宋丽莉:各位来宾下午好,很高兴有机会在这里给大家介绍一些最新中国风能资源评估成果。这个工作是中国气象局承担进行了三年多的时间得到的一个最新的结果,是于今年6月份最后确定的一些结果。
主要是这个项目的背景和一些数据处理、方法和最后的结论。这个项目是07年6月份的时候国家就决定要启动立项这项工作,到11月份就得国家发改委正式批复。这个工作就正式启动,实际上是08年开始就开始制定这个项目的一些实施方案等等一些工作。09年初就开始建设测风塔等等开展工作,这个工作我们依据的是目前国际国内的一些还有行业的一些一系列的规范。
基础数据的来源和处理就是这个项目是确定在全国建设400个测风塔,成果的依据是来自400个测风塔的数据。还有从全国2400个气象站中率选出来197个参证气象站的历史资料。因为这个成果还采用数字模拟手段来获取。使用数据是全球20再分析场资料,我国探空、地面气象观测资料,这这次成果利用了几乎全面的资料。另外还有涉及到我们评估地区一些地形数据。这是风能资源的详查区的区域确定,我们主要考虑是在中国的风能资源丰富区或者是可能潜在风能资源开发的区域选择了149个区域来进行详查。我们这次项目所依赖400个测风塔,高度70米到120米之间。分布在中国31个省,当然风能资源丰富的省份会多一些。风能资源缺乏的地区我们也做了一些探索性的测量。
400个测风塔的仪器观测设置是按照风能评估这样一些需求和国家规范和国际认可的规范来设置观测仪器,仪器的标定等等都是有严格的规范。对测风数据的管理,400个测风塔到目前为止还在运行和观测中。对400个测风塔观测数据的管理是一个庞大的系统工程。中国气象局是执行了两级管理,三级保障运行的措施,就是说国家级和省级还有一直到县一级的测风塔所在县一级对测风塔进行管理,确保这些数据的完整可靠性。
在管理过程中对数据的质量进行了严格的控制,主要是在风能观测期间对数据质量控制的几个环节是,一个是仪器安装以前对设备精度检测,对仪器安装之后我们有一个系统的验收,在观测期间有一个实时监控和对获取的数据实时进入数据库的时候也有一个检测和标注,对不确定的数据要进行标注,并且逐月来评估这400个塔数据的可靠性,并全国公布。在我们气象部门内部的公布。
最后我们获得了测风塔一年中的有效数据完整率,400个塔中有341个塔,有效完整率达到90%。有392个塔的数据都是可用,数据有效率都是达到70%。340个塔达到了90%这样的一个结果,我们还是比较满意的。
利用短期的观测数据只能评估观测期间的风资源状况,按照规范是需要对短期的数据进行一个长年代的评估。所以包括对抗风参数,比如50年一遇的风机抗风能力的评估。要能够参与到国家气象站的选择有这样的标准,一是有详细的台站的沿革信息,有理式观测数据,还具备与侧风塔同期关注的数据,还有离测风塔距离较近,相关性较好。之前对所有风资源评估的技术部门来说这都是一个非常棘手的问题,可以说是一个难题。重要就是气象站有台站的关注环境,受人类环境的影响比较严重。它很多时候可能无法代表当地气侯背景变化的情况,这个工作对我们来说具有挑战性。最后我们是从2400个气象站中经过筛选和处理,得出来197个参证气象站,可以作为全国风能资源常年评估的参考标尺。
技术方法是风资源的技术的技术方法是按照国际规范统一的方法。前面技术方法是一般对单塔的观测数据来计算它的峰资源状况,我们有标准软件全国统一下发,经过培训之后大家是在同一个软件下来操作这件事情。
这个成果一个最重要的技术方法,采用的是中国气象局建立的一个风能资源数值模拟系统。这个模式系统是在吸取了国际上一些先进的技术,结合我们中国气侯的特点来进行优化和改进而得出来的。最后得出来的是水平分辨率一公里的成果,并且根据GIS分析,技术的应用,扣除3500米以上高原和高砂,扣除一些自己或者是社会或者是经济发展的限制性因素,最后得到峰资源一个成果。
