肯尼亞風(fēng)電發(fā)展前景分析

文 | Rahul Kumar Kandoi, Mohammad Ziaulhaq Ansari, Neelu Kumar Mishra, Deepshikha Sharma

編譯 | 張玥

如今，電力已成為發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)、提高人民物質(zhì)生活水平的重要基礎(chǔ)，成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡闹匾糠?。近年來，全球?jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對電力依賴的程度越來越高，電力需求由此急劇上升?？夏醽單挥诜侵迻|部地區(qū)，目前總的發(fā)電裝機(jī)容量約為160萬kW，用電峰值達(dá)到150萬kW，但住宅用電僅占其中的18%，有80%以上的肯尼亞居民還處于極度缺乏生活用電的境況。

肯尼亞的發(fā)電企業(yè)主要依賴水力發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電等可再生能源發(fā)電技術(shù)，再通過進(jìn)口石油燃料的補(bǔ)充，以滿足日益增長的電力需求。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，肯尼亞有67.5%的電力來自于可再生能源，其中水電是肯尼亞國內(nèi)最主要的電力來源，占到47.8%；地?zé)岚l(fā)電和風(fēng)電分別占到12.4%和0.3%，化石能源發(fā)電占到32.5%。目前，肯尼亞各電力部門都面臨著應(yīng)對電力需求增長、減少對水電的高度依賴以及降低電力供給成本等挑戰(zhàn)?？夏醽喺疄榇酥贫ǖ牟呗允牵诓黄茐纳鷳B(tài)平衡的前提下，加大電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐，以最低的成本擴(kuò)大供電能力，讓更多的民眾享受到電力服務(wù)。在全國處于電力緊張的形勢下，可再生能源的開發(fā)，尤其是風(fēng)電和地?zé)岚l(fā)電將成為肯尼亞破解這些難題的重要出口。在靠近首都內(nèi)羅畢郊外的恩貢山，肯尼亞主要的發(fā)電企業(yè)KenGen開發(fā)了一個5100kW的風(fēng)電場，目前已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行。另外，肯尼亞圖爾卡納湖30萬kW的風(fēng)電項(xiàng)目也已正式開建。

為實(shí)現(xiàn)2030年風(fēng)電裝機(jī)超200萬kW的目標(biāo)，肯尼亞政府不僅大力鼓勵私人投資風(fēng)電，并且引入了可再生能源固定電價政策。2008年，肯尼亞政府在ESRP(能源復(fù)興計(jì)劃，旨在升級和改造國家配電系統(tǒng))的實(shí)施下，啟動了一項(xiàng)名為“風(fēng)能數(shù)據(jù)分析與發(fā)展規(guī)劃”的調(diào)研項(xiàng)目，由世界銀行提供資金支持，旨在利用現(xiàn)代風(fēng)電機(jī)組的先進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢擴(kuò)大肯尼亞風(fēng)電場的開發(fā)規(guī)模。此項(xiàng)調(diào)研主要是對肯尼亞各個地區(qū)不同高度的風(fēng)況進(jìn)行分析，得到風(fēng)能資源圖譜。同時，根據(jù)風(fēng)能資源的分布，劃定出幾個潛在風(fēng)電場選址范圍，通過裝機(jī)量等預(yù)評估數(shù)據(jù)的可行性前期研究估算出肯尼亞未來的風(fēng)能開發(fā)潛力。

盡管最終的調(diào)研結(jié)果肯定了肯尼亞擁有巨大的風(fēng)能開發(fā)潛力，但肯尼亞在如何大規(guī)模利用風(fēng)能方面還有很大空白，主要有風(fēng)能資源數(shù)據(jù)短缺、資金匱乏、基礎(chǔ)設(shè)施不健全、電網(wǎng)穩(wěn)定性和可利用率不足等制約因素。此項(xiàng)調(diào)研一方面肯定了肯尼亞政府為加快促進(jìn)可再生能源的開發(fā)利用制定的各類政策，另一方面也對未來的工作給出了相應(yīng)的指導(dǎo)原則、規(guī)劃目標(biāo)、重點(diǎn)領(lǐng)域劃定等建議，并推出了實(shí)現(xiàn)肯尼亞中長期風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)的政策和措施。

相關(guān)研究總結(jié)

此項(xiàng)調(diào)研首先對涉及肯尼亞風(fēng)能資源圖譜繪制以及測風(fēng)數(shù)據(jù)分析的歷史背景進(jìn)行了詳細(xì)研究。下文中提到的項(xiàng)目是過去已開展的、與此次調(diào)研相類似的研究：

