阿根廷風能資源評估與開發前景分析

蘇盛，王超，趙杰，吳長江

(智能電網運行與控制湖南省重點實驗室(長沙理工大學)，長沙市 410004)

阿根廷風能資源評估與開發前景分析

蘇盛，王超，趙杰，吳長江

(智能電網運行與控制湖南省重點實驗室(長沙理工大學)，長沙市 410004)

分析阿根廷43個氣象站點觀測資料，選取典型年份評估風能資源情況，發現阿根廷風能資源條件優異，南部巴塔哥尼亞地區10 m高度平均風功率密度達0.4 kW/m2以上，并且已建有高壓輸電外送通道，具備大規模風電開發基礎條件。通過分析當地風電開發的條件與政策約束，研究了我國企業赴阿根廷開發風電的優勢和適宜采用的進入方式。

阿根廷;風能資源;風能密度

0 引 言

作為一種技術成熟、適合于大規模開發的可再生能源，開發風能已成為世界各國優化能源結構、降低溫室氣體排放的重要舉措。全球風電裝機容量從1998年的9.67 GW增長至2012年的282.41 GW，年均增速達27.26%。我國在推進可再生能源發電方面更是不遺余力，大陸地區風電裝機容量從1998年的0.2 GW增長到2012年的75.324 GW，年均增速達52.57%，居世界第一[1]。經多年市場培育，我國已成為風力發電和風電機組制造大國，培育了一批實力較強的風力發電機組整機制造企業，從人員、技術和資金上均具備了實施“走出去”戰略的實力[2]。

阿根廷國土面積約280萬km2，風能蘊藏豐富，被譽為風能領域的“沙特阿拉伯”。受太平洋副熱帶高壓影響和中緯西風帶的控制，南部巴塔哥尼亞高原及其以南地區常年盛行強勁西風，年均風速達6 m/s以上，部分地區年均風速甚至超過9 m/s。阿根廷可再生能源商會的數據表明，該國近70%的領土地面年均風速在6 m/s以上。盡管擁有巨大的風電發展潛力，截至2012年，阿根廷的風電裝機容量僅有167 MW，不到總裝機容量的1%。國際能源機構(international energy agency，IEA)統計數據表明，阿根廷電力供應主要依靠水力和化石燃料，2011年燃油、燃氣發電占總發電量的66%，水電占25%，核電占5%，煤電占2.5%。阿根廷近年受金融危機影響，通貨膨脹形勢嚴峻，外匯儲備持續流失。由于消耗天然氣的10%和石油的20%需外匯購買，導致貿易逆差擴大，減少經濟盈余。為此，阿根廷政府于2009年推出可再生能源發電發展規劃，期望到2016年風電裝機容量能達到500 MW。因此，評估阿根廷風能資源條件，并分析其開發前景，對風電企業實施“走出去”戰略具有重要的現實意義。

本文首先結合阿根廷氣象站點氣象觀測數據進行風能資源評估，并計算了典型風電機組的利用小時數；然后分析了阿根廷風電開發條件及其約束與風險，最后總結了中國風電企業的優勢及進入阿根廷市場的方式。

1 數據處理與分析方法

1.1 氣象數據

阿根廷氣象局共有186個基本氣象站和基準氣象站，其中43個站點記錄有2007—2011年間完整觀測數據，包含每天24次(整點記錄)或8次(3 h間隔記錄)風速、風向、溫度等氣象要素，可用來進行風能資源評估。為避免拉尼娜和厄爾尼諾現象對風能資源評估準確性的影響，還根據規程要求將5年平均值排序后取其中間值作為氣候典型年，進行風能資源評估。

1.2 評估參數與典型風電機組發電量計算方法

風力發電主要利用近地層風的動能。風速在近地層隨高度而變化，可以采用公式(1)刻畫風速隨高度變化的規律:

(1)

式中:α為風切變指數；v2為高度z2的風速；v1為高度z1的風速。因缺乏下墊面地形信息，風切變指數根據風能資源測量和評估技術規定選取為1/7[3]。

風能密度是氣流垂直通過單位截面積的風能，受風速、風速頻率分布和空氣密度的影響，是衡量風電場風能資源的綜合指標。年均風能密度可用公式(2)計算。

(2)

式中：n為計算時段內風速序列個數；nk,i表示第k個月的觀測小時數，k=1，2，…，12；vk,i為第k個月的風速序列；ρk為月平均空氣密度，kg/m3。空氣密度與海拔高度和環境溫度有關，計算公式為

(3)