这里简单介绍一下我们数值模拟系统一个基本流程,同样这个数值模拟系统出来的成果。我来介绍一下这个项目得出来的评估成果,从400个塔实际测量的各种风能参数,以70米高度的各种参数为例,我们这里给出400个塔,每一个塔的70米高度的空气密度,给出了一些典型的风的垂直廓线。可以看出来总体上来说基本上符合我们通常用的风廓线的数学表达。在复杂地形,比如一些山地或者是很可能在沿海的地方会出现一些不是标准分布的风廓线的状况。我们对400个塔实际测量风速随高度的变化的廓线指数,通常叫他幂指数。得出27%的塔α值是小于0.1,风随高度的增加是比较缓慢的。38%的塔的幂指数大于0.15,这就说明风随高度的增加比较快。这是全国的一个分布。给出测风塔年平均功率密度,70米高度。一年中高或者低在每个月的分布,从这次的评估结果来看,中国大部分地区都是春冬季风能比较丰富,夏季是比较少的。但是具体分布到一些地区就是每个地区略有差异。像西北部和中部地区大概三份是比较大的月份。到了沿海地区,包括华南一带的沿海,风资源主要集中在东季月份。给出70米高度的平均风功率密度的分布,400个塔当中44%的塔风功率密度可以达到300%。相当于三级风电场的一个资源量,25%的塔可以达到四级风电场的资源量。
前面是测风塔短期观测所获得风资源的参数,利用前面我讲到的筛选出来的197个参证气象站对短期的观测数据进行一个查,来获得最近20年中的平均数据。在我们观测年度里头,有64%的塔评估下来他是略偏小的风速年份,在这里我们就会根据他能偏小多少,给他往上盯证,获得历史平均状况。这里给出50米高度,目前我们国家的风资源平均规范是50米高度风资源为主,这里暂时执行了国家规范给出来的指标。400个塔中有269个塔的风资源达到2级以上每平方米200瓦以上,48座塔达5级以上,这次设置一些塔是进行一些探索性的观测,比如说在中部和西南部地区也设置一些测风塔,在这些地区测量结果有一些风资源就不是很好。
这张图我认为是成果中对开发商来说是比较有用的,这个图是给出我们400个测风塔的风资源的方向分布。我们在规范里边还有规定了对湍流强度评定,70米高度风速15秒湍流强度。有82%的塔湍流强度小于0.12,有10%的塔在0.12-0.14,非常少的塔大于0.16。说明一点的是台风影响地区,测风塔并没有观测到台风最中心穿过的状况,台风经过的时候湍流强度有一个突变或者剧烈增大,在我们观测这三年中暂时没有看到,所以这个图只能说是非台风影响下的湍流强度的状况。
风电场设计还非常关注一个风电机组,我在这里50年能够遇到最大的风速是多少,这是一个风险的抵抗能力的评定参数。这里给出了在标准的空气密度下,50年一遇10分钟的平均风速,可以看出来总的来说大部分的地方我们国家是比较适合二类和三类的风电机组。但是在台风影响地区或者说地形比较高的地区,可能会突破这个参数。我们测量结果有3/4的塔的位置是适合三类风机,1/10的塔是二类风机,1/8的塔是一类风机,个别会大于这个数。这是给风机显形的一个参考。
最后以潜在开发量和技术开发量两个参数给出风资源评估全国总成果。这是本次评估出来50米高度30平均风速分布图,这是70米高度,这是100米高度。这是50米高度年平均风功率密度图。数值模拟结果总的来说是平均误差小于8%,当然那些山地省份误差会大一些,像平原省份误差比较小。70米高度的技术开发量是这样的分布,最多是内蒙、新疆、甘肃、黑龙江,这是以70米高度为结果进行显示。100米高度又有一些变化。
这次评估还对我们国家的8个千瓦风电基地的风资源进行了模拟,这是显示各个基地的状况。在气象风险方面,这次评估了台风风险和低温风险,大于42.5每秒风速在台风风力。这是气象站得出中国极端最低气温的分布图,这是我们这次获得的实际测量温度低于20度和30度的测风塔的分布情况。低于30度的有12个塔,超过12天,低温情况比较严重。
我们初步评估了一下,400个测风塔,50年一遇的最低气温,有118个塔地于-35度,88个塔低于-40度。对风的形成和长期变化进行了一个评估,这是发展深比较关注,我在风电场未来20年有没有风资源可以利用。得出结果是我们有一部分站总体来说风是略有下降的这样一点点趋势,但是绝大部分的地方,风的下降并不是很明显。在人类影响比较多的地方,减少的趋势要比没有人类影响比较少的地方要稍微大一点。我觉得这个结果可能是过去我们没有做过的,这个是给风电发展深的一个信心。
得出来的主要结论是本次获取的水平分辨率一公里全国的陆地风能资源储量,在50米高度技术开笔量是20亿KW,70米高26亿KW,100米高是34亿KW。谢谢大家
GE中国能源执行部代表演讲
