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风资源没有“天花板” 低风速风电能否唤醒风电产业“第二春”

2.17亿千瓦、2.16亿千瓦 ， 这分别是截止2020年上半年 ， 全国风电和光伏发电的累计装机量；而在短短5年前 ， 这一数据分别是1.29亿千瓦和4318万千瓦 。 随着装机增速连年放缓 ， 原本具有先发优势的风电产业正面临被光伏产业反超的境地 。
【风资源没有“天花板” 低风速风电能否唤醒风电产业“第二春”】近两年来 ， 除了海上风电 ， 平原低风速风电被认为是风电产业下一个“希望的田野” 。 未来 ， 平原地区低风速风电能否再次打开风电产业增长的空间？低风速风电目前能否实现平价上网？产业发展还存在哪些瓶颈？为了回答以上问题 ， 采访人员近日对全国首座整场大规模采用高塔的平原风场——汤阴风电场进行了探访调研 。
风资源没有“天花板” 低风速风电能否唤醒风电产业“第二春”
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低风速地区已具备大规模开发风电条件
驱车从河南省鹤壁市向北出城 ， 驶上京港澳高速不久 ， 就能看见三五成群的高大风机矗立在广袤的豫东平原之上 ， 格外显眼 。 由于风速较低 ， 我国中东南部的风电场通常修建在风速更高的大山之上 ， 在人口稠密的中东南部平原上修建的风电场并不多见 。
作为全国最具代表性的平原低风速风电场 ， 由中国华能集团有限公司投资建设的河南安阳汤阴风电场让人们看到了低风速风电的市场潜力 。 该风电场一期工程安装69台远景120米高全钢塔筒、2.X平台智能风机 ， 装机容量15.18万千瓦 ， 2017年9月投资建设 ， 2018年12月并网 ， 呈现了良好的经济社会效益 。
“七八年前 ， 我们认为在河南不太可能开发风电 ， 至少平均风速得达到每秒6米以上才具有技术开发的条件 。 ”作为风电行业的资深专家 ， 中国可再生能源学会风能专委会秘书长秦海岩起初并不看好平原低风速风电的发展 。
秦海岩的顾虑有其原因 。 此前 ， 我国风电建设主要集中在高风速的三北地区（西北、华北和东北）和中东南部的山地 ， 这些地区的风资源都明显好过平原地区 ， 且这些区域往往地广人稀 ， 具备较好的建设环境 。
近年来 ， 随着风电技术的进步 ， 平原低速风电场迎来了快速发展的可能 。 十多年前 ， 中东南部每年风电新增装机只占20% ， 大部分是在三北地区建设风电场；但在近三五年 ， 中东南部地区每年新增装机占比已经达到了60%至70% ， 风电建设总体开始向中东南部转移 。
谈及转移的原因 ， 秦海岩表示 ， 一是三北地区电源建设比较多 ， 而当地用电负荷有限 ， 产生了一些弃风限电问题；二是中东南部是我国的电力消费中心 ， 利于风电消纳 。 “以前风机技术不具备经济性 ， 但是近几年随着风机控制策略和智能化的提升 ， 塔筒增高、叶轮直径增大、单位千瓦扫风面积增加 ， 以及制造成本的降低、效率的增加 ， 平原地区、低风速地区也具备了开发的条件 。 ”
在人口密集地区大规模开发分散式风电其实早有先例 。 德国跟我国中东南部地区情况比较类似 ， 其风电开发以小规模分散式风电为主 ， 并没有大规模发展风电基地 ， 德国98%的风电场风机数量不超过5台 。 在这种模式下 ， 德国风电装机仍然高达6000万千瓦 ， 单位国土面积装机量达175千瓦每平方公里 。 反观我国中东南部装机密度高的地方仅为20千瓦每平方公里 。
