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中国分布式风电白皮书

作者:中国储能网新闻中心 来源:远景科技集团 发布时间:2019-01-19 浏览:
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中国储能网讯:回望历史,中国风电发展经历了三个阶段。起步于三北,经历“建设大基地、融入大电网”的快速发展,风电产业从无到有,市场规模成长为全球第一;2011年以安徽来安首个低风速风电场投运为标志,风电发展进入低风速时代,中东南部地区6米/秒以下风资源开发成为可能并不断下探,屡创全球新低;2017年底,全国首个分布式风电项目在江苏江阴投运,出口电压10千伏的中压风机直接接入配电网,所发电量自发自用、余电上网,打破了经济发达城市人口集中区域无法开发风电的传统认知,中国风电产业迎来第三次变革。

2018年是中国分布式风电元年。中东南部可开发风资源和可利用土地减少,电力市场化改革逐渐深入,长期以来的风电固定电价政策即将被市场竞价所替代,风机设备制造企业靠成本和规模这两大优势形成的竞争力难以为继,技术创新是唯一选择。

分布式风电代表最先进的生产力,它还原了风电利用的本质属性——技术驱动。通过智能化、数字化的先进技术提高可靠性和经济性,提升产业发展质量,推动产业更加理性严谨,与青山绿水、美好生活和谐发展。

分布式风电提出了最严格的安全性要求。通过智能技术确保分布式风电绝对安全,是对所有参与主体的基本要求。分布式风电要求参与企业夯实提高技术能力,强化企业社会责任感。分布式风电需要加强行业自律,分布式风电运行信息公开透明。以迎接分布式风电时代来临为契机,以智能技术实现航空级安全,促进风电产业技术进步升级,共同努力实现能源生产和消费革命的美好能源愿景。

一、分布式风电时代到来

众所周知,全球变暖和极端天气显著增多,使各国政府愈发重视对能源系统碳排放总量的控制。当前最有效的碳减排手段就是增加可再生能源特别是风能和太阳能的利用,以降低对化石能源的依赖。

新能源汽车的迅速发展,加快了以电气化交通为代表的电能对化石能源的深度替代,在终端消费环节将形成可再生能源的消费动力,再次推动全球范围内风能、太阳能的开发利用。

2020年,中国非化石能源占一次能源消费总量的比重达到15%,到2030年达到20%,这是我国政府对国际社会的庄严承诺。中国将继续扮演在全球可再生能源领域毫无争议的领跑者角色,贡献40%左右的清洁能源电量。

技术的快速进步让可再生能源在经济性和环境友好性上的竞争力突显。分布式作为可再生能源的主要形态,通过物联网、人工智能等先进数字技术,汇聚百川成江河,是我国能源供给侧的新生力量,将有效推动电力市场化进程。分布式能源将成为推动绿色发展和生态文明建设,满足人民群众对美好生活向往的有效举措。

分布式风电时代已经到来。

二、什么是分布式风电

风能作为一种能源形式被加以利用历史悠久,但将风力转化为电能的应用历史不过短短数十年。相对我国北方地区的集中式风电开发,分布式风电是指不以大规模远距离输送电力为目的,所产生的电力就近接入配电网,就近利用的风电开发形式。

环境友好性。相比中东部地区的火电、热电和燃气发电,分布式风电的碳排放为零;占地面积小,利用负荷中心的闲散空地,最大化利用土地资源,保护青山绿水。

经济性。风能资源免费,就地消纳电量充分利用,节省远距离输电的损耗和过高的建设成本,显著降低当地用电电价。

需求及时响应。分布式风电缩短了电源生产和消费的距离,能够做到需求快速响应、及时调整,满足用户实时变化的用电用能需求。

社会资本广泛参与。吸引社会资本进入,形成星星之火可以燎原之势。自发自用模式使开发主体和用电主体合二为一,将会对我国能源生产和消费的整体格局产生深远影响。

三、什么是智能分布式风机

不是所有的风机都是分布式风机!

分布式风电地处人口密集区域,必须用智能技术彻底杜绝倒塔、叶片甩落等恶性事故发生的可能性,将安全技术标准提升至航空等级。基于先进传感与人工智能技术的安全状态直接监控防护,确保分布式风电绝对安全、环境友好、省心高效。

全面智能防护系统确保智能分布式风机绝对安全。

1、机头前部雷达测风

远景智能分布式风机的机头罩内装备有精密激光测风雷达。这与飞机机头前部的设计类似。激光雷达要实现360度无遗漏测量每个扇区的独立风速与风向。风轮平面内保持100个测点,完整刻画风轮前方的风况全貌。

激光雷达系统作为智能防护系统的重要技术,可精准规避风险,大幅抑制风速湍流对风机机械结构的潜在冲击和影响。预测湍流抵达风轮时间的误差小于1秒,先进智能控制保证风机遭遇湍流时运行平稳无冲击。

