新形勢下風(fēng)能資源評估進(jìn)化論

文 | 侯先鋒

攝影：夏凡凈

經(jīng)過近30年的發(fā)展，我國風(fēng)電的累計(jì)裝機(jī)容量位居全球第一，截至2017年年底達(dá)到1.88億千瓦。與此同時(shí)，我國風(fēng)電電價(jià)機(jī)制從早期的強(qiáng)制性收購、還本付息電價(jià)和成本分?jǐn)傊贫龋又^渡到通過特許權(quán)招標(biāo)確定風(fēng)電場投資商、開發(fā)商和上網(wǎng)電價(jià)，再然后到2008年頒布陸上風(fēng)電上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)政策，執(zhí)行至今。而近十年，全球可再生能源成本學(xué)習(xí)曲線進(jìn)入快速下降階段，部分新增可再生能源成本接近甚至低于傳統(tǒng)能源成本，全球許多國家、地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)可再生能源電價(jià)低于傳統(tǒng)化石能源電價(jià)。在新的國際競價(jià)趨勢壓力下，2018年5月18日，國家能源局發(fā)布《關(guān)于2018年度風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知》，對集中式陸上風(fēng)電項(xiàng)目和海上風(fēng)電項(xiàng)目通過競爭配置方式組織建設(shè)，標(biāo)志國內(nèi)風(fēng)電項(xiàng)目從“標(biāo)桿電價(jià)”階段正式進(jìn)入“競價(jià)上網(wǎng)”階段。

隨著我國風(fēng)電行業(yè)的不斷成熟，以及競價(jià)上網(wǎng)乃至平價(jià)上網(wǎng)的到來，風(fēng)電行業(yè)的投資風(fēng)險(xiǎn)在不斷加劇。作為降低此類風(fēng)險(xiǎn)的重點(diǎn)努力方向之一，國內(nèi)風(fēng)能資源評估工作也處于不斷迭代和進(jìn)步中。早期的風(fēng)能資源評估主要是基于氣象站歷史觀測資料；后期，國外成熟商業(yè)流體仿真軟件的學(xué)習(xí)、引入成為主流；時(shí)至今日，使用開源CFD自主流體仿真技術(shù)、基于氣象WRF模式降尺度技術(shù)以及引入LES為求解方式的CFD模擬風(fēng)電場技術(shù)等得到廣泛應(yīng)用。而在新政賦能下，風(fēng)能資源評估亟需進(jìn)一步進(jìn)化，精益化外功、修煉好內(nèi)功。為此，希望業(yè)界充分認(rèn)識到以下幾點(diǎn)，并做好相關(guān)環(huán)節(jié)的工作。

其一，風(fēng)能資源工程師的工作價(jià)值將更加突顯、工作內(nèi)容會(huì)更加復(fù)雜。競價(jià)上網(wǎng)環(huán)境下，平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）成為首要的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，而在平準(zhǔn)化度電成本中需要重點(diǎn)關(guān)注的建設(shè)成本、機(jī)組選型及發(fā)電量三項(xiàng)指標(biāo)都與前期規(guī)劃設(shè)計(jì)中風(fēng)能資源評估工作直接相關(guān)。因此，未來的風(fēng)能資源評估工作，不僅要考慮如何實(shí)現(xiàn)發(fā)電量最優(yōu)，使工程造價(jià)最低也成為重要參考指標(biāo)，這就要求風(fēng)能資源評估工程師不僅具備風(fēng)能資源評估能力，同時(shí)也需擁有機(jī)組載荷適應(yīng)性分析能力及經(jīng)評分析能力，還必須了解道路、集電線路、變電站設(shè)計(jì)等方面知識。

其二，后評估反演閉環(huán)工作將有效提升風(fēng)能資源評估能力。目前，風(fēng)能資源評估工作中存在大量前期設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行不一致、低效資產(chǎn)較多的情況。競價(jià)上網(wǎng)要求風(fēng)能資源評估工作不能再如此粗獷，對行業(yè)提出了更加嚴(yán)苛的資源評估及風(fēng)險(xiǎn)防范要求。因此，如何更科學(xué)地進(jìn)行發(fā)電量波動(dòng)分析，有效評估風(fēng)能資源導(dǎo)致低效資產(chǎn)的原因，將商業(yè)軟件模擬仿真的誤差利用實(shí)際結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)、修正，并在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行增功提效方案設(shè)計(jì)，形成核心競爭力，是決勝競價(jià)上網(wǎng)的“利劍”。