2008年，由Daniel Theuri領(lǐng)導(dǎo)開展的一項(xiàng)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署項(xiàng)目——太陽能和風(fēng)能資源評估（SWERA），包括利用GIS(地理信息系統(tǒng))及其他相關(guān)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析、計(jì)算等，繪制出肯尼亞的風(fēng)能資源分布圖。該研究通過對十個10m高度觀測站的觀測數(shù)據(jù)的分析，繪制出了肯尼亞50m高度的風(fēng)能資源分布圖。

內(nèi)羅畢大學(xué)氣象學(xué)系Christopher Oludhe領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行的一項(xiàng)名為“肯尼亞風(fēng)能評估與開發(fā)”的研究，對肯尼亞各地的風(fēng)速變化做了評估。最終得出結(jié)論，肯尼亞擁有巨大的風(fēng)能開發(fā)潛力，并足以確保各類風(fēng)力發(fā)電設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

由肯尼亞建筑工程學(xué)院發(fā)起的一項(xiàng)研究，對恩貢山、基南戈普山和圖爾卡納三個地區(qū)的風(fēng)況、風(fēng)能資源儲量進(jìn)行了分析估算。研究得出，恩貢山地區(qū)的平均風(fēng)速為11.5m/s，而基南戈普的平均風(fēng)速為9.96m/s，圖爾卡納的風(fēng)能開發(fā)條件略遜于恩貢山和基南戈普山兩個地區(qū)。

表1 肯尼亞強(qiáng)風(fēng)區(qū)范圍

風(fēng)能資源評估方法

為了繪制完整的風(fēng)能資源圖譜，此項(xiàng)調(diào)研首先對肯尼亞80m高度風(fēng)資源的分布進(jìn)行評估，采用的方式是分析各類相關(guān)數(shù)據(jù)，如測風(fēng)塔數(shù)據(jù)集，NCEP / NCAR再分析數(shù)據(jù)（美國環(huán)境預(yù)報中心(NCEP)和國家大氣研究中心(NCAR)的數(shù)據(jù)），SRTM數(shù)字高程模型和全球土地覆蓋（GLC 2000）數(shù)據(jù)庫中與肯尼亞相關(guān)的數(shù)據(jù)等。此次的風(fēng)能資源評估研究需要的關(guān)鍵步驟有：

（1） 提取肯尼亞NCEP / NCAR再分析全球數(shù)據(jù)；

（2） 提取航天飛機(jī)雷達(dá)地形測繪(SRTM)數(shù)據(jù);

（3） 提取全球土地覆蓋數(shù)據(jù)（GLC2000）中涉及肯尼亞的統(tǒng)計(jì)資料;

（4） 建立風(fēng)速模型；

（5） 獲取80m高度風(fēng)速及風(fēng)功率密度評估數(shù)據(jù)

評估工作需劃定目標(biāo)區(qū)域的范圍，再利用測風(fēng)數(shù)據(jù)以及NCEP / NCAR再分析數(shù)據(jù)計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域的年平均風(fēng)速（NCEP / NCAR數(shù)據(jù)集中從1948年1月至2012年12月這一時間段的月平均風(fēng)速數(shù)據(jù)也已用于年平均值的估算）。NCEP / NCAR再分析數(shù)據(jù)、41個風(fēng)電場實(shí)測風(fēng)速數(shù)據(jù)、GLC 2000數(shù)據(jù)集，SRTM數(shù)字高程模型等數(shù)據(jù)資料也被用在基于邊界層理論模型中的計(jì)算中，該模型利用LULC數(shù)據(jù)（土地利用和土地覆蓋數(shù)據(jù)）中的表面粗糙度等數(shù)據(jù)幫助重新計(jì)算出80m高度的年平均風(fēng)速。

最終繪制出的風(fēng)能資源分布圖，可以幫助在肯尼亞全國范圍內(nèi)劃定出風(fēng)電出力潛力大的風(fēng)區(qū)并確定好風(fēng)電場的選址，通過對一些重要參數(shù)進(jìn)行細(xì)致研究，如80m高度的風(fēng)速評估數(shù)據(jù)、距離國家公園和自然保護(hù)區(qū)的距離、與現(xiàn)有電網(wǎng)的間距、道路通暢度以及地形條件等，最終8個出力潛力大的潛在風(fēng)電場被劃定出作為此次調(diào)研評估的對象。

對于如何計(jì)算這8個潛在風(fēng)電場的產(chǎn)能，首先要確定的是各個風(fēng)電場的機(jī)組選型，采用的方式是根據(jù)基于IEC標(biāo)準(zhǔn)下的風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)要求，結(jié)合年平均風(fēng)速，湍流強(qiáng)度等輸入?yún)?shù)，選用了5個不同廠家生產(chǎn)的2MW機(jī)組，計(jì)算結(jié)果也綜合考慮各種因素，如空氣密度校正系數(shù)，尾流損失，設(shè)備及電網(wǎng)可利用率以及電力傳輸損耗等，以提高最終出力估算的準(zhǔn)確度（8個潛在風(fēng)電場均根據(jù)各自的地形條件等選用不同的風(fēng)電機(jī)組機(jī)型，主要選用的有歌美颯、華銳、蘇司蘭、GE等風(fēng)電機(jī)組廠商的機(jī)組）。