2、超低转速叶片安全静音运行

相比集中式风电机组的风轮旋转速度,智能分布式风机的叶片运行在更低的转速,这不仅可以让机组运行噪音更低,更重要的是显著降低机组结构的承载,显著提升结构设计设计的安全裕量。

3、机器视觉24小时智能监测叶片质量与运行状态

远景叶片在线监测系统集成了机器视觉、噪声,形变传感系统。通过机器视觉可感知叶片气动性能和刚度的持续变化,监测叶片内部的细微结构性特性的持续动态变化,通过运行噪声可识别叶片的表面的异常变化。

4、智能传感确保关键承载结构连接安全

风机结构通过高强度螺栓组合连接,构成风机的整体结构系统。螺栓作为结构安全的重要部件意义重大,特别是连接旋转叶片的连接螺栓以及变桨轴承的设计形式。

远景螺栓状态智能监测系统针对不同的大部件特点,采用机器视觉、金属监测、位移监测、沉降监测等多种科技手段,覆盖了整体承载结构所有关键部位运行状态指标的实时监测。该系统作为整机运行控制系统的一部分与风机安全系统联动运行,百分之百确保智能分布式风机在城市能够以航空级安全标准持续运行。

5、叶片融冰功能

智能分布式风机的叶片必须配备结冰监测和保温抗冰冻的功能,在冻雨和冰雪天气,及时发现风机叶片结冰迹象,自动切入保温抗冰冻模式,阻止附冰形成,消除高空坠物风险。

6、顶级智能电传系统全面提升各种风况发电效率

和所有的复杂系统一样,控制系统的先进程度将直接决定风力发电机系统的效率和性能。智能分布式风机近负荷区,其风资源禀赋相对“三北”地区较差。因此智能分布式风机的控制系统智能化需要有更为先进的技术支撑。通过激光雷达等智能传感和数据融合技术、并建立高保真的气动、机械传动链和电气传动链模型、以及基于模型的最优控制,使得各系统的协同得到显著优化,提升能量转换效率。

7、仿生学叶片让风机运行更安静

NASA的研究显示,“静音”之王猫头鹰经过亿万年的进化保持旺盛的生命力,得益于羽毛对空气旋涡的碎涡效果。当气流经过翅膀后缘发生涡旋脱落分离时,后缘穗状须边使脱离过程变离散,抑制了涡流脱离引起的气动噪声,令其能在夜间安静飞行,捕捉猎物。

远景仿生学叶片设计,通过航空风洞单独的实验验证,让风机运行更加安静。

8、发电机出口电压直接达到10千伏无缝连接本地配电网

常规风机出口电压为690伏,为此还需要额外配备占地空间为30平米的箱式变压器,再加上配套电缆的线路通道,占地更多。由于箱式变压器的防火风险,放入塔筒底部或风机内部来节省用地也并不是理想的选择。

10千伏分布式风电接入是配电网接入的典型重要场景。远景创新研发智能分布式风机,发电机的直接出口电压即为10千伏,可无缝连接配电网,无需变压器及配套电缆,显著降低占地空间,消除防火风险以及风机外安装电气设备可能的触电风险。

9、集成一体化配电功能无需占地

传统集中式风机为满足电网分布式接入要求部分场景下需额外配备开关站,成本高达数百万元,还需要寻找数百平米建设用地。智能分布式风机实现在风机内部配备集成智能接入装置,几乎不需要额外占地空间,通过灵活组态设计,无需额外配备开关站,适用分布式电网接入的绝大部分应用场景。

10、智能维护简便保养

智能分布式风机维护性体现在状态可视,故障提前预警,消除非计划性维护。智能分布式风机全面采用风冷设计,免除液冷系统的复杂的维护需求;关键螺栓连接防松设计和安全裕度增加,延长维护周期和减少维护数量;变桨、偏航,轴承完全自动润滑,降低维护人员要求。

风机智能监控方案实时精确感知风机各部件状态,并通过EnOS™构建云端数据分析管理系统一键报表,让专家系统在云端管理全面维护计划,主动推送状态维护通知。

四、智能分布式风机需要安全运行机制

类似航空业对飞机的安全要求,智能分布式风机需要关键安防配置部件参数、生产序列号、关键出厂测试数据等信息可被第三方监管机构存储和追溯,形成每台风机独一无二的数字指纹。需要连续发送安全运行状态信息可被第三方监管机构接收并存储和追溯。  

分布式风电需要建立类似飞机的运行安全关键状态信息实时发送和历史存储机制,实现类似航空飞机“黑盒子”的安全监管和追溯功能。

五、分布式风电能为我们带来什么

绿水青山。分布式能源与自然和人类社会有机融合、协调发展,是分布式能源发展的初心和基本要求。在我国中东南部植被覆盖较好的区域,减少风电大规模开发,因地制宜利用田间地头、港口码头的闲散空地,建设分布式风电,不仅能够就近提供清洁电力,同时最大程度让可再生能源发展融入我国生态文明建设和可持续发展的伟大进程。