其三，降低風(fēng)能資源評估工作在各環(huán)節(jié)的不確定性更加關(guān)鍵。在微利時(shí)代，行業(yè)投資風(fēng)險(xiǎn)加劇，電價(jià)是按照最低保障性利用小時(shí)數(shù)測算。在歐美等地區(qū)，風(fēng)電項(xiàng)目完成招標(biāo)后，開發(fā)商會(huì)與電網(wǎng)公司簽署具有法律效力的購電協(xié)議（PPA），而我國在短期內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)風(fēng)電電量全額收購，使得在風(fēng)能資源工作中必須以降低各工作環(huán)節(jié)的不確定性為首要任務(wù)。

目前，由于部分風(fēng)電場少、無測風(fēng)塔或測風(fēng)塔代表性差，繪制的資源圖譜不夠精準(zhǔn)，導(dǎo)致測風(fēng)階段的不確定性過高。同時(shí)，已有風(fēng)能資源評估商業(yè)軟件很難將后評估經(jīng)驗(yàn)代入進(jìn)行二次開發(fā)迭代，使得針對特殊復(fù)雜地形風(fēng)速流場仿真結(jié)果的不確定性始終難以降低。在發(fā)電量計(jì)算方面，發(fā)電量折減取值缺乏規(guī)范、缺少更加細(xì)致的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，造成計(jì)算偏差較大，進(jìn)而增加了風(fēng)能資源評估工作的不確定性。

當(dāng)然，上述局面也在逐步改善。在測量環(huán)節(jié)，先進(jìn)的測量設(shè)備，如觀測結(jié)果可靠、機(jī)動(dòng)性能良好的激光測風(fēng)雷達(dá)設(shè)備正在得到廣泛應(yīng)用。在模型計(jì)算環(huán)節(jié)，先進(jìn)的中尺度技術(shù)、制動(dòng)盤尾流模型、復(fù)雜特殊地形模型庫、基于開源CFD的自主流場仿真軟件將為降低模擬的不確定性提供助力。而大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用能夠進(jìn)一步降低發(fā)電量計(jì)算的不確定性。

攝影：宋玉昕

其四，競價(jià)上網(wǎng)對風(fēng)能資源評估的前期數(shù)據(jù)獲取和快速測量計(jì)算提出更高要求。比如，國家規(guī)劃的大基地項(xiàng)目，測區(qū)范圍大、測量周期長，傳統(tǒng)的測繪手段不利于快速做出競價(jià)決策。同時(shí)，一些地勢險(xiǎn)要地區(qū)，測繪設(shè)備安裝困難、難以到位，測繪人員安全也很難得到保證。所以，目前有些工程設(shè)計(jì)中明顯過于依賴經(jīng)驗(yàn)，較為粗放，設(shè)計(jì)反復(fù)迭代導(dǎo)致工作量巨大。因此，亟需全產(chǎn)業(yè)鏈加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和合作。

目前，逐步為各行各業(yè)接受的衛(wèi)星影像技術(shù)、無人機(jī)測繪技術(shù)等應(yīng)用越來越廣泛，依靠基于AI地物識別技術(shù)建立不同地物樣本庫，可快速識別地物特征。激光雷達(dá)技術(shù)可以穿透植被，快速獲取地表與植被的相對矢量信息。無人機(jī)三維建模技術(shù)可提前預(yù)判施工進(jìn)程，提高施工效率。這些技術(shù)在未來的風(fēng)電競價(jià)上網(wǎng)行情、需要精細(xì)化風(fēng)電場規(guī)劃設(shè)計(jì)需求中都會(huì)找到用武之地。目前，推進(jìn)以工程設(shè)計(jì)為依托的信息化、數(shù)字化乃至智能化平臺(tái)建設(shè)，提升風(fēng)能資源工程設(shè)計(jì)中的智能化水平是行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

