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新时代风电发展方向的六大预测

  发表时间:2019年09月11日  点击数:112 次

  随着全球能源互联网战略的快速高效实施,我国风电等可再生能源发电规模和消纳能力不断增加。国家发改委在2016年印发的《可再生能源发展“十三五”规划》(简称《规划》)中指出了到2020年非化石能源在一次能源消费总量中占15%的总体目标要求,其中风电装机达到2.1亿千瓦以上,风电开发重点体现优化布局和消纳的原则,风电项目进一步向具备消纳条件的地区转移,同时针对部分地区出现的弃风限电比较严重的情况,提出了解决风电消纳问题的明确要求。

  从2016的《规划》到2018年《关于实施可再生能源电力配额制的通知》(征求意见稿)这三年期间,国家部委以及地方政府陆续发布不少风电相关政策。从这些政策分析,风力发电在电力市场交易、生态环境保护、风电开发布局、风电先进技术、智能化发展以及海上风电等方面将会出现“革命”式的发展。

  市场交易 大势所趋

  开启竞价上网机制,促进实现平价上网

  2018年5月国家能源局发布《关于2018年度风电建设管理有关要求的通知》,要求从5月18日起,对集中式陆上风电项目和海上风电项目通过竞争配置方式组织建设。同时主管部门放开了对风电项目的“照顾”,推向竞争性市场。这标志着延续数年的风电标杆电价政策在这一年画上句号,中国风电迎来产业发展史上最大变革——竞价。

  2019年伊始,国家发改委、国家能源局发布《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》(简称《通知》)指出,随着风电、光伏发电规模化和技术快速进步,在资源优良、建设成本低、投资和市场条件好的地区,已基本具备与燃煤标杆上网电价平价(不需要国家补贴)的条件。同时,从规模管理、电价补贴、电量交易等多个方面,明确了对光伏、风电平价上网的支持。

  作为2019年出台的第一个关于支持风电、光伏发展的政策,《通知》为新能源带来了增量市场,加快推进平价上网项目成为风电、光伏建设新增量,加速新能源成本下降,提升无补贴项目投资收益,逐步扩大平价上网区域范围,加快全面平价上网进程,极大提振了行业的信心。未来,风电、光伏有望告别政策补贴依赖,“跑步”进入平价上网时代。

  风电降电价是大势所趋。早在2015年底,国家发改委发布《关于完善陆上风电、光伏发电上网标杆电价政策》,确定“十三五”期间新能源发电补贴实施“退坡”机制。根据相关规划,到2020年,风电与煤电上网电价相当,即所谓的“风火同价”,平价上网。2018年风电招标单价有的低至0.2~0.3元/千瓦时,较之多年前0.8元/千瓦时的水平降了一半还多。

  但是推动平价(低价)上网项目并非立即对全部风电、光伏发电新建项目取消补贴,现阶段的无补贴平价(低价)上网项目主要在资源条件优越、消纳市场有保障的地区开展。目前,在资源条件优良、建设成本低、投资和市场条件好的地区,风电、光伏发电成本已达到燃煤标杆上网电价水平,具备了不需要国家补贴平价上网的条件。

  开启竞标机制,引入市场竞争,好比打开了潘多拉魔盒。面对多变的市场环境,将不得不冷静思考,今后在新的政策环境下,风电“竞价”上网将有效减少非技术成本和弃风率,提高项目收益率,降低财政补贴压力,加速平价上网步伐。平价上网后,风电行业将作为能源结构中的重要组成部分,进入全新的高速发展阶段。

  可再生能源配额制落地实行,促进绿色电力证书交易

  我国已向世界承诺,2020年和2030年,我国非化石能源占一次能源消费比重分别达到15%和20%,2030年碳排放达到峰值。建立可再生能源配额制(简称“配额制”)和绿色电力证书(简称“绿证”)交易制度,正是我国促进可再生能源发展、推动能源体制变革、实现非化石能源消费目标的重要途径。

