另外一項令一些整機廠商難以參與針對三、四類風區的風電機組市場的因素是,對于風速較低的地區,低風速所占時間較長,需要風電機組能夠在較低的風速下就可以并網發電。但單純地加長葉片,造成葉片的重量增加,令風輪的轉動慣量加大,便更需要大的風電機組啟動力矩。解決此問題的方法除了實現風電機組在低風速段控制的最優化,并盡可能追蹤理論功率曲線外,直驅永磁風電機組也是一種選擇。
“直驅機組在三、四類風區競爭優勢將更加明顯,因變流器容量決定了風速調速范圍,直驅機組采用的是全功率變流器,其風速可調范圍為50%-100%,而其他機組的風速可調范圍一般只能做到70%-100%,另外直驅機組在少維護、耗材少、并網性能好、發電效率高上也有明顯優勢。”金風科技一位工程師如是說??傊?,葉片的增長,以及對風電機組適應性要求的增加,都會帶來成本的大幅度提升。大多數整機廠商在考慮載荷與機動效率以及經濟效益三者間平衡的情況下,會選擇折中方案。例如1.65 兆瓦的風電機組使用葉輪直徑86 米或89 米的葉片,而非使用葉輪直徑100 米的葉片。同時整機廠商也很難將所有零部件進行更換,而會選擇性地更換偏航、變槳等系統。因此,董禮認為在載荷的主動控制方面,也需要進行改進,避免傳動、塔架、葉片的震動,從而達到綜合降低載荷的目的。
憑借低風舞
借力針對三、四類風區的大葉片風電機組,有實力的發電企業也紛紛進軍三、四類風區,以期分得一杯羹。中廣核風電公司投資發展部經理劉亞非這樣表示,伴隨著風速較高的優良風電資源的日漸匱乏和風電機組價格及項目造價的進一步下降,中廣核在大量協議資源的基礎上,適時地進入三、四類風區開發風電項目。
從發電企業的角度而言,進入三、四類風區的風能資源開發并非是一種盲目的跟風。劉亞非坦言,雖然三、四類風區風能資源較差,對投資收益率造成較大壓力,但這類資源初期關注度較低,獲取資源的難度要小一些。另外,不管是從電價還是并網而言,三、四類風區都是有優勢的。屬于低風速覆蓋區的三、四類風區享有電價優惠,而且通常電網方面限制較少,政府的支持力度較大,有利于項目的快速推進。
對于三、四類風區的開發,龍源電力集團股份有限公司總工程師楊校生認為,開發風力資源主要需解決兩個問題,一個是造價,另一個是電價。在總結安徽來安的低風速風電場開發經驗時,他表示來安風電場從投入使用到現在,運行狀況良好。實踐證明,在風能資源利用低效地區,采用改進的低風速區樣機,仍然可以達到年等效滿負荷小時數1900 左右,具有一定的開發價值。另外,由于工程造價和電價都有優勢,設備也很好,所以獲得一定的經濟效益沒有問題。
隨著上游風電機組制造商針對三、四類風區不斷開發出一系列風能捕獲能力更強、價格也相對低廉的機組,電力企業的風電開發也獲得了有力的設備支持。
對于三、四類風區開發中所遇到的問題,楊校生總結為三點:第一,由于三、四類風區的風場尾流影響比高風速風場大,所以各機組之間的距離肯定要比高風速風區的大,且計算結果都證明如此。第二,三、四類風區風場的風向穩定性差,機組偏航的動作多。第三,風速的微小變化可能會影響上網電量的變化。對于這些問題,不僅僅是簡單加長葉片就可以解決的,而是要解決因葉片單位掃風面積增加所帶來的一系列問題,例如葉片的系統性能和結構強度、風速變化引起的機組疲勞、整機結構強度和穩定性等問題。此外,更有效的機組控制策略、機組性能、材料消耗和經濟型方面還需要反復進行規劃。楊校生強調,安徽來安的案例對南方很多類似省份在三、四類風區的開發規劃方面都有很好的借鑒作用。
但是,對于三、四類風區開發所呈現出來的“風光”之勢,有專家強調也要深入思考其中的深層次問題,比方說三、四類風區開發所帶的成本、規劃和技術方面的問題。
三、四類風區開發的過程中,不管是開發商還是整機制造商,都會考慮機組的成本問題,但整機制造商考慮的會更多些。針對三、四類風區的風能資源特征,整機制造商要對機組結構設計或是某個方面進行改進和優化,這需要增加一定的成本。盡管單從機組的改造而言,大部分整機商表示成本不會有數量級的增加,但由于這些風區分布區域的地形和氣候的復雜性,機組在運輸、安裝和后期的維護上有很多已知或未知的挑戰,這都是成本。對此,董禮就表示,對于三類風區,聯合動力開發的范圍要廣泛些,但要衡量各種成本,而對于四類風區,目前公司的市場定位主要在電力負荷區。
對于各省三、四類風區的規劃,當地政府需要嚴格把關。近幾年,有開發商為了搶占資源,在缺乏經驗和規劃的情況下,匆忙投產,形成非理性競爭。目前,有很多已經批下來的項目因為經濟效益的問題而擱置、荒廢或流產。另外,由于三、四類風區主要分布在華南、西南、東南等人口相對密集的區域,在風電場的建設和運營上,容易出現土地糾紛,或是占用耕地和林地等,或是因風電機組的安裝帶來的一系列生態問題。這都需要提前籌劃和應對。
對于三、四類風區風電機組的研發,有些公司為了節省成本和縮短研發周期,不再對葉片以及與其相關環節進行重新設計,僅僅是對原有機型結構稍作改進便作為針對三、四類風區的風電機組投放市場。而且,針對三、四類風區的風電機組在我國投入運行的周期還較短,很多技術方面的難題需要公司花大氣力踏踏實實地去攻克。
誠然,三、四類風區風能資源的開發為風電發展打開了一扇窗。但業內的一致共識是,期望看到風電技術和商業模式的創新。