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技术变革照亮低风速市场投资前景

2018-12-10 21:22admin中国电力时空网
技术变革照亮低风速市场投资前景关键词: 低风速风电高塔筒智能控制技术风电

就像所有人看到的那样,技术变革成就了风电低风速市场,且由于高塔筒智能控制技术的出现,低风速市场再现蓝海。可以说,技术变革照亮了低风速市场广阔的投资前景。

回想2009年、2010年,“三北”地区限电严重,业内不无忧虑中国风电的发展前景。但事实是,在过去的5年间中国风电非但没有停滞不前,反而高速发展,以一骑绝尘的姿态连年在全球领跑,其背后的动因在于技术变革。

技术变革的里程碑事件发生在安徽来安——2011年1月5日,采用远景87/1.5MW大风轮智能风机的龙源来安低风速风电场并网发电,开启了中国风电快速发展的低风速模式。

当下中国风电又处在一个迷茫的时期,一方面是风电电价持续下行,每下降2分钱的电价,资本金收益率就会随之降低2个百分点;另一方面是低风速资源开发已从6米/秒下探到5米/秒,风电项目盈利越发艰难。这两个层面的压力压缩了中国风电发展的空间,更糟糕的是人们依旧看不到改善“三北”地区限电状况的希望。那么,风电人如何破解目前的困局呢?远景认为唯有技术变革能给中国风电带来新的希望。

也正因为这样,远景愿意和业界分享技术变革的实践和心得。据比尔•盖茨的统计,在过去的工业化发展中,人类投入在新能源上的基础研究还不到其他传统行业的1%。这说明新能源行业在基础技术、基础科学研究上还处于早期阶段,其他行业的成熟技术和经验都还没有被风电行业所认识和采用。如果比尔•盖茨了解2015年、2016年中国风电发展的情景兴许会乐观许多——这两年中国风电开发在向中东部和南方地区快速渗透的同时,风电成本呈现显著下降趋势,让人看到摩尔定律的迹象。这表明中国风电在基础技术研究方面取得长足进步。这也使远景更坚定地认为可再生能源的本质是技术。这也是为什么远景致力于用技术变革破解中国风电发展困境的原因。

叶片基础理论研究取得突破。叶片技术是风电技术中非常重要的环节,也是把风能转化成机械能的核心部件。随着低风速资源的开拓,目前叶片的长度已接近A380客机的翼展。问题是,我们能否真实地认识到物理世界中气流和叶片之间产生的相互作用,如果不能还原风能在流场中的气流形态,叶片真实的利用价值就失去了前景。专业人士知道,目前叶片气动性能分析还是基于格朗特在1935年为研究旋翼直升机应用所提出的叶素动量理论,简单说就是把风轮平面简化成一个能量盘,其简化过程是二维的。可是,很多科技文献和大量的验证结果已表明,在叶尖速比较低时格朗特理论模型尚能符合风洞实验结果,但叶尖速比较高时它却不能真实地体现风轮在流场中的气流形态。

在解决这一技术问题上,航空工业采用全三维的非定常流程还原一个流场绕过叶轮的真实环境。那么问题来了,我们认知的叶片可利用效率其极限究竟在哪里?为回答好这个问题,远景在科罗拉多成立空气动力学与气象研究中心,叶片基础理论研究取得实质性重大突破,通过叶片创新设计降低风电度电成本。

这一点,可以从历史印迹中得到启迪。1903年12月17日,莱特兄弟的飞机首飞,打破了“任何比空气重的机器都不可能飞起来”的论断。但那时莱特兄弟飞机的机翼是多么粗陋,而今天的波音787已采用三维一体化的机翼流线设计,而目前全球范围内的风机叶片设计仍旧停留在二维的方法上,远景开创性地采用三维设计方法,对叶片的8个剖面做了详尽分析,大幅降低了叶片的疲劳载荷,提升了年发电量。