GE代表:我谈的题目是大规模风电、太阳能并网的启示。过去几年受ISO电力公司和政府委托,GE承担多个综合性大规模风电、太阳能并网的研究项目。考虑了总共大于1.5亿千瓦以上的风电太阳能的接入电网和消纳的可能性。在研究中考虑了多种因素,电网的运行调度,排放、传输等等因素进行了很多了定量分析。研究最后得到了很多的成果,这些研究项目分布的区域除了咱们这个地图上淡蓝色区域以外,所有区域大概覆盖美国、加拿大一半以上的地区,很多项目接入的可再生能源目标发电量超过其系统总发电量的25%以上,有的是超过30%以上。风电太阳能的容量占其系统最大负荷的50%以上。研究发现,要更好的消纳大比例的风电太阳能,需要增强电网的调节能力,采用更加适合的运行机制和采用对电网友好型的风电太阳能的技术。
从这个研究项目得到的一点启示,影响风电太阳能并网和消纳的一些不利因素,包括输电网络传输能力不够,各调度区域之间协作和合作不够,或者是市场机制不够灵活,还有在低谷期间和高风险运行期间系统的调度策略不够灵活。这些因素会导致在接入大量的风电太阳能之后系统总的运行成本增加。比如说发出风电太阳能不能输送出去,更高的排放或者更高系统的运行和维护费用的增加。有利的因素有,采用风电太阳能的预测技术,提高火电机组的调节控制能力,更大范围调节深度,更大的爬坡深度,地理空间更加分散还有其他电辅助服务。以及对电网更加友好的风电技术的采用。
经常有人问电网到底能够接收多少风电太阳能,希望能够有一个数字,最大的比例是多少。这个其实是一个技术经济性的问题,从理论上来讲的话,电网能够消纳的间歇性的能源上线可以很高,但是对不同电网,采用不同技术,不同市场运行机制,运行条件下的系统总的运行成本是不一样的。总的来讲技术深是在进步,更关键的是能够采用更适合的市场机制来引导,使得系统在达到接纳目标的时候能够有更好的经济性。
风电太阳能对电网运行调度的分析,这个图是GE承担美国西部电网风电可再生能源接纳研究的项目。美国西部电网风电太阳能研究针对美国西部电网,美国西部电网总的装机容量是2.3亿万千瓦。研究、接入10%、20%和30%比例下风电比例对电网运行调度方面总的影响。研究水平年是2007年,采用负荷数据是把2006年,05年和04年数据扩展到2017年。风电数据就是基于实际风资源的资料,建立了在总共接入风电容量是7200万风电,在30%比例下,同时还有5%的太阳能,那个是1300万。根据实际的气象数据,风资源分析数据,在整个西部电网确定了总共7200万风电场的具体位置。根据实际的气象数据,把应用也是04、05、06年的气象数据,把这些气象数据和负荷进行同步,定量的分析在每一年,系统内每一个电场,常规电场和风电场和太阳能电场,每一个小时生产发电的情况。这个结果是7月份一周的整个系统的调度情况。在7月份是夏季高负荷期间,风是低风期,整个西部电网接收10%、20%和30%的比例情况之下,对系统的调度影响不是非常大。风电太阳能替代主要是联合循环发电机组。
下面这个是在4月份一周期间整个系统对各个电源调度情况,4月份是大风期,相对应负荷一年低谷负荷。可以看到在当风电节日10%、20%、30%的情况下对系统的调度有很大的影响。不断替代燃气联合循环发电机组,还替代很大量的煤电机组。煤电机组很大程度上也要参与一些系统调风。
对于接入可再生能源经济效益的分析,根据前面一年期间,每一个电场的生产调度情况,可以定量分析这个电场和整个系统的生产运行成本。这个图显示的是在假定某一个煤炭天然气的价格和碳排放的价格,整个西部电网接收10%、20%、30%比例的情况下,整个系统生产运营成本。也可以看到当接收30%的风电和5%的太阳能的情况比没有风电太阳能整个系统的运营成本降低了大概40%以上。还进行了很多其他方面的定量分析,有很多的非常有益的研究成果。
根据这些研究项目和具体的实践的总结出来的几点建议,首先就是一方面要除了增加电网的调风特性,风电场应该像常规电场一样,在某些方面具备类似的调节特性。比如说风电场应该提供无功功率和参与电压调节,为维持系统的稳定性,风电不能在电网有扰动时断开。其次要有严格的并网标准,这个标准是强制性的,这个意味着对风电机组和风电场在功能和特性方面有更高的要求,意味着风电场一次投资会更大一些。但是这个标准更有利与电网接收大比例的风电,对风电和电网长期发展是有利的。