其五，對于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的解讀需要更加深入。競價(jià)上網(wǎng)政策的推進(jìn)，對機(jī)型的先進(jìn)性及定制化水平提出更高要求。大葉輪、低風(fēng)速、高塔筒基本是目前各大整機(jī)廠家機(jī)型發(fā)展方向的“主旋律”?？紤]到新機(jī)型的可靠性和安全性問題，輸入載荷的風(fēng)況參數(shù)將變得至關(guān)重要。其中IEC61400-1中明確給出了風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場參數(shù)具體分析方法；IEC61400-15中定義了產(chǎn)量計(jì)算不確定度分析方法以及適應(yīng)性分析方法。而國際標(biāo)準(zhǔn)在不斷更新迭代，這就要求風(fēng)能資源工程師必須快速熟悉、掌握不同版本之間在風(fēng)電機(jī)組等級定義、載荷計(jì)算、湍流評估等方面的區(qū)別。

其六，海上風(fēng)電的發(fā)展呈現(xiàn)洶涌蓬勃之勢，如何做好海上風(fēng)能資源評估是交給風(fēng)能資源評估工程師的一個(gè)新任務(wù)。海上風(fēng)電不同于陸上風(fēng)電，大容量、多排列、大面積、多場區(qū)影響、波浪、氣壓差、溫度、浮冰等許多問題，是業(yè)界在開發(fā)陸上風(fēng)電項(xiàng)目時(shí)未曾遇到或疏于考慮的；尾流、溫度切變、浪涌等問題，需要行業(yè)在前期進(jìn)行風(fēng)能資源評估時(shí)盡可能量化準(zhǔn)確。業(yè)界需要加快尾流研究，致動(dòng)盤尾流模型技術(shù)需要盡快落地。對浪、涌導(dǎo)致的風(fēng)流場變化建立模型，帶入流場仿真計(jì)算。海上測風(fēng)成本很高，也需要盡快落地成本更低、適用大量測量的新型海上測風(fēng)技術(shù)。

最后，還需持續(xù)推進(jìn)與分散式風(fēng)電相關(guān)的先進(jìn)風(fēng)能資源評估技術(shù)創(chuàng)新。由于中東部和南方地區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目所在區(qū)域的自然條件復(fù)雜，建設(shè)周期長，相較于“三北”地區(qū)的項(xiàng)目，需參與競爭配置的項(xiàng)目對開發(fā)商的吸引力較小，開發(fā)商將尋求更多的分散式風(fēng)電投資機(jī)遇。因此，迫切需要推進(jìn)無塔測風(fēng)、WRF中尺度技術(shù)及分散式風(fēng)電風(fēng)能資源評估方法的優(yōu)化。同時(shí)，在分散式風(fēng)電項(xiàng)目中，對環(huán)境友好性的要求更高，開發(fā)模式從單一的風(fēng)能資源利用向資源利用與環(huán)境融合的多元開發(fā)模式轉(zhuǎn)變。

競價(jià)上網(wǎng)環(huán)境下，風(fēng)電不僅面臨與傳統(tǒng)能源的競爭，同時(shí)要與光伏等其他可再生能源展開競爭。未來，在行業(yè)投資環(huán)境不斷改善，并網(wǎng)消納持續(xù)改善等政策支持下，風(fēng)電市場將進(jìn)入新的紀(jì)元。而風(fēng)能資源評估工程師的工作范圍會(huì)更加寬泛，對綜合能力的要求更高?？焖?、精準(zhǔn)的風(fēng)能資源評估方法將成為競價(jià)上網(wǎng)的“利劍”。同時(shí)，風(fēng)能資源評估日趨自動(dòng)化、數(shù)字化及智能化。不論是開發(fā)商，還是整機(jī)廠商，新技術(shù)的研發(fā)及創(chuàng)新能力將直接決定其在競價(jià)上網(wǎng)時(shí)代下的成敗。在新形勢下，風(fēng)電同仁應(yīng)當(dāng)“百尺竿頭，更進(jìn)一步”，深入做好風(fēng)能資源評估工作，掌控風(fēng)電投資風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)健康有序發(fā)展，讓我們攜手共進(jìn)。