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分散式风电该怎么开发?

2018-03-14 17:03:26   

分散式风电该怎么开发?

 2017-12-22 胡威 

 

海里没有水,哪里会有鱼呢?风电开发要保持可持续发展,就必须不断的扩展资源可利用空间。分散式风电作为一种非常前途的开发方向,逐渐获得大家的关注。前段时间和东荣盛世的赵总聊天,说到其实行业都挺苦恼分散式风电该怎么干的,咱们今天聊聊什么是分散式风电、怎么开发资源、如何做项目评估,咋选接入电压等级。

本文略长,建议先mark后看。

 

分散式风电项目入门
 

参考目前一些公开的材料,总结要点如下:

1.分散式接入风电项目的定义

根据《国家能源局关于印发分散式接入风电项目开发建设指导意见的通知 》【国能新能[2011]374号】,分散式接入风电项目是指位于用电负荷中心附近,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电网,并在当地消纳的风电项目。下面简称分散式或分散式风电。

 

2.电网接入要求

(1)接入电压等级应为35kV及以下电压等级。

(2)严禁向110千伏(66千伏)及以上电压等级侧反送电,根据并网要求选择是否安装逆功率装置。

(2)分散式送出线路应由开发企业投资建设。

(3)一个电网接入点接入的风电容量上限以不影响电网安全运行为前提,但具体省份会有不同要求,例如内蒙古要求单体建设容量不超过1万千瓦。

(4)鼓励同一县城内打捆成一个项目开发,单个打捆项目的规模不超过50MW。

(5)单一项目不要风电功率预测,电网可根据需要,统一建覆盖本地的预测体系。

(6)是否省略SVG/SVC,需要沟通确认。

 

3.上网电价

(1)根据《关于完善陆上风电光伏发电上网标杆电价政策的通知》(发改价格 [2015]3044号),目前年四类资源区风电标杆上网电价分别为0.47元、0.50元、0.54元、0.60元。

(2)根据《关于调整光伏发电陆上风电标杆上网电价的通知》(发改价格[2016]2729号),2018年风电上网电价分别下调至0.40、0.45、0.49、0.57元。

(3)接入用户侧厂区消纳、纳入分布式发电市场化交易试点、并网型微电网等区域内的分散式风电项目,根据用户的用电电价情况或试点区域内具体交易规则进行电价结算。

 

4.开发与核准

 (1)事前调研:分析当地网架结构、电力负荷、110kV及以下电压等级的配电设施分布和运行情况。

(2) 开发流程:开发企业在选定项目场址后,向当地县级政府的能源、土地、环保、规划等相关部门确认场址,能源主管部门负责协调落实有关建设条件,并确认企业的开发方案。开发方案包括项目场址位置、范围、建设规模和接入系统方案等。

(3)项目核准:各省(区、市)能源主管部门核准。随着分散式项目逐渐开展,主管部门后续应该会出台简化项目核准程序的措施。

 

5.风险分析

 (1) 不占用国家指标,由各省自行建设。由于国家政策引导强度不够,有些地方政府态度比较谨慎。

(2)不新建升压站,距离接入站较近,能节省输配电设备费用。但附近不一定有相对应的风能资源可供开发,低风速区域的项目存在一定的收益风险。

(3)通过合理优化接入位置和接入容量,可以明显降低电能损耗,改善电网末端的电能质量。但部分电网基础设施薄弱地区,项目对电网安全运行会造成一定的负面影响。

(4)分散式风电项目装机容量较小、占地面积小、建设周期短、选址灵活。但容量较小、位置分散,对于后期运维提出了挑战。

(5)对于消纳能力较好的地方,弃风限电因素较小。但是,以“就地消纳、多点接入、集中监控” 仍缺乏相关技术标准。

 