激光雷达降载及电量提升技术。激光雷达系统不仅可以带来测风的便捷性,同样可以降低风机的疲劳载荷,并能提升发电量。就像十几年前,人们无法想象汽车可以是无人驾驶,现在激光雷达技术也能为每台风机带来发电量提升和机械载荷的降低,尤其对复杂地形风电场来说这一技术的应用更具价值。

目前,复杂地形条件下的风况中湍流越来越大,越是复杂地形低风速风电场其风况带来的风险越难控制,极小概率的事件可能让整座风电场付出沉重的成本代价。其根本原因在于,传统的闭环反馈算法很难让风机预知未来的风况,即便是远景的智能风机在没有配备激光雷达的情况下,也只能用现代控制理论的方法对风机进行建模,但这要建立在闭环反馈的基础上。

试想,如果风机的控制系统能够加入风速的前馈数据,便会对风机预知未来的风况产生划时代的意义,这就是为什么远景用软件定义激光雷达控制技术并引入到风电领域的价值所在。须要强调的一点是,前馈技术是基于传感技术的突破,当机器可以战胜李世石的时候,风变幻的规律也可以被机器的算法来学习,这给风电带来的价值是难以想象的。

正是洞察到了这一点,远景开发了“基于机舱雷达的智能控制”技术和精确的激光雷达仿真模型,并将其结合到风机控制系统的开发过程中,以使控制系统的仿真更加接近真实环境,以此降低风机转速波动和疲劳载荷以及减少偏航误差,提高风机的发电性能以及风场的整场发电收益。

数字化风机平台技术。在平台技术方面,远景已经进行5年的实践,它保障了定制化产品的交付。众所周知,风轮旋转带来效益的时候,其实也在不断承受着疲劳的弯矩,风机不得不为收益付出成本代价。

必须注意的一个问题是,一台风机在平坦地形可以运行20年,而在复杂地形则运行不到20年。这一非常直观的现实表明,整机供应商必须有丰富的系列产品,才能应对并满足市场定制化、多样化的风机产品需求。

作为低风速领域的技术变革引领者,远景早已意识到在中国南方复杂的山地条件下,不可能再采用一个机型打天下的模式。当需要在短期之内交付大量多样化的风机产品时,如何在体系上保证及时迅速的交付,便是平台技术产生的背景。

平台技术早已在汽车行业得到了应用,例如沃尔沃的SPA平台可以衍生出家族的全系列产品。如同沃尔沃的SPA平台一样,远景数字化风机平台也能够真正实现对产品化、系列化和模块化设计的支撑,可以为复杂山地风电场提供非常丰富的产品序列。

全钢高塔筒智能控制技术。目前我国低风速资源开发已从6米/秒下探到5米/秒,如何让低风速风电项目盈利成为风电技术变革中的关键问题。远景通过整理全国数千座测风塔数据发现有些低风速区域的风剪切系数超过0.2,甚至达到了0.5,这是可以产生价值创造的发现。以风剪切系数0.3为例,与90米传统塔筒高度相比,120米高塔筒技术能够提升300小时以上的发电收益。

目前,我国高塔筒技术路线主要有全钢柔性塔筒和砼钢混合塔筒两种,全钢柔性塔筒以造价低廉、结构传统、供应链成熟、运输便利、吊装高效而著称,其优异的性能得益于智能风机高超的智能控制技术,而砼钢混合塔筒设计相对简单,对控制策略没有过多的要求,但其复杂的施工工艺和价格不菲的预制件成本压力会延缓这一技术路线的成熟期,施工队伍的可靠性以及成功的实践经验仍是当前行业的短板。可以和业内分享的是,远景在国内已有批量的“120米全钢柔性塔筒技术”实际项目应用,这意味着120米高度以上低风速风电场投资蓝海已经形成。

技术变革的探索和演进表明技术可以推进风电度电成本的下降,但风电要高比例进入电网系统还须解决其间歇性、分布式和波动性这三大问题。为此,远景致力于布局能源互联网,发布EnOS能源互联网操作系统,以此协调能源系统的各个元素,实现美好能源世界的愿景,但这一切取决于行业技术进步,远景愿与为能源转型付出努力的人们一起推进技术一路向前,生生不息。