  据中国绿色电力证书认购交易平台网站统计显示,截至2018年6月,我国核发风电和光伏绿证累计超过2180万张,27185张的实际成交量仅占核发量的约0.12%。作为“完善可再生能源支持政策和创新发展机制的重大举措”,由国家发改委、财政部和国家能源局联合推出的绿证交易制度被定义为“有利于促进清洁能源高效利用和降低国家财政资金的直接补贴强度,对凝聚社会共识、推动能源转型具有积极意义”的绿证,却陷入了一种“无人问津”的境地。

  2019年5月15日,经历三轮公开意见征求,国家发改委、国家能源局联合印发《关于建立健全可再生能源电力消纳保障机制的通知》,至此,可再生能源电力配额制尘埃落定。

  这个既有中国特色又有国际元素的消纳保障机制,一方面对各电力市场消费主体的市场行为予以约束,另一方面通过超额消纳量交易、绿证自愿认购等市场化方式,给予市场主体适度激励,平衡全国范围内可再生能源消纳差异,实现配额义务的有效履约,这将有望让目前严峻的可再生能源消纳形势出现大改观。

  落实政府计划的配额制与可再生能源证书市场交易制度相结合,可有机地统筹政府规划与市场效率,是促进可再生能源发展的变革性机制,有利于促进可再生能源发电成本的降低,加快可再生能源补贴退坡速度。以配额制的手段盘活绿证交易市场,以绿证的方式保障可再生能源的消纳,两者相辅相成,共同促进新能源行业的可持续发展,为平价上网时代的能源和电力市场赢得了新的发展空间。

  环境友好 深入推进

  习近平总书记曾多次强调“生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计”。在我国环境容量有限、生态系统脆弱,污染重、损失大、风险高的生态环境状况还没有根本扭转的现实下,任何一个产业的发展稍不注意就会对环境产生严重的破坏。

  风电属于清洁的可再生能源,充分利用可减少对常规石化能源的消耗,符合国家生态文明建设、能源发展战略和世界能源发展方向,是安全、可再生、可循环使用、具备规模化发展的高性价比能源。风电场向大气排放的污染物为零,实现固体、气体零排放,对保护大气环境有积极作用,尤其对改善目前的雾霾天气有积极的作用。

  但是随着风电的大力发展,风电对生态及环境的负面影响也逐渐凸显出来:风电项目施工过程中的环境保护、水土保持、生态恢复等问题;风电场运行中光污染、声污染、电磁污染、视觉(景观)污染、化学污染、海洋污染等,都会使包括居民、鸟类、森林植被和气候在内的群体受到不同程度的影响。

  2018年3月国家林业局发布的《在国家级自然保护区修筑设施审批管理暂行办法》指出,禁止在国家级自然保护区修筑光伏发电、风力发电、火力发电等项目设施。9月国家林业局和草原局起草的《关于规范风电场项目建设使用林地的通知(征求意见稿)》,重点指出风电场建设中土地林地等使用要求和注意事项等。

  针对风电与环保的冲突问题,也相继有大省试行生态环境损害赔偿制度,河南省成为“领头羊”,第一个发文2018年正式全面试行该制度,接着是福建省,最近江苏这一沿海大省也发布了《江苏省生态环境损害赔偿制度改革实施方案》。事后弥补不如事中控制,事中控制不如事前预防。进入2018年来,国家部门(国家林业和草原局)、福建、山东、山西等纷纷出台相关政策明令禁止,将环境治理及水土保护作为质量红线严格要求。

  随着国家及地方政府不断出台环境保护政策,绿色生态发展理念已经深入风电建设的各个环节。在风电场建设中,坚持“节约优先、保护优先、自然恢复为主”的方针,结合近自然设计和近自然施工技术、在项目全生命周期内实现项目开发与当地生态和人文环境的融合;推进基于智能集控系统的无人/少人值守风电场建设,减少由于人的活动对于风电场生态环境的破坏,缩短项目生态恢复期;在无人值守的前提下,实行区域化运维,并在运维、检修过程中加入生态监测和生态补偿的环节,帮助加速风电场周边区域内的生态恢复以及保持生态平衡;推进基于硬件的快速无功及电压控制技术,提高机组自身的高电压穿越能力,提升并网适应水平,建设环境友好、电网友好型风电场。