中国工程院院士、原中国工程院副院长杜祥琬曾表示 ， 他搞能源几十年了 ， 最近这两年发生了一个认识上的转变 。 原来认为中国的能源资源是不匹配的 ， 只能靠西电东送发展 。 现在他认为 ， 只要中东南部充分利用身边的风光资源 ， 完全可以实现能源自给 。
“中东南部风资源理论上是没有天花板的 。 ”秦海岩表示 ， 他们曾经跟气象局做过风资源详查评估 ， 在中东南部地区 ， 地面风速定到每秒6米以上可以实现2亿千瓦装机；定到每秒5.5米以上保守估计具备10亿千瓦的开发潜力 。
现有技术完全可以实现平价上网
行走在汤阴风电场 ， 可以很轻易地发现其中风机的特别之处——塔筒更高 ， 叶片更长 。
对于这样特殊机型的选择 ， 华能集团河南分公司总经理助理廖毛雄解释说 ， 在风速条件方面 ， 河南平原地区比三北地区要低 ， 且风切变较高（高空风速更大） 。 为了捕获较高的风能 ， 需要选择更高塔筒、更大叶轮直径即单位扫风面积更大的风机 。
采访人员了解到 ， 汤阴风电场项目设计年平均风速低至5.62米/秒 ， 采用远景2.X平台120米高度全钢塔筒低风速智能风机 ， 该机型可最大程度地发掘和利用河南平原地区高切变风资源优势 。
能否提高经济性 ， 实现平价上网 ， 是平原低风速风电能否大规模推广的关键 。 据远景能源高级副总裁田庆军介绍 ， 汤阴风电场建成已有两三年 ， 属于中国比较早期的平原风电场 ， 采用的是第一代平原风机 ， 特点是“双120” ， 即120米的塔筒高度加上121米的叶轮直径 。 这在当时还无法实现平价 ， 基本是在原有国家补贴的基础上来实现经济价值 。
不过 ， 按照当前的技术能力 ， 实现平价上网已不是难题 。 远景能源根据平原地区风资源高切变的特点 ， 把塔筒的高度从以前的八九十米 ， 抬升到了120米、140米 ， 甚至150米 。 风机叶轮直径也不断加大 ， 用于增强风机千瓦扫风面积 ， 获取风资源的可开发性 。
田庆军说 ， 远景去年推出第二代平原风机是“双140” ， 140米高的塔筒让风资源在原有基础上增加了0.2至0.4米左右每秒 ， 叶轮直径也达到141米 ， 基本实现了准平价 。 今年推出的第三代平原风机是“双150” ， 150米高的塔筒加上156米的叶轮直径 ， 在平原地区可以有效地把风资源大幅度提升 ， 从而实现平价上网 。
以第三代平原风机为例 ， 如果搭建3.0兆瓦150米塔筒156米叶轮直径的风机 ， 年发电利用小时数可以在现有2.2兆瓦121米高塔筒风机基础上提升800个小时 ， 达到3000小时以上 。 在单位造价7500元/千瓦情况下 ， 可以将全生命周期度电成本降到0.3元/千瓦时 ， 对比河南0.3779元/千瓦时的标杆上网电价 ， 意味着一台3兆瓦的风机 ， 平价上网以后每年纯利仍然可以接近150万元 ， 经济效益非常可观 。
“随着技术不断创新 ， 新的材料、新的控制算法的应用会让未来的风机更加高效、发电量更高 。 ”田庆军表示 ， 以现有技术而言 ， 在未来一两年内 ， 中国几乎所有的中东南部省份都可以实现平价上网 。 “中国有500多个县是平原县域 ， 初步估算平价以后可供开发的平原项目有1亿千瓦以上 ， 所以风电平价以后的开发是没有瓶颈的 ， 但可能会有其它方面的影响因素 ， 比如政策的支持、消纳等问题 。 ”
