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中国船舶重工集团海装冯煜:只有增大风机功率才能带来发电量的提高


文章来源:网络整理  点击次数:  更新时间:2019-11-11  

北极星风力发电网讯:2019年10月21-24日,2019北京国际风能大会暨展览会(CWP2019)在北京隆重召开,大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展:绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来,已连续举办11届,成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。

CWP2019进一步加强了大会的国际化特色,组织了20余场精彩论坛和各类活动。创新剧场-随"新"而动--风电新产品发布会于10月23日上午召开。中国船舶重工集团海装风电股份有限公司研究院副总工程师冯煜出席论坛并作主旨发言。

以下为发言内容:

冯煜:各位领导,专家,大家早上好,我是来自于国家海上风力发电工程技术研究中心的冯煜。

一提到海上风电大家都有很多共同关心的话题,我和海上风电虽然起步较晚但是发展迅猛,2018年装机180万千瓦累计装机达到460万千瓦,今年有望完成500万千瓦的目标。

但是海上风电的开发存在不少的问题,比如如何保证收益率?如何获取海上风能资源?如何规避潜在的风险?未来海上风电的趋势如何等等。但是有一个问题行业内一直在讨论,但是至今没有一个比较明确的结果,这个问题是什么?我们关注一下,这个问题就是大,国内外风电整机厂商都在研发大型机组,国外10到12兆瓦已经进入研制或者实验测试阶段,15到20兆瓦海上风电机组已经具备概念雏形,但是国外的风资源和我国不太一样,那究竟多大功能适合于我国的风况海况,对于我国来捉究竟是大功能好还是大功率等级好,今天我就用几分钟时间给我们分享一下。

这张图代表了单位千瓦成本发电量和年平均风速的关系。结论一,随着年平均风速的增大,高单位千瓦扫风面积带来的发电量优势逐渐降低,这个怎么理解?我们可以看到随着年平均风速的增大在相同风能的情况下,只有增大功率才能带来发电量的提高。第二个结论,在成本相同的情况下,随着机位数减少,大单机功率带来的发电量更高,这个问题其实很好理解,因为我们假设在统一边界情况下,风电机组单机千瓦的成本一致,建设成本一致,大机组它会减少运输、吊装以及线路等费用。

于是我们可以得到一个结论,在单位千瓦成本发电量最高导向的指引下,单机功率的增大是不可逆的趋势,趋势快慢受限于叶片长度增速和由此带来的整机产业链成本的降速,平衡关系则主要在于风资源、工程成本差占比与额定功率之间的匹配,对于海上风电而言我们还要更多看节约用海的需求。

这张图展示了不同功率、不同风能直径的度电成本变化趋势,我们一方面追求大功率大风能低度电成本,另一方面大型风电机组又会带来超大型零部件的设计制造体系不够成熟成本偏高,这就需要我们考虑当前中国风电产业技术成熟度和配套产业链制造水平的基础上,然后来技术协调,才能找到最佳经济性拐点。

我们都知道叶片是风电机组系统设计的源头,叶片长度基本上就决定了发电收益和载荷水平,国外的研究机构表明7兆瓦的机组需要匹配180米以上的风轮直径才具有一定的经济性,那么180米的风轮直径叶片长度大概达到90米左右,90米碳纤维叶片重量为40吨,常规重量约为52吨,这就需要我们去平衡叶片的长度、重量、载荷、发电量以及整机成本之间的多方面关系。

我们考虑零部件的成本,我们可以建立一个机组经济性的评判指标,我们通过优化单位成本发电量这个指标可以得到不同功率等级下的最优风轮直径。

基于前面的推导我们在做大兆瓦机组的研发时就会有更多的技术、经济指标和参数,比如我们在做8兆瓦、10兆瓦、12兆瓦甚至更大功率的规划的时候,我们就会知道我们开发多大直径合适。

我们回到最初的一个问题,对于我国具体海上风电而言,究竟是大风轮好还是大兆瓦好,我想通过前面的推导分析,我基本上有一个结论,但是大家可能觉得这一个结论还不是一个很明确量化的指标,因为前面的推导还是过于笼统,其实这个问题最想问的是什么呢?就是想问的是对于特定的风电场,特定的风资源状况,全场容量一定的情况下,我们究竟选择多大的机组是最合适的?

其实我们对于风轮直径为170米级、190米级、210米级以及功率等级为6、8、10兆瓦,这样的机组就是最好的,就能满足我们项目的需求。

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