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下一个蓝海,分布式风力发电和智能微电网
来源:中国农机工业协会风能设备分会 编辑:风能产业网 时间:2017-05-16 Tag:

随着生活水平的提高,用电需求也随之增大,特别是分布式发电、微电网等应用领域的拓展,风力发电机组的需求也迅速增加。在中型机组应用领域,一方面是小型机组的发电容量、可控性等不足以满足需求,另一方面是大型机组的运输、吊装、运维、电网接入等问题难以解决,中型机组为覆盖小型机组与大型机组之间的市场需求空白而出现,其应用及技术发展直接来源于市场需求的驱动。
适合大型机组的风场资源越来越少,也有很多地区的风资源条件适合大型机组运行,但电网接入条件、电网容量或运输及安装条件等却不能满足大型风场的开发或建设,这部分的资源同样非常丰富。同时,世界范围内仍然有很多区域还无法实现电网覆盖且迫切需要解决供电问题。相比之下,中型机组由于运输及安装条件要求不高等特点,可以在山区、海岛等地方便捷地安装,组成单台离并网独立供电系统、单台或多台并网系统或多台小风场等各种方式,充分利用风能资源和解决供电问题。
中型风力发电机组介于小型风力机组和大型风力机组之间,目前并没有一个明确的学术定义,其技术方案也横跨小型机组和大型机组两大标准体系。根据传统的定义方式,更多的人接受按照功率等级划分,如北美将100kW以下都定义为小风电机组,IEC定义风轮扫掠面积200平方米以下(约为50kW)为小风电机组,在我国业内通常将10kW~100kW的机组称为中小型机组。
目前,中型机组正以其适中的发电容量、方便的运输安装要求、多样化的系统配置方案,在商业发电(分布式发电)、微电网等领域发挥越来越大的作用。同时,随着多种应用的逐渐深入,市场需求也对中型机组提出了更高的要求,中型机组的技术发展本身就是一个不断识别市场需求和满足市场需求的过程。机组是项目应用中的重要组成部分而非全部,市场最终是以项目整体投资回报作为评价依据。以下就中型机组的二个典型应用及其需求趋势做简单先容。
一、分布式商业发电应用
虽然国内少有针对中小型风力发电机组的扶持政策,但在国外,许多国家和地区制定了各种政策以鼓励中小型风力发电机组并网发电等应用,越来越多的客户开始采用中型机组并网发电,逐步形成了一种相对完整的商业投资模式。与小型机组相比,中型机组适中的发电容量更适合商业投资,不仅适合个人投资,还适合企业或组织投资。中型机组的需求也完全由扶持政策所引导,需求功率等级多集中在扶持政策规定的上限,如意大利的60kW及以下、英国的100kW及以下、日本的20kW及以下、台湾地区的10kW及以下、美国的100kW及以下投资税收优惠和项目补贴等。各个国家和地区对于中小型风力发电机组的鼓励政策源于分布式发电的自然优势,新能源接入成本低、电网接入要求不高以及可以直接利用现有的配电网络。当然,对可再生能源的关注及绿色环保也是政策因素之一。
分布式商业发电应用作为一种商业投资方式,对中型机组的需求影响来源于几个关注焦点:全项目成本、全生命周期成本和投资风险控制等。
在分布式商业发电应用领域,全项目成本主要包括设备成本与项目运作成本,设备成本并非投资成本的全部,而项目运作成本很大程度上与机组额定容量的相关性又比较低,其所占比重又较大,这决定了分布式商业发电应用对中型机组的需求并不仅仅限于技术本身。基于项目资源的稀缺性,在满足政策法规要求的前提下,市场需要更高的年发电量以提高单位项目收益,也就是说在额定功率满足政策条件的情况下,市场更关注的是风电机组年发电量。因此对于中型机组的需求越来越关注低风速的发电量,即在厂家标定相同的额定功率条件下,风轮的直径越来越大,额定风速越来越低。如60kW机组的风轮直径从最初的18m、增大到21m、23m、24m甚至25m,其根本目标是提高单位项目的年利用小时数,摊薄项目运作成本,降低资源门槛,扩大投资范围。大家也看到越来越多的大风轮直径机组加入到商用发电应用,如上海致远的FD21-60kW风轮直径21米、FD16-19.8kW风轮直径15.6m、Endurance 50kW风轮直径19.2m、gaia 11kW风轮直径13.3、Northernpower 60kW风轮直径24m、C&F 51kW风轮直径20.8m等。这些机组对应额定功率的额定风速已经降到9~11m/s,对应年平均风速5~7m/s的常规风资源场地,与那些对应额定功率的额定风速超过13m/s的机组,发电量明显提高。这种低风速化的趋势在设备利用效率上可能并不是最优的,但是在市场需求中,这种趋势是一种市场综合选择。
风力发电投资本身是一个长期投资行为,全生命周期成本在商业发电应用中主要体现在运维成本控制。在国外,中型机组类似于大型风电场运作模式,已经逐步建立起相对规范的运维体系以保障投资收益的可持续性。当运维服务逐步演变成一种可以盈利的长期业务时,机组的可靠性和维护成本也成为市场选择的重要评价标准。