最后要为大比例风电提前做好准备,我国目前风电比例总体来讲不是很大,但在很多地区中长期的目标是比较高的。总的来讲,应该提前做好准备,采取必要措施。比如说刚才提到的风电场应该具备无功率的调节台阶能力,有功率的调节能力,需要对风电场进行间和控制。从电网来讲也需要改进和调度运行的规则,也要对风电进行预测。其他的辅助服务的规范,还有荷侧管理。要提前做好管理,提前研究接受大比例风电和电网运行和调度产生的影响。提前研究解决方案和采取必要措施,以避免当大量风电建成以后出现问题而带来的很大的损失和再去采取解决办法的需要的大量投入。谢谢大家。
丹麦RISO实验室DTU教授Jens Carsten Hanse演讲
Jens Carsten Hanse:各位下午好,谢谢能给我有这个机会跟大家谈一下我的看法,有关风能方面研究的情况,我从丹麦的情况主持了一些工作情况给大家一下介绍。
给大家介绍一下一些背景情况以及面临一些挑战,以及在未来研发方面一些动力,以及这方面一些考虑,以及介绍一下国际合作。
我主持是哪些工作?我是丹麦这样的一个机构,1月1日大家都知道可能要看一下文件,我们要改成DTU风这个机构了。我们属于丹麦理工大学,是DTU,是07年并入这个大学。1月1日我们变成了这个风能性,变成DTU风能性,从此可以看到我们特别重视这个品牌,我们的历史,我们的发展的精力。这是大家可以期望的,这是给大家透露一个信息。我们DTU,风能性,业务不变,名称升级了,还有大学其他的一些朋友,我们做一些深化的风能研究工作,我们宗旨是不变的,我主持就是这个工作,76年就开展这样的专业。
讲一下我们遇到的挑战,从行业来说遇到的挑战也是很大的,当然机遇是与挑战并存,需要在研究和科研方面做工作,我们来迎接这样的挑战,满足需求,达到绿色能源。到2020年绿色能言占这么大的比例比重,确实调整太大了。我们需要做前瞻性的研发,作出应有的贡献。时间很短,2020年,还要展望2020年以后,这个是很近了。我们现在要设计和生产的是现在,我们要研发超越现在这个时间。
有什么挑战呢?从丹麦的情况来看,这是个绿色都是风机的情况,在我们动手比较早的领域,这个方面我们历史最长,就是海上风能的利用,还有跟英国一块,海上风能的利用都是领先,最大的两个国家。
我们领土无法扩大,我们风能可以扩大,总的目标就是向海洋发展,要把这个形势格局整个改变,这个海上经验很丰富了,但是又有新的挑战,我们还要建立新的经验,确确实实需要尽全力要搞新的项目和方案。看一下欧洲的情况,欧洲也有很多新的海上风电还有很多他们能够为实现2020年可再生能源目标来做贡献。如果我们把看海上风电增长百分比的话,海上风电增长比例非常之大。海上风电对于系统资源的整合以及系统的运行方面,我们知道应该怎么做,这虽然是一个挑战,但是我们知道怎么解决这个办法。
看到今天丹麦的情况,我们25%的电力是来自风能,新政府刚刚上任,我们有一个新的方案,规定到2020年我们电力达到50%来自风能。前一届政府规定是40%,这一届政府规定是50%,挑战就是50%目标要实现的话,我们还是要走到海上去的。我们国家丹麦是一个风电很多的示范国家,我这么说的意思是我们走在在座各位之前,我们就已经来应对风电发展当中的一些挑战了以及相应的政策。丹麦的政府和研究机构和企业他们联合在一起来共同的研发,来解决这些风力发展的问题,所以我们是示范国家。我们将继续为大家做示范,而且我们将继续研发策略,在各个方面来推动风电的发展,我们必须这样做。
整个研究的内容,这里面很多,不用一个一个谈了。这里是有跨国境的严重研究的成长我们并不做具设备的设计,我们对于研究的方式是有选择的,我们做研究的目的是能够让丹麦,让我们国家实现我们所制定的目标和应对我们面临的挑战。我们密切的与各方合作,我们来解决具体的问题,我们同时在开发合作。我们工作的方式来探寻我们如何能够解决风电技术当中的问题,如何通过我们今天所掌握的知识,如何把新的技术应用在风电当中,如何利用这个技术,我们还进行测试和实验,我们一直没有中断过,还要做全面的测试。