  “绿水青山就是金山银山”,风电的发展需要兼顾环境,我国风电产业发展正逐步走向成熟,随着技术经验进一步提高,制度、标准和规则更加明确,相信未来风电建设过程实现效益和生态并重毋庸置疑。

  因地制宜 普遍共识

  中电联发布《2018年前三季度全国电力供需形势分析预测报告》中提到:通过因地制宜发展分布式光伏、分散式风电,以开发项目为依托,既助力清洁能源发展,又可切实促进地方经济社会发展、基础设施建设、百姓就业,大力提升能源惠民利民力度。

  《国务院关于印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》提出,有序发展水电,安全高效发展核电,优化风能、太阳能开发布局,因地制宜发展生物质能、地热能等。在具备资源条件的地方,鼓励发展县域生物质热电联产、生物质成型燃料锅炉及生物天然气;内蒙古因地制宜使用供暖热源;宁夏自治区科学规划风电场布局和规模,鼓励企业引进推广微风发电技术,建设满足区域供电需求的小型风电项目,形成集中开发与分散开发相结合的风电发展格局,引导企业在项目开发地就近发展风机、叶片等装备制造及新能源检修基地;甘肃省组织全省风能资源详查,优化风电开发布局,坚持集中式与分散式并举,因地制宜发展生物质能、地热能等;山东省按照“统筹规划、陆海并举”的原则,围绕山东半岛东部、北部沿海、海上风电带以及鲁中、鲁西南内陆山区风电带,科学有序推进风电规模化发展,并以青岛、烟台、东营、潍坊、威海、日照、滨州等市为重点建设高端海上风电装备制造基地等,从这些国家及地方政策可以看到,因地制宜发展风电建设已经成为各级政府及风电企业的普遍共识。

  未来的风电发展将会根据风资源分布、地形地貌、配套政策等方面的区域性差异进行因地制宜的个性化开发。在区域发展的宏观层面上,根据不同地区的资源条件、政策导向可定制集中与分散并举的个性化风电开发模式。

  因地制宜发展风电建设不仅可以确保长远能源平衡,保持能源发展的可持续性,还可以充分发挥各地区的能源优势,缓解不同种类发电方式之间的矛盾。还将大大减少对周围环境的污染,起到利用清洁可再生资源、节约不可再生的化石能源、减少污染及保护生态环境的作用,具有明显的社会效益和环境效益。

  技术引领 日益凸显

  近年来,风机制造在大容量、长叶片、高塔筒、精准测风等技术方面有了较大的突破。此外,基于大数据、云计算、物联网的智能智慧风电场技术也有了长足进步,增强了机组在低风速条件下的盈利能力,为风电项目提质增效、降成本、提升设备可靠性以及环境适应性等方面奠定了坚实的基础。

  风电机组大型化趋势

  目前,正在运行的最大容量风电机组为Vestas公司V164 8.0兆瓦海上风力发电机组。对于10兆瓦风电机组,开展前期研发的研究机构很多,其中已经完成概念设计的公司有Windetec、Clipper、Sway、Windpower、联合动力等。另有一些研究机构已开始预研20~50兆瓦巨型风电机组。

  此外,适用于低风速、极低风速的风电机组风轮的大型化趋势也十分明显,其中主流的1.5兆瓦和2.0兆瓦风电机组风轮直径变化趋势如图所示。同时随着风轮大型化,塔筒高度也从90米增长到120米,部分项目已经采用140米塔筒,部分厂家正在研发160米塔筒。

  风电机组与风电场管理智能化趋势

  风电机组智能化技术与整机设计技术结合,研究风电机组的最优运行和控制规律,通过智能化的控制技术减少和避免风电机组运行在极限载荷和疲劳载荷,是风电控制技术发展的主要方向之一。

  此外有资料预测,2050年电能或将占到终端用能的60%左右,形成以电力为核心的终端能源供应系统。因此,以风电技术为代表的新能源技术也是未来能源互联网技术的雏形,其智能化技术发展是未来能源互联网控制技术的基础组成部分。