6.政策与规范

(1)《国家能源局关于分散式接入风电开发的通知》【国能新能[2011]226号】

(2)《国家能源局关于印发分散式接入风电项目开发建设指导意见的通知 【国能新能[2011]374号】

(3)《国家能源局关于加快推进分散式接入风电项目建设有关要求的通知》【国能发新能[2017]3号】

(4)《分散式风电接入电网技术规定》【国网企标Q/GDW 1866-2012】

(5)《分散式风力发电风能资源评估技术导则【气象局QX/T308-2015】

注:本人两年前参与了该标准的评审,从目前来看,它非常具有前瞻性,是目前唯一一个关于分散式风能资源评估方面的技术标准,使得分散式风电开发与评估有法可依、有据可查。)


寻找分散式风电资源

 

分散式项目不受年度指导规模的限制,省级能源主管部门结合实际情况及时对规划进行滚动修编,但不意味着只要能找到风资源,按照分散式来做就能够先到先得,先开工先受益。分散式实际上会受到负荷侧接入空间、电网消纳能力的限制,因此,与其说找风资源不如说找电网接入资源,这是跟做整装并网型大型风电场开发最大的不同。

 

当找到变电站,掌握负荷消纳情况后,再在并网点附近10km~20km范围内搜寻相应的资源,并根据资源状况、建设条件规划装机容量、开发规模。

(1)风资源应该结合项目所在地综合情况,进行经济性测算来论证项目的可行性。从目前的机型来看,轮毂高度年平均风速在5m/s以上才会具备开发条件;在华北平原有很多100m高的测风塔年均风速接近5m/s的资源,如果使用140m的混合塔架,建设成本比较低廉也是可以考虑开发的。

(2)建设条件一般考虑到分散式接入风电项目容量较小,开发单位成本相对较高,最好选择地形相对简单、施工条件较好、运输便利、接入距离较近的地方。

(3)单个分散式风电项目的容量需要综合考虑接入变电站的负荷容量、变电站高低压侧电压等级及多个变电站之间的联络方式,也就是说,接入分散式的容量不一定小于接入变电站的最大负荷。

(4)目前市面是有很多可以用来做分散式项目的软件平台,比如,金风科技的FreeMeso就能够很好的支撑分散式项目的开发:

输入变电站的位置->打开图谱寻找附近资源->点击地图排布风机->系统自动选择合适风机->计算产能与经济性。

 

几个步骤就可以实现项目的宏观选址规划,找分散式资源还是比较方便的。

当然了,分散式接入风电尤其特殊性,在寻找和规划资源的时候需要关注:

(1)项目直接接入配电网,不进行远距离输电,就地消纳的模式,所以项目应首先搞清楚电网的消纳能力,最好是距离负荷中心较近。因此,一定是先找变电站再来找资源。

(2)配电网变电站负荷容量不同,影响着接入风电项目的容量,为扩大项目规模,尽可能选择变电站密集的区域,打捆开发。所以,需要搞清楚接入容量能达到多少,再来确定装机数量和单机容量。

(3)分散式风电项目,特别是位于低风速区域的项目,建设条件不能太复杂,必须采用比较成熟的机型,并且运维水平是否成熟领先是首要考虑的问题,机组厂家忌杂乱,否则在项目运行期间会很麻烦。

 

分散式风资源评估

 

当我们我确定项目开发的具体位置之后,接下来就要开展风资源评估了,它主要的目的在于分析风资源条件、选择合适的机组型号、评估项目的产能、校核风电机组载荷。简言之,就是产能与安全的评估,这是保障项目安全稳定运行获得长效收益的重要前提工作,然而分散式项目在实际操作过程的困难,无法达成完善的评估工作。比如:

(1)没有测风塔数据。

(2)没有测绘地形图。

(3)没有专门的分散式评估模型。

(4)门当户对的国家标准和规范缺乏。

因此,如何行之有效、合理合规的完成项目评估,仅仅使用中尺度气象数据平台提供的选址服务是不够的,既不能更准确评估产能,也不能确定风电机组载荷安全性,简单的办法快速但是充满风险。

因此,经过探索和实践,依据《分散式风力发电风能资源评估技术导则》的基础上,结合智能微网评估模式,建议的分散式风电项目评估的流程如下:

 

Step1:项目数据获取

(1)中尺度气象数据,格点精度3km~1km。

需注意,动力降尺度的过程比较复杂,模式结果的质量控制很重要,要慎用现成的百米尺度数据,有些数据公司直接使用插值法得到的格点数据,这更不可取。

此外,虚拟测风塔的概念存在严重误导性,中尺度是面数据,测风塔是点数据,中尺度模式计算得到的测风塔处的数据不等同于测风塔处实测的数据使用。中尺度的格点数据需要能够覆盖从场区到测风塔整个区域。

(2)实测完整年测风塔数据。

分散式风电并不要求设立测风塔,测量完整年的数据,依据《分散式风力发电风能资源评估技术导则》所述,需要测风塔的主要是在于校验中尺度动力降尺度后的结果。因此,测风塔数据并不需要位于场区,只要一个尽可能离场区最近的一个即可。

(3)数字高程图

1:50000的项目外边界地形数据很容易获取,场内边界1:2000的地形图就得使用固定翼或大型旋翼无人机,对目标区域进行详细勘察与测绘,获取相应的数字高程图。亦可根据预算与工期使用传统测绘的方式获取数字化高程图。

(4)地物与地类图

主要用于在排布机组时排查限制区域,计算仿真过程中的粗糙度地图的绘制,可通过无人机测绘获取,也可根据现成的常用的Landcover数据或Google Earth数据,需要覆盖整个计算仿真区域。

 

 

Step2:数据分析

取得上述数据之后,就要开始对进行常规的分析:

(1)对数据本身的质量进行把控。

(2)绘制相应的图形图表。

(3)对项目基本属性做一个定性的判断。

(4)框定机组选型和排布的基本方案。

本处与整装并网项目相同,不再赘述。

 

Step3:仿真建模

依据《分散式风力发电风能资源评估技术导则》,中心的思想在于第5节中关于数值模式选择中所述:”应采用中尺度数值天气预报模式和小尺度模式相结合的技术方案。中尺度数值天气预报模式宜采用Weather Research and Forecasting (WRF), Mesoscale Model version 5 (MM5), Regional Atmospheric Modeling System (RAMS), Advanced Regional Prediction System CARPS)等。小尺度数值模式宜采用 Calmet、计算流体力学模式等。。。” 翻译一下就是:

(1)根据项目所在区域的气候和气象特征,定制化计算出一套中尺度格点数据。

中尺度模式一般采用目前流行的WRF,但是它的使用比较复杂,需要非常专业的人士才可以使用。不过这个可以从现成的数据提供商处购买,我自己也有非常高质量的中尺度数据。不管如何,如前所述,3km~1km格点数据为宜。

(2)使用动力降尺度技术,将数据细化到百米或更小尺度。

小尺度数值模式在导则里面建议使用气象模式和CFD模式,但是为了兼顾项目的产能评估和安全评估,在实际操作过程中适宜采用计算流体力学的模式。这儿有一篇文献:Method Research On Wind Resource Assessment System Structure》,可以通过它进一步了解中尺度+微尺度结合的意义及架构。

(3)通过测风塔实测数据,对模式降尺度结果进行校验,并对模型进行修正,最后达到可以被接受的误差范围的结果。

即,中尺度气象数据计算出整个地区的风资源分布,然后根据实测的测风塔做为校验点,去筛选和取用中尺度数据、迭代参数化方案。

(4)根据推算的风资源数据,按照标准套路去计算产能。

(5)很遗憾的时候本导则无法顾及到载荷参数的输出,机组安全性无法评估。


不过在市面上计算流体力学模式中,美迪WT 里面的Atlas模块评估过程,与导则规定的比较吻合,输出的参数量能够兼顾产能分析和安全性分析,也能用上WT经典的微观选址功能。本文以此为例来介绍依据导则下的计算流体力学模式降尺度的过程:

(1)数据导入和区域划分方案设置

导入大范围地形数据及粗糙度文件,将整个计算区域划分为若干子区域,设定不同区域重叠范围,便于每个子区域实现高分辨率CFD模拟及整合。

(2)项目检验和可视化

 

项目检验过程即子区域生成的过程,包括对每个子区域计算所需数据的准备和检验。

(3)CFD定向计算

 

实现项目CFD计算的子区域分割和整合,并且可以通过额外中尺度网格数据引入对应的中尺度数据入口风廓线进行CFD建模计算。

(4)综合计算

 

批量载入中尺度数据,实现风资源的降尺度模拟计算。

(5)结果校验

这一步非常关键,它需要根据模拟的结果与测风塔实测进行比较,然后调整模型参数,特别是需要调整参考中尺度气象格点数据的选取,最终能够通过迭代和优化,实现模型准确性最佳。

 

Step4:结果输出

上述实施步骤完成后,与大家经常使用的CFD软件一样,就可以得到所需要的设备选型建议、产能评估结果。按照通常整装项目的套路输出相应的产能表格、载荷参数表格,用于接下来的工作。

 

Step5:不确定性分析

由于分散式项目有别于整装项目,应更加注重不确定性分析,折减还是次之。与整装项目略有不同,其内容应包括:

(1)中尺度数据与测风数据的不确定度

(2)大幅地形修正的不确定度

(3)数值气象模式与计算流体力学模型的不确定度

(4)损耗折减的不确定度

(5)外部环境与功率曲线的不确定度

 

Final:报告编制与分发

按照项目开发所需编制成各类报告,输出给所需要的部门。

 

 

分散式风电接入方式

 

当锁定了一个35kV或10kV变电站,有了风资源,就得考虑分散式风电接入的问题了。不同电压等级的线路承载力、输送容量、系统稳定性、投资收益均不同,会对分散式风电项目的容量及经济性产生很大的影响。鉴于没有分散式风电接入典型设计规范,根据经验进行总结:

 

1.接入方式:

根据经验,T接及专线接入方式为优选,两者均涉及到对接入变电站进行改造。一般来说,单回线路,专线会比T接接入更大的风电容量,10 kV线路送出容量及送出距离远小于35 kV,故需考察拟接入变电站是否有间隔,结合网架架构选择。

 

2.接入电压等级:

项目开发过程中,可能会遇到的几种变电站情形:

(1)110kV/10 kV或110kV/35 kV的变电站,专线宜直接接入变电站低压侧。

(2)10 kV用户站,需要界定资产所有权。

(3)35kV用户站,直供模式,收取过网费模式,需要与所有方协商。

(4)从几个维度对35kV与10kV接入进行比较:

 

 总体来说,35kV输送容量要求相对集中,输送容量大,造价高,但相对接入点少,便于管理。10kV相对比较灵活,可就近选择合适的电源作为接入点,造价相对也低。35kV和10kV接入形式应根据具体情况确定,另外接入点的选择以及接入点的电压等级应根据电网结构以及潮流计算等相关因素综合考虑。

 

结语

 

本文是基于现有的技术进行的业务探索,实际使用过程中仍然有很多问题需要解决,这是需要在后续持续探索的。各种难题应该脚踏实地的一个一个啃掉,只有这样才能稳步向前,对此应充满期待与希望。分散式风电存在着它必然的生存空间,不仅仅是集中式风资源开发的增强剂,也可以结合能源互联网、特色小镇、智慧园区的建设。随着技术的不断发展,政策的不断完善,成本的降低,应用场景不断开阔,期待未来某一天风电可以像光伏一样走进千家万户。

 

分散式风电核心在找接入点和接入规模,其实这部分信息牢牢掌握在电网公司手里,咱们普通的风电开发企业很难获得。相关信息的透明才会促进分散式的快速发展,否则愿望是好的,终究落不了地

 

 

分散式风电政策准备好了,技术准备好了,开发商摩拳擦掌了,电网公司你准备好了吗?