在十三届全国人大一次会议上,全国人大代表、远景能源CEO张雷提出了包括《打破绿色发展的体制“玻璃门”,让分布式能源成为电力市场化的有生力量》在内的多项建议,引起社会广泛热议。

据测算,每台远景能源智能分布式风机发电期能有效减少二氧化碳排放9万吨,平均一个县域的分布式风电资源可减少二氧化碳排放200万吨以上,社会效益巨大。

金山银山。分布式风电投资收益可观,依托电力市场化推进,可有效降低居民和企业的用电成本。电价每降低一分钱,社会经济运行成本就能降低100亿元。

以江苏省江阴港港口集团项目为例,利用港口的堆场零星土地安装智能分布式风机,提供的绿色电力可达港口运营所需电力的一半以上。同时用电成本最多可降低20%,创造经济效益高达数千万元。

六、开发分布式风电需要哪几步

分布式风电项目的开发建设,需要具备多种能力和专业知识,是一个系统工程。

经济分析:先进的气象技术、借助大数据云计算支撑的精准风资源评估、专业的土地数据库快速确认建设可行性、专业智能云平台快速精准完成项目经济性评估、全方位支撑项目核准流程。

项目设计:组态化设计灵活适用各种电网接入需求,专业智能云平台自动高效完成项目塔筒基础、电气工程、土建工程、电网接入全套工程设计。

采购施工:标准化运营体系高效支撑工程采购、工程招标、工程建设。

运行维护:全面为智能分布式风机打造的智能维护软硬件体系保证二十年全生命期设备维护。

七、如何认识你上空的风资源

中国大地幅员辽阔,环境千变万化,风资源千差万别,精准的风资源评估是分布式风电开发成功的前提条件,由此迈出最重要的第一步。

太阳辐射和地球自转的综合作用形成了地球上的大气运动——风。而分布在广袤大地上的海洋、陆地、城市和森林,也在对风的时空分布特点产生重要的影响。

远景能源应用业界领先的中尺度天气预报模式,并嵌套流体力学模型提升风资源评估的分辨率达到百米级别,同时融合远景掌握全国规模最大百米高空上万测点的实际观测数据,开发出国际领先水平的格林威治风场评估和设计云平台。从气候环境到厂房建筑,精准刻画出全国风能分布。对全国范围内任意一点,都能够一键式获取高精度的风能信息,高效精准评估风电产能和投资收益。

八、让分布式风电成为城市新坐标

不同于三北地区风电场的“人迹罕至”,智能分布式风机靠近人群,对这个“庞然大物”的视觉美感提出了更高的要求。远景能源聘请法拉利汽车设计团队为智能分布式风机设计外形,使其外形像天鹅般高贵优雅,尽显现代工程设计建造之美。

每一个城市都有独特的性格,每一台风机都站立在截然不同的土地上。智能分布式风机不做冷冰冰贸然闯入城市的陌生人,它的理想是精心构思、巧妙融入现代城市的新坐标。智能分布式风机不仅考虑到与城市规划有机结合,考虑到附近建筑群空间的组织、色彩、地形和自然环境,也考虑到当地的历史文化和风土人情。在此基础上,运用现代城市美学和全球前沿设计元素,从叶片到塔筒的定制化设计和量身打造,与城市和美好生活紧密融合。

九、EnOS™协同管理分布式能源

可再生能源逐渐成为主流能源,能源系统的分布化、碎片化和波动性不可避免,传统的集中式计划性的能源运行机制将无法应对以分布式可再生能源为主的能源世界。如何动态高效协同分布式形态下的发电、用电、充电和储电等环节成为目前能源进化的关键转折点。碎片化的能源系统构需要智能物联网平台在数字世界里将其协同和统一。

远景依托在智慧能源领域的多年深耕与全球卓越实践,基于物联网、人工智能、大数据、区块链等前沿技术,构筑了全球首个智能物联网平台EnOS™ ,整合包括气象数据、发电数据、用电数据、电网数据在内的各类数据源,连接超过5000万个智能设备,协同管理着100GW的全球能源资产。

远景EnOS™作为智慧能源世界运行的基础设施,有效打破分布式风机与分布式光伏,楼宇、工厂、园区间的信息壁垒,协同管理各垂直能源系统,实现分布式能源的综合管理,并基于平台上的发电与负荷预测,需求侧响应等高级应用,为分布式风电各参与方实现电费收益的最大化。

无论在城市还是乡村,一台台智能分布式风机将以前所未有的速度,连接起你我,能源与生活,绿色与科技,共同协奏美好未来。

让我们携手分布式风电,共同展开一幅幅新能源、新技术、新城市、新农村、新生活的美好画卷。

关键字:分布式风电

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