肯尼亞風(fēng)能資源概況

根據(jù)此項(xiàng)調(diào)研最終的評估結(jié)果，肯尼亞的風(fēng)能資源被劃分為三個等級，I類風(fēng)區(qū)（>7.5m/s）， II類風(fēng)區(qū) (<7.5 m/s － >6.5m/s）和 III類風(fēng)區(qū) (<6.5m/s－ >6.0m/s）。

此項(xiàng)調(diào)研主要對肯尼亞80m高度不同風(fēng)速區(qū)段的潛在風(fēng)能分布進(jìn)行了評估。在80m高度，有64km2被劃入I類風(fēng)區(qū)； 23,019km2被劃入II類風(fēng)區(qū)，151,723km2被劃入III類風(fēng)區(qū)。

調(diào)研以肯尼亞地區(qū)80m高度范圍內(nèi)每1km2為單位，對此范圍內(nèi)的風(fēng)功率密度（WPD）進(jìn)行估算。風(fēng)功率密度等級被劃分為4類：差（<150W/m2），一般（150－250W/m2），良好（250－ 350W/m2），或優(yōu)異（>350W/m2）。

此項(xiàng)調(diào)研的評估結(jié)果填補(bǔ)了肯尼亞風(fēng)能資源圖譜中80m高度風(fēng)速變化這一空缺。研究發(fā)現(xiàn)，在東部的馬薩比特地區(qū)有75596km2的潛在風(fēng)區(qū)，年平均風(fēng)速最高達(dá)到8.47m/s、最低風(fēng)速達(dá)到4.96m/s。表1重點(diǎn)介紹了一些潛在風(fēng)區(qū)所在的省份及區(qū)域，以及這些地區(qū)的年平均風(fēng)速最高值和最低值。

按照概率潮流的計(jì)算結(jié)果，此項(xiàng)調(diào)研還對各風(fēng)區(qū)的潛在裝機(jī)容量給出了評估（假設(shè)采用的是2MW機(jī)組，設(shè)備可利用率（MA）為95%、電網(wǎng)可利用率（GA）為95%、輸電損耗率（TLF）為95%、尾流損失為80%）。為了使評估結(jié)果更為客觀、更加準(zhǔn)確，調(diào)研工作也考慮到了風(fēng)電機(jī)組排布的間距問題，因此是以潛在風(fēng)區(qū)每平方公里7500kW的裝機(jī)量進(jìn)行計(jì)算。肯尼亞的各個區(qū)域的潛在裝機(jī)量見表2。

表2 概率潮流計(jì)算下的潛在裝機(jī)容量

從表2可以很明顯看出，肯尼亞III類風(fēng)區(qū)的潛在裝機(jī)容量高達(dá)11.3億kW，而II類風(fēng)區(qū)則有1.7億kW的裝機(jī)容量，I類風(fēng)區(qū)潛在裝機(jī)容量則有48萬kW。除此之外，該調(diào)研對地形圖、等高線圖和風(fēng)能資源網(wǎng)的開發(fā)等也進(jìn)行了一定的研究。

綜合分析所劃定的8個潛在風(fēng)電場的設(shè)備可利用系數(shù)等信息后，肯尼亞政府未來3年內(nèi)完成50萬kW的風(fēng)電裝機(jī)目標(biāo)完全有可能實(shí)現(xiàn)。

肯尼亞風(fēng)電規(guī)劃相關(guān)政策和制度框架

肯尼亞政府已經(jīng)認(rèn)識到推進(jìn)可再生能源開發(fā)利用對提高本國電力供給能力和促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)多樣化的重要性。此項(xiàng)調(diào)研對肯尼亞政府推出的關(guān)于推動可再生能源發(fā)展的主要政策做了匯總：

（1）肯尼亞2030遠(yuǎn)景規(guī)劃——為滿足日益增長的電力需求，肯尼亞制定了國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展藍(lán)圖，明確了地?zé)岚l(fā)電 511萬kW, 水電103.9萬kW , 風(fēng)電203.6萬kW , 地?zé)岚l(fā)電361.5萬kW, 進(jìn)口電力200萬kW , 火力發(fā)電242萬kW，以及其他類能源發(fā)電 300萬kW的裝機(jī)目標(biāo)計(jì)劃。