式中：P0為標準大氣壓，101.325 kPa；g為萬有引力常數，9.8 m/s2；z為海拔高度，m；R為氣體常數，287 J/(kg·K)；T為溫度，K。

因當前投役風電機組單機裝機容量主流配置為MW級，在此選用單機容量1.8 MW的Vetas80-1 800為典型風電機組，其輪轂安裝高度為80 m，切入風速為5 m/s，額定風速為13 m/s，切出風速為26 m/s，其風速出力曲線如圖1所示。

圖1 典型風電機組風速-功率曲線

大量研究表明，相對其他統計分布，威布爾分布能更好地擬合實際風速分布[4-7]。本文采用雙參數威布爾分布模型描述風速的分布特性，公式(4)為其概率密度函數。

(4)

式中：fw(v)為風速v的概率密度；k為形狀參數；c為尺度參數。威布爾分布的概率分布函數為

(5)

式中：Fw(v)為風速小于v的概率。只要給定威布爾分布參數k和c，即可確定風速的分布特征[8]。本文采用風能資源評價技術規定建議的平均風速和標準差法估算威布爾參數[9]。計算站點某時間段內參數k和c，可繪出其威布爾風速分布圖，得到該時間段內的發電量。圖2為圣克魯斯省SanJulian(8號)站點2011年風速威布爾分布圖。

圖2 San Julian站點2011年風速分布

2 風能資源評估

阿根廷年均風速分布如圖3所示。其中，風速大小以圈點表征，風速越大則圈點越大；反之，則圈點越小。由圖可見，阿根廷風資源分布有明顯的地域性，北部地區年均風速多在4 m/s以下，南部年均風速均在6 m/s以上。全部43個站點中僅7個年均風速略低于3 m/s。

圖3 年均風速地域分布

計算43個站點典型年10 m高度風能密度及典型風電機組的年利用小時數，如圖4、5所示。由圖可知，阿根廷風能資源稟賦優異，除西北部山區和北部等7個站點風能密度在1級以下(<100 W/m2)、不具有開發價值以外，北部人口密集的拉普拉塔平原和大查科平原站點風能密度亦可達到3級(150 W/m2左右)，年利用小時數可達2 000 h，適合開發并網風電；南部巴塔哥尼亞高原上站點風能密度則普遍在250 W/m2以上，年利用小時數達3 000 h以上；圣克魯斯省和火地島省大西洋沿岸風能密度更是高達400 W/m2，圣克魯斯省的幾個站點年利用小時數達4 000 h以上。

圖4 風能密度地域分布

圖5 典型風電機組年利用小時數地域分布

根據2012年南部巴塔哥尼亞地區9個站點數據繪制典型風電機組月度發電出力，如圖6所示。由圖可知，各站點出力高峰集中在11月至次年2月。阿根廷地處南半球，負荷高峰出現在炎熱的夏季11、12月，風電出力高峰與負荷用電高峰重疊，有利于風電消納。而圣克魯斯省San Julian(8號)站點的典型風電機組月度出力更呈平穩態勢，對風電并網尤為有利。此外，根據國際能源組織的統計，阿根廷90%發電機組為具有快速調節特性的燃油、燃氣輪機和水電機組，具有很強的風力發電消納能力[10]。

圖6 典型風電機組月發電量

3 風資源開發的條件與約束

阿根廷擁有豐富的風能資源，但當前風力發電量僅占其電力消費總量的0.04%。因此，阿根廷政府重視風能資源開發，制定了一系列法律支持風電投資建設，包括：《26190號國家法》(2006年12月)等國家級法律和《圣克魯斯省風能太陽能促進法》、《12603法》(布宜諾斯艾利斯省可再生能源促進法)(2001年2月)等省級法律法規。其中，《26190號國家法》規定：至2016年，可再生能源的發電量達到國家總發電量的8%。根據阿根廷國家能源委員會的計劃，風電應占其中一半左右。該法還規定，在國家范圍內，可再生能源信托基金將對風力發電系統給予0.004 5＄/(kW·h)的補貼；該法案還包含了在稅收和金融、投資領域的優惠政策。

南部巴塔哥尼亞地區面積近70萬km2，10 m高度平均風速在6 m/s以上，年均風能密度在250 W/m2以上。年利用小時數平均在3 000 h以上，適合建設風電場。該地區主要為遼闊的草原和沙漠，因氣候干旱，人口稀少，人口密度不到3人/km2。歷屆阿根廷政府都非常重視巴塔哥尼亞地區的拓殖、開發，對有利于該地區發展的人口、資金、技術、物資、設備的遷移實行鼓勵政策。

北部布宜諾斯艾利斯等城市所處的拉普拉塔平原地區是阿根廷的經濟中心。過去10年間，阿根廷針對南部風電發展需要，新建了一系列高壓輸電線路，當前阿根廷高壓輸電網結構如圖7所示，新建的一條132 kV輸電線路和一條500 kV輸電線路貫穿巴塔哥尼亞高原，基本滿足風電外送需要。