廖毛雄同样认为 ， 下一步制约风电发展的主要因素不再是技术、经济因素 ， 中东南部人口稠密 ， 未来更多是建设环境制约 ， 比如老百姓觉得不好看 ， 地方政府不接纳等等 。 “尽管技术先进 ， 能够实现可持续发展 ， 但地方不让建也没办法 ， 这个问题对风电行业可持续健康发展是很关键的因素 ， 否则中东南部发展风电是很困难的事 。 ”
与环境融为一体 ， 和地方和谐共生
“刚开始以为建好这个项目会对我们生活造成什么影响 ， 没想到成了风景区 。 ”谈起自家门口的风电场 ， 汤阴县宜沟镇香寺村村民张树亮竖起了大拇指 。
除了高塔筒、长叶片 ， 汤阴风电场还有一个令人称道的特点——与环境融为一体 ， 和地方和谐共生 。
采访人员发现 ， 在塔筒设计上 ， 该项目改变了传统白色烤漆设计 ， 取而代之的是创意涂装 。 图案选用了汤阴精忠报国、甲骨文等文化元素和太行山水画面 ， 宣传的是地方文化元素和人文景观 ， 这在全国尚属首创 ， 这让风机成了文化艺术品和网红打卡地 。
走进风场升压站 ， 映入眼帘的不是传统简陋的普通厂房 ， 而是一座古色古香的古建筑 ， 建筑内部则是独具现代科技特色的控制中心 ， 古今、科技、环境融合 ， 相得益彰 。
此外 ， 在汤阴风电场的上空 ， 也看不见传统风电场密布的杆线 ， 场区内7条集电线路全部以地埋电缆的形式进行铺设 ， 不但保持了空间环境特色 ， 也为政府后期规划留足了空间 。
“在人口密集的平原地区修建风电场 ， 最大的难题是与当地老百姓和政府沟通 。 ”廖毛雄说 ， 老百姓觉得占用土地了 ， 政府认为影响环境了 ， 所以在这些项目的建设中 ， 更应该考虑如何做到协调发展的问题 ， 要解决风电与环境的融合 ， 消除对当地景观上的影响 。
平原低风速风电场普遍面临土地资源紧缺挑战 ， 如何合理规划并使用有限的土地资源非常关键 。 田庆军表示 ， 在项目规划阶段 ， 华能做了大量准备工作 ， 充分调查拟规划区域的土地可利用性 ， 随着项目输入资料的完整性和准确性 ， 远景采用自主研发的格林威治云平台 ， 在给定的限制性因素下对可开发的区域做精细化的资源评估及收益复核 ， 在通过平台智能寻优最终迭代出最优的微观选址方案 ， 在少占用农田耕地的前提下实现了项目收益的最大化 。
据了解 ， 目前在平原地区修建风电 ， 复耕后 ， 一个机位仅需占用100平方米的空间 ， 建设期还能帮助当地进行道路硬化 ， 完善路网建设 。
在景观设计方面 ， 风机上可做的文章也还有不少 。 “风机这么大的塔筒 ， 既可以彩绘 ， 也可以做电子屏等 。 随着风电行业发展 ， 将来创新一定会层出不穷 。 ”田庆军说 。
此外 ， 对于没有资源优势和交通优势的贫困地区而言 ， 发展风电是拉动经济发展 ， 实现脱贫致富的有效手段 。 秦海岩透露 ， 一个行政村只需要拿出200平方米的土地 ， 安装2台3兆瓦的风机 ， 在平价上网的前提下 ， 一年可以给村集体贡献近300万元的净利润 。
“所以说 ， 风电不仅能够解决当地能源结构调整的问题 ， 贡献清洁电力 ， 同时可带动县域经济发展 ， 还能够给当地制造一个新的人文景观 ， 提高当地旅游收入 ， 助力美丽乡村建设 。 ”秦海岩表示 ， “要让更多老百姓接受风电 ， 这样风电的发展空间就打开了 ， 发展的最大障碍也解除了 。 ”


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