（2）2008年，肯尼亞能源部引入了固定電價政策（FIT），對各類型可再生能源發(fā)電技術(shù)如風(fēng)電、小型水電和生物質(zhì)發(fā)電等設(shè)定了明確的電價機(jī)制。固定電價政策的實(shí)施保障了可再生能源投資者投資的安全性以及市場穩(wěn)定性，同時政府也鼓勵私人投資進(jìn)入可再生能源，并安全高效地運(yùn)營發(fā)電廠，保證收益最大化。在FIT政策下，肯尼亞風(fēng)電固定收購電價為每度電11.0美分。這種極具吸引力的FIT政策勢必會吸引肯尼亞私人投資者加大對風(fēng)電場的投資。

（3）2010年，國家應(yīng)對氣候變化戰(zhàn)略開始關(guān)注并加強(qiáng)在適應(yīng)氣候變化和溫室氣體減排的全國性行動工作上。

（4）肯尼亞政府對可再生能源、設(shè)備及配件等已施行進(jìn)口零關(guān)稅政策，并取消增值稅。

肯尼亞風(fēng)電發(fā)展建議

除了對上述方面的研究與匯總，此項(xiàng)調(diào)研還針對肯尼亞政府如何能夠適時地解決各利益相關(guān)者所關(guān)心的問題，并制定出清晰的戰(zhàn)略規(guī)劃，以挖掘本國蘊(yùn)藏的巨大風(fēng)能潛力給出了幾個主要建議。其中有代表性的幾個建議摘錄如下：

（1）制定“肯尼亞中長期風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃”：此項(xiàng)規(guī)劃應(yīng)提出相應(yīng)的指導(dǎo)原則、規(guī)劃目標(biāo)、重點(diǎn)領(lǐng)域劃定，并推出實(shí)現(xiàn)肯尼亞中長期風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)的政策和措施。

（2）改善市場環(huán)境：與電力規(guī)劃和執(zhí)行相關(guān)的部門之間應(yīng)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行協(xié)調(diào)與整合，努力改善市場環(huán)境、確保風(fēng)電行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。

（3）建立持續(xù)穩(wěn)定的市場需求：在執(zhí)行新的電價和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的過程中，建立一套信用和支持度高的市場機(jī)制，可以維護(hù)并鞏固獨(dú)立電力生產(chǎn)商（IPP ）在市場上的地位。

（4）擴(kuò)大電網(wǎng)建設(shè)并提高電網(wǎng)穩(wěn)定性：為了滿足肯尼亞全國的電力需求，在圖爾卡納和馬薩比特這類風(fēng)能發(fā)展?jié)摿Υ蟮牡貐^(qū)內(nèi)，加強(qiáng)區(qū)域性電網(wǎng)的建設(shè)、提高電力外送條件等工作是必不可少的。

（5）加強(qiáng)道路、高速公路建設(shè)，提高風(fēng)電場的可達(dá)性，可達(dá)性對于風(fēng)電場場址建設(shè)、風(fēng)電場運(yùn)營與維護(hù)等具有十分重要的作用。

（6）評估、盤點(diǎn)風(fēng)電政策：鑒于肯尼亞目前風(fēng)電發(fā)展的情況，制定一個集中保護(hù)性的風(fēng)能政策文件勢在必行。這套政策文件應(yīng)保證市場的透明化，同時要保證政府繼續(xù)在財(cái)政、制度和監(jiān)管框架體系等方面對肯尼亞風(fēng)電發(fā)展的各類投資給予支持。

結(jié)論

此項(xiàng)調(diào)研得出結(jié)論，認(rèn)為肯尼亞蘊(yùn)含的巨大風(fēng)能資源完全可以滿足全國的電力需求，并且風(fēng)電電價制定也相對合理，民眾接受度較高。從風(fēng)能資源的分布評估來看，肯尼亞I類、II類和III類風(fēng)區(qū)蘊(yùn)含高達(dá)22.5億kW的風(fēng)電潛力，肯尼亞政府制定的未來三年達(dá)到50萬kW風(fēng)電裝機(jī)的目標(biāo)也完全有望實(shí)現(xiàn)。此項(xiàng)調(diào)研同時提出，要使這一目標(biāo)得到切實(shí)有效的實(shí)施，肯尼亞政府必須建立起合理、適時的政策框架體系以鼓勵、吸引對風(fēng)電項(xiàng)目的公共投資和私人投資?？紤]到肯尼亞風(fēng)電發(fā)展中各利益相關(guān)者所面臨的問題和挑戰(zhàn)，肯尼亞政府需要拿出一個集中性的鼓勵風(fēng)電發(fā)展的政策，以應(yīng)對目標(biāo)實(shí)現(xiàn)中遇到的各類問題。