  风电机组与储能技术结合

  电力系统是一个动态平衡系统,发输变电与配用电必须时刻保持平衡。而风能是一种间歇性能源,且风速预测存在一定的误差,因此风电场不能提供持续稳定的功率,发电稳定性和连续性较差。大容量储能系统与风电机组结合,可以有效抑制或缓解风电的波动性,减小风电对电网的影响。只要储能装置容量足够大而且响应速度足够快,就可以实现任何情况下系统功率的完全平衡,从而达到一种主动致稳的状态。

  智能发展 势在必行

  互联网和大数据技术在风电场设计、运维阶段将发挥重要作用。

  在风电场的规划阶段,在全球气象数据GFS等数据的基础上,通过WRF算法,结合气象局数据以及测风塔实测数据进行加密修正,在风电项目宏观选址阶段,立塔测风之前实现对规划地区资源情况、风电场发电量以及经济性进行较为准确的评估,对风电项目前期工作可以起到重要的指导作用。

  微观选址阶段,利用复杂地形风电场微观选址软件进行复杂地形风电场风资源分析与微观选址工作。针对国内风电场的实际情况,采用CFD算法设计、湍流尾流模型建立、资源参数设置、与其他软件模块接口调试等多个核心技术,实现测风数据处理、生成地形拼接与计算域网格、进行风资源分析与风机出力计算系统及风电场优化选址,并使用容量系数分布图代替风功率密度分布图进行微观选址。

  智能管控运维是风电发展趋势。风电场群远程集中监控技术,通过视频监控、设备状态监测、电网智能化等先进技术手段,逐步实现风电场实现少人值守或无人值守、远程控制;通过大数据挖掘技术,优化风电场运行、设备故障预判、设备状态分析、事故分析处理、数据报表统计、风资源状况评估等,实现智能管理,效益提升。

  海上风电 迎来爆发

  我国海上风能资源丰富,5~25米水深、50米高度海上风电具备2亿千瓦的开发潜力,5~50米水深、70米高度具备5亿千瓦的开发潜力,另外近岸潮间带、深远海也具备较为丰富的风能资源。近年来我国海上风电异军突起,装机规模连续5年快速增长,已跃居全球第三。

  经过11年发展,截至2017年,中国海上风电新增装机容量116万千瓦,累计装机容量达到279万千瓦。海上风电场实现多点开花。行走在江苏、福建、广东等多个省份的海岸线,都能看见白色风机的身影。随着开发技术和产业链实力的持续进步,我国海上风电稳妥推进。2018年中国海上风电新增装机容量116万千瓦,累计达到363万千瓦。预测2019年中国海上风电累计装机容量将达423万千瓦,未来五年(2019~2023)年均复合增长率约为26.02%,预计在2023年中国海上风电累计装机容量将突破千万千瓦,达到1067万千瓦。《中国风电发展路线图》中明确提出:2020年前,积极有序开发陆上风电,开展近海风电示范;2021~2030年,陆上、近海风电并重发展,并开展远海风电示范;2031~2050年,实现在东中西部陆上风电和近远海风电的全面发展。

  目前我国核准在建海上风电项目稳步推进,装机规模不断扩大,海上风电关键技术取得突破,并具备了一定的海上风电运维经验,产业服务体系不断完善,同时在海上风电国际合作方面进行了有益的探索。国家发改委、国家海洋局以及一些沿海地区的城市包括山东、上海、海南、江苏、广东、福建等都印发了关于海上风电建设的相关政策,为中国海上风电建设做出相应的政策支持。

  海上风电产业的发展现在已经不仅仅覆盖北欧区域,开始向北美洲、东亚、印度和其他地区扩展。中国海上风电产业也将会有进一步的推动。在可预见的未来,尽管欧洲仍将继续称霸海上风电市场,但目前的趋势表明,在政策及技术的双重支持下,未来几年中国海上风电将很有可能呈现全面腾飞的局面。

  新能源在中国乃至全球电力市场中占比大幅上升是显而易见的,风电作为非水可再生能源中的大明星,增势将会尤为显著。作为可再生能源发电技术中最成熟、最具大规模开发和最有商业化发展前景的发电方式,在政策及市场的双面激励下,风力发电将继续在改善生态环境、优化能源结构、促进社会经济可持续发展等方面发挥突出作用。

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