投资就必须控制风险。在中型机组商业发电应用领域,国外已经建立了一套相对完善的测试、认证评价体系,对企业而言既是技术壁垒,同时也是品质验证手段。一个良性发展的行业,需要有规范的评价体系,能够在公平的评价体系基础上有序竞争。比如在意大利除了CE认证和风电机组噪音测试以外,逆变器还要通过CEI0-21认证。要进入国际市场,上海致远的FD21-60、FD21-100不仅完成了IEC61400标准的噪音测试、性能测试,还通过了ETL、CEI0-21、G59等测试认证,FD16-19.8,FD16-19.7,FD8-9.8三款机型获得了日本ClassNK 认证,成为全球唯一一家三款机型获得此认证的厂家。
中型机组在国外的商业发电应用已经建立起从政策激励、需求筛选产品、测试认证、运维服务、融资服务、保险等各环节构成的完整应用链,以全项目成本、全生命周期成本、投资风险控制等为关注焦点,进一步促进了中型机组商业发电应用的良性循环。未来我国针对中小型风力发电机组的扶持政策也会考虑这些因素,配套的测试、认证、服务等也需要完善和建设。
案例参考之一
安装机型:上海致远FD21-60风力发电机组(有SCADA系统)
安装情况:2014.9安装于意大利
运行情况:根据意大利的补贴政策引导,目前市场需求多集中在60kW机组。该机组风轮直径21m,额定风速10m/s,额定功率60kW,安装地点年平均风速约6m/s,该项目机组运行32个月,总发电量为:494740(kWh),平均年发电约18.6万kWh,良好的项目整体投资回报是市场推广的关键因素。
参考案例之二
安装机型:上海致远FD16-19.8风力发电机组(有SCADA系统)
安装情况:2016.10安装于日本
运行情况:根据日本FIT的补贴政策需求,扫风面积小于200平方米,补贴55日币。该机组风轮直径16米,额定风速9m/s,额定功率19.8kW,年发电量预计81500kWh(年平均风速6m/s),按此计算IRR(内部收益率)为:11.2%。
二、微电网应用
中型机组的另一个典型应用是微电网。近几年,微电网的发展越来越快,中型机组作为一种重要的分布式发电设备,在微电网中的应用也越来越多。微电网应用可以说是离网商业发电应用和集中供电应用的技术升华。对于微电网应用而言,中型机组除需要具备商业发电应用和离网集中供电应用的要求外,可控应该是微电网应用对中型机组提出的最基础的要求。机组必须服从微电网智能控制策略调度,自动服从整个微电网状态动作指令,一切行动听指挥。这其中包含两层含义:一方面,机组必须时刻服从微电网的调度指令,比如即便是在额定风速以上,要关机就得关机,要开机就得开机,要限制功率就得限制功率,要输出无功就得输出无功;另一方面,机组在服从微电网调度指令的同时,还必须实现对风电机组的安全控制。因此,这就要求中型机组多一些主动控制,少一些被动控制,机组运行状态时刻在掌控中。如同行所述,对机组的要求就好比是驾驶员要求汽车一样,想开就开,想停就停,这应该就是对机组可控性最通俗的说明。
案例参考之三
安装机型:上海致远FD21-100风力发电机组(有SCADA系统)
安装情况:2012.4安装于韩国济洲岛
应用方式:韩国电科院微电网项目
运行情况:该机组风轮直径21m,额定功率100kW,采用主动变桨距控制。最初采用韩国产第三方逆变器,控制效果不甚理想,系统一直不能顺畅运行。后更换为上海致远逆变器。机组可以自动接受微电网的调度指令,可以根据指令在全工作风速范围内实现输出功率控制、无功调度、启停控制等功能。在满足微电网调度的同时,机组运行安全稳定。
综合中型机组的典型应用及其发展,需要大家从不同的角度去审视中型机组的需求趋势,毕竟,产品是为满足需求而存在的。中型机组都是在一定的应用中存在,追求机组自身的成本最优、效益最优固然是风力发电技术发展的最重要动力,但更重要的是,机组本身并非完全孤立,有很多主观或客观的限制存在,这也将影响技术发展方向。全项目成本、全生命周期成本、风险控制等关注焦点或许可以帮助大家把技术和产品的发展方向拓展到一个更大的范围。一些需求趋势对风力发电设备本身而言可能并不是最优的,但是对最终需求而言,却恰恰可能是优化的。从中型机组的应用和需求趋势中或许可以梳理得到以下几点以供参考,也应该适合其他类型机组的应用:
(1)以项目的整体投资回报作为评价依据,而不仅仅单纯考虑机组成本
(2)更好的低风速发电性能(中小型风电机组安装地点的年平均风速很难达到一类或二类风资源,三类和四类为主要可利用资源)
(3)更合理的机组评价标准是年发电量而非额定功率(MCS认证和欧美行业协会并不十分关注额定功率,而是以年平均5m/s发电量作为评价标准,并且离网应用中高风速时的发电也并无太大的意义,从应用需求来看更应该关注年发电量,忽略额定功率)
(4)更规范的测试认证评价体系(各国协会都有评价体系,我国已经建成相应测试场地,行业协会将会积极推动对风力发电机组的测试认证工作,保证为客户提供安全可信赖的产品),上海致远FD16风力发电机组在日本ClassNK认证中发电量最大(详见TC-0016T TC-0018),比同类机型发电量高28%。同时FD8-9.8机型对应TC-0014.
 (5)更安全更可控(性能和耐久性测试认证及安全标准的实行是保证)
中小型机组只有不断满足市场需求,充分借鉴国外经验,才能快速推动我国中小型风力发电的政策建设,在此基础上进一步推动行业发展,形成一个良性循环。

来源:上海致远绿色能源股份有限企业
 

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