我们拥有一些最新的风电场,我们有7个测试厂,我们现在正在开发丹麦最新的风机测试平台,这里面8兆瓦的机组。我们要开发新的测试平台,现在叶片的半径越来越大,我们也在开发新的测量、计量的技术。一方面我们开发像传感器,还有有Lidar,风和定位和控制。我们的理念是把丹麦的理念和欧洲的研究机构协调起来,我们希望能够推动很多大量的技术进步,那么通过这些技术我们来研发新的更高效的风机。我们也要了解设备内部在运行的时候他们在发生一些什么样的变化,所以我们需要一些测试平台。我们现在还在继续开发,我们也和中国开展合作,我们还和世界各地风电产业一起研发方法学,当然我们的研发过程是很透明的,我们欢迎各位和我们共同开展研发。我们有一个技术模拟软件,这个软件适用于研发、研究,也适用于商用。我们用这个软件来模拟风机叶片的运行状况。在中国我们可以通过这个网站上可以看到我们在中国的合作的内容,这个网站可以看到一些合作项目的报告。
我们的挑战是什么呢?挑战有多大呢?我们的挑战是多层面,而且我们希望在具体项目帮助中国不管是陆上风电还是海上风电,我们研究这方面有很悠久的很强的历史。我们面前有很多工作,集成这块也是我们重要的内容,我们现在很幸运,我们2008年集成25%的风能,我们目标是2020年50%的所有电力是风能,我们要做大量的集成工作,无论是在陆上还是海上。我们看我们的合作,我们目标是2020年50%的电力可以用风电来满足,有6个GW的装机量可以实现。
我们谈一下在全球合作伙伴关系,我们谈到了很多关于丹麦的任何东西都是有欧洲背景的,丹麦是我们的国家,你们有你们国家在这里,其他国家。所以我们不同的国家、地区之间是要建立合作伙伴关系,在我们那个地区我们已经发起了风能的委员会,我们制定了计划,通过欧盟我们建立了风电技术平台,我们也建立了欧洲的风能技术的平台。我们通过欧盟来开发项目,来处理,来应对欧洲所面临的风能方面的问题。
此外我们还有EERA,也就是欧洲的能源研究联盟。这个研究联盟在欧洲我们是共同领导这个联盟风能的研究。在这方面我们开展了很多合作,还有在整个欧洲开展了很多合作。我们要处理的是中长期的研究来共同开展这个研究,来满足欧洲的需求。
我们在欧洲欧盟委员会,我们告诉他们,我们认为应该做哪方面的研究。我们的工作就是为了满足这些需求的。我们还有一个研究项目是一个叫做UPWIND,欧盟一体化的项目,参与国家有11个国家,有10个研究机构,11所大学。现在我们正在完成一个项目的建议,我们来研究我们到底需要什么样的技术来实现最新的技术解决方案,来改变现有的技术,这是我们要做的事情。所有这些内容我们都做,Twenties是欧洲另外一个大的示范项目,是西班牙一个电力公司发起的,这是欧洲最大的一个研究机构,把风电做集成的项目。我们在这个项目里边的角色是很有趣的,我们把这六个欧洲示范工程把它放大到全欧洲,我们的任务就是要研究如何把示范工程进行放大,我们现在正在从示范工程收取他们示范的结果。
我们还发起了一个野心勃勃的丹麦和中国的一个教育合作,我们在北京成立了一个教育中心,这是丹麦和北京共同投资的一个教育中心。我们刚聘请了第一个博士就开展风的博士学位的研究。我希望在今后2012、2013年的风能大会上,我们就能听到丹麦中国风能教育中心的研究成果了。
这是我们在过去几年里边做的很多大的项目,我们所有同事都很有经验,我们一直是在研究如何把模型变成真实的风能发电设备。我们可以在家里做这些事情,我也可以坐在我自己的办公室里边,我也可以用我自己的模型来做这些工作。但是如果我们能够让所有的人都能够分享我们开发的这些模型,让所有人都来使用我们的数据,如果我们一起来学习,这才是最有趣的。尤其是我们如果能把我们的研究成果分享给商业合作伙伴,那才是有趣的事情。我们希望和在座各位分享我们的成果,分享我们的模型。如果我们的成果对商业适用的话,对所有人都应该是适用的。那么我们有16个合作伙伴都把他们的模拟结果给我们。这是另外一个研究项目,我们要进行流的准确入网模拟,所有这些研究工作我们希望共享,我们不希望每个人做自己的研究,到头来谁也不认识谁,谁也不知道别人的研究成果。我们也看到了CFD软件在这个地方,我们认识到用这个软件的人比真正解决问题的人他们都是很重要的。这种研发我们邀请全世界都一起来参加推动风能的努力,我们共享这种共同努力的结果。
那么在这里我们有一些文件你们可以下载,这里我们要感谢所有参加合作研究的合作伙伴和机构,也包括你们在座其中一些同仁,谢谢。