可比性，风机是靠捕捉风能来进行发电的，在单机容量相同的情况下，风轮直径越大扫风面积就越大，随之而来是捕风能力越强，风能利用效率越高，对于电机容量不足的机组我们应该怎么来比较，此时就要引用出单位千瓦扫风面积这个概念，我们近似把风机转动的平面看作是一个圆，用这个圆的面积去比上单机容量可以达到单位千瓦扫风面积，单位千瓦扫风面积越大，风能利用率越高。

市面上绝大部分机组不同单机容量、不同叶片长度的单位千瓦扫风面积对比图，举一个例子，图中红色虚线位置处，可以看到一个2兆瓦118叶片长度的机型跟一个2.5兆瓦131、132叶片长度的机型，在一个跟3兆瓦145叶片长度的机型单位扫风面积大致在同一条水平线上，这些不同单机容量不同叶片长度的机型，它们的发电效率，甚至说利用小时数大致在同一条水平线上，因此在构建比选方案的时候要注意一个问题，应该使比选方案处于同一条水平线上，使他们在技术层面有一个可比性，否则我们将会失去比选的意义，我在审查过程当中经常会发现有的时候我们的比选当中，五六种，其中总有两三种跟其他四种绝对不在一个水平线上，这样的比选方案是没有意义的。

下面看一下经济层面的比选，第一种对比其静态单位电度投资，第二种是静态单位千瓦投资，第二种对比内部收益率，但是大家有没有考虑这到两种方法对比的时候都存在一定的片面性，首先静态单位投资并没有考虑风电场整个生命周期、现金流的情况，仅仅考虑建设期的情况，对于内部收益率并没有考虑不同规模、不同投资以及不同收益的影响，这两种方法适用于一个风电场规模相同、投资差异不大的项目进行比选时可用，假设我们遇到规模不同、投资差异大的项目，我们怎么来比选。

这是一个实际的案例，大家一起来分析一下。这里有两个方案，一个是安装2兆瓦的风机十台，总装机容20兆瓦，第二种方案安装单机容3兆瓦9台，总装机容量27兆瓦，从表中可以看出方案一比方案二多了20个小时，此时我们试着对两个方案进行优劣的排比，当然有一个大前提，这两个方案同时都能满足基准收益率的要求，此时进行一个对比。假设此时用静态单位投资，可以看出方案二是低于方案一，所以方案二，如果对比电镀投资，方案二低于方案一，方案一好，如果对比内部收益率，方案一好，如果对比财务净现金值，方案高二，此时对比出现了一个矛盾，如果再生传统值，大家觉得方案一利用小时数也高，电镀投资也低，同时财务内部收益率高于方案二，我们应该推荐方案一。结果是否真的是这样，此时我们引用出一个概念，差额内部收益率的方面对它进行比较，把这个问题简化一下，在相同的条件下，我们追加投资四千瓦，去投资一个7兆瓦的风电场值不值，把内部差额收益率可以算出来，是大于基准内部收益率8%，因此说明我们追加投资扩大规模所带来的经济效益是满足基准收益率的要求，在现有风能资源较为紧张的前提下，适当追加投资扩大规模是有效的，因此综合上面这些最后推荐了一个方案二，可能很颠覆大家对于比选的结果。我们可以看出单一指标评判方案优劣是存在一定的片面性，对于风机的比选应该采用多个指标，同时结合项目开发情况综合进行评判，这是探讨第二个问题。

最后是简单的结束语，应该说政策行业环境的变化使我们风电开发模式发生了变化，它就像一场游戏一样，它的游戏规则已经发生了改变，而风电技术的发展又给我们带来了新的开发方法和开发思路，作为开发的设计者来说，我们应该转变思路，同时粗中有细，把握关键，这样才能跟上风电发展的步伐，这是今天我要交流的问题。这个是我在这么多年设计还有审查过程当中发现的，包括跟项目公司聊的时候发现的一些问题，今天就跟大家进行探讨，如果有不同意见的可以下来进一步交流。