阿根廷實行“進口替代戰略”政策，其核心是通過限制工業制成品的進口來促進本國工業化。在此背景下，阿根廷對可再生能源的開發有保護主義傾向，《26190號國家法》規定優先促進就業的商業活動，優先利用本國資本貨物的商業活動。在政府扶持下，阿根廷國內現有3家大型風電機組設備制造商。在阿根廷建設風電場需要部分采購當地風電機組零件，將會提高風電機組造價。聯想集團通過與當地企業合作建廠，在當地組裝生產，以擴大中資企業產品市場份額的策略可以為風電企業提供參考。

3 中國企業的優勢和進入市場方式

中國企業進入阿國風電建設領域有3點優勢。

(1)價格優勢。風電投資中70%的成本來自風電設備，國產風電設備比同類型歐美設備價格低20%，競爭優勢明顯。

圖7 阿根廷部分高壓輸電線路

(2)融資能力較強。拉丁美洲的商業銀行認為風電項目長期貸款風險太高，通常不愿在風電項目的整個生命期內為其提供貸款。當前受經濟危機影響，從歐美國家融資建設風電場非常困難，而中國銀行有充裕的資金支持風電建設和風電設備出口。

(3)豐富的風電場建設經驗。中國已建成多個1 000萬W級的風電基地[11]，這種大規模的風場建設和運營過程使中國企業積累了世界一流的風電場建設和運營管理經驗。

適合中國風電機組和能源企業進入阿根廷風電市場的方式主要有3種。

(1)風電機組出口。借鑒丹麥提出的“丹麥風電機組擔保”計劃，爭取金融領域為項目提供長期融資和貸款擔保，對資金匱乏的阿根廷有較強吸引力。

(2)風電場開發。不但可以銷售國產風電機組設備或是當地生產的中國品牌風電機組設備，還可獲得風電運營收益。

(3)投資建設風電設備生產廠。為當地創造就業和稅收，享受相關優惠政策，可繞過保護主義壁壘，更多參與風電場建設，增加風電設備的銷售。

5 結 語

本文分析阿根廷43個氣象站點氣象資料，選取近5年中典型年，評估風能資源情況。分析表明，阿根廷風能資源極其豐富，發展風電自然條件優異。其南部巴塔哥尼亞地區10 m高度年平均風速達6 m/s以上，平均風功率密度達800～1000 W/m2，并已建有高壓輸電外送通道，具有大規模風電開發基礎條件。阿根廷政府積極發展風電，制定了一系列的政策支持風電產業的發展，盡管存在保護主義傾向等風險因素，但憑借價格優勢、資金優勢和技術經驗等競爭優勢，有可能將投資阿根廷風電產業做成雙贏的局面。

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[10]International Energy Agency. Argentina: Electricity and heat for 2010 [EB/OL]. Paris: international Energy Agency, 2010 [2014-02-16]. http://www.iea.org/statistics/statisticssearch/report/?country=ARGENTINA&product=electricityandheat&year=2010.

[11]靳丹，何式恩，丁坤.關于大規模風電基地建設的思考[J].電力建設，2011，32(10):58-60.

(編輯：張小飛)

WindEnergyResourceAssessmentandDevelopmentProspectsinArgentine

SU Sheng, WANG Chao, ZHAO Jie, WU Changjiang

(Hunan Province Key Laboratory of Smart Grids Operation and Control, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410004, China)

Wind data of 43 weather stations in Argentina were analyzed to assess its wind energy resource. Investigation indicates that Argentina is of excellent wind energy resource. The average wind energy density at 10 m high in Patagonia is more than 0.4 kW/m2. Moreover, wind power generation can be transmitted to load center via high voltage transmission lines established throughout the region. Therefore, it is feasible to implement large scale development of wind power. The favorable conditions and adverse regulating policy of wind power development in Argentina were analyzed. The appropriate ways to invest on wind power in Argentina were concluded for Chinese enterprises, as well as the advantage.

Argentina; wind energy resource; wind energy density

國家自然科學基金(50907005)；湖南高校創新平臺開放基金(10K004)。

TM 614

： A

： 1000-7229(2014)06-0160-05

10.3969/j.issn.1000-7229.2014.06.030

2013-12-07

：2014-01-24

蘇盛(1975)，男，副教授，研究方向為風險評估，E-mail：eessheng@163.com；

王超(1986)，女，碩士研究生，研究方向為電力系統運行分析，E-mail：wchao2313@163.com；

趙杰(1991)，男，碩士研究生，研究方向為電力系統運行分析，E-mail：zgahwhzj@163.com；

吳長江(1990)，男，碩士研究生，研究方向為電力系統運行分析，E-mail：wuchangjiang@163.com。