新形勢下風能資源評估進化論

文 | 侯先鋒

攝影：夏凡凈

經過近30年的發展，我國風電的累計裝機容量位居全球第一，截至2017年年底達到1.88億千瓦。與此同時，我國風電電價機制從早期的強制性收購、還本付息電價和成本分攤制度，接著過渡到通過特許權招標確定風電場投資商、開發商和上網電價，再然后到2008年頒布陸上風電上網標桿電價政策，執行至今。而近十年，全球可再生能源成本學習曲線進入快速下降階段，部分新增可再生能源成本接近甚至低于傳統能源成本，全球許多國家、地區已經實現可再生能源電價低于傳統化石能源電價。在新的國際競價趨勢壓力下，2018年5月18日，國家能源局發布《關于2018年度風電建設管理有關要求的通知》，對集中式陸上風電項目和海上風電項目通過競爭配置方式組織建設，標志國內風電項目從“標桿電價”階段正式進入“競價上網”階段。

隨著我國風電行業的不斷成熟，以及競價上網乃至平價上網的到來，風電行業的投資風險在不斷加劇。作為降低此類風險的重點努力方向之一，國內風能資源評估工作也處于不斷迭代和進步中。早期的風能資源評估主要是基于氣象站歷史觀測資料；后期，國外成熟商業流體仿真軟件的學習、引入成為主流；時至今日，使用開源CFD自主流體仿真技術、基于氣象WRF模式降尺度技術以及引入LES為求解方式的CFD模擬風電場技術等得到廣泛應用。而在新政賦能下，風能資源評估亟需進一步進化，精益化外功、修煉好內功。為此，希望業界充分認識到以下幾點，并做好相關環節的工作。

其一，風能資源工程師的工作價值將更加突顯、工作內容會更加復雜。競價上網環境下，平準化度電成本（LCOE）成為首要的經濟性指標，而在平準化度電成本中需要重點關注的建設成本、機組選型及發電量三項指標都與前期規劃設計中風能資源評估工作直接相關。因此，未來的風能資源評估工作，不僅要考慮如何實現發電量最優，使工程造價最低也成為重要參考指標，這就要求風能資源評估工程師不僅具備風能資源評估能力，同時也需擁有機組載荷適應性分析能力及經評分析能力，還必須了解道路、集電線路、變電站設計等方面知識。

其二，后評估反演閉環工作將有效提升風能資源評估能力。目前，風能資源評估工作中存在大量前期設計與實際運行不一致、低效資產較多的情況。競價上網要求風能資源評估工作不能再如此粗獷，對行業提出了更加嚴苛的資源評估及風險防范要求。因此，如何更科學地進行發電量波動分析，有效評估風能資源導致低效資產的原因，將商業軟件模擬仿真的誤差利用實際結果進行校驗、修正，并在原有基礎上進行增功提效方案設計，形成核心競爭力，是決勝競價上網的“利劍”。

其三，降低風能資源評估工作在各環節的不確定性更加關鍵。在微利時代，行業投資風險加劇，電價是按照最低保障性利用小時數測算。在歐美等地區，風電項目完成招標后，開發商會與電網公司簽署具有法律效力的購電協議（PPA），而我國在短期內無法實現風電電量全額收購，使得在風能資源工作中必須以降低各工作環節的不確定性為首要任務。

目前，由于部分風電場少、無測風塔或測風塔代表性差，繪制的資源圖譜不夠精準，導致測風階段的不確定性過高。同時，已有風能資源評估商業軟件很難將后評估經驗代入進行二次開發迭代，使得針對特殊復雜地形風速流場仿真結果的不確定性始終難以降低。在發電量計算方面，發電量折減取值缺乏規范、缺少更加細致的統一標準，造成計算偏差較大，進而增加了風能資源評估工作的不確定性。

當然，上述局面也在逐步改善。在測量環節，先進的測量設備，如觀測結果可靠、機動性能良好的激光測風雷達設備正在得到廣泛應用。在模型計算環節，先進的中尺度技術、制動盤尾流模型、復雜特殊地形模型庫、基于開源CFD的自主流場仿真軟件將為降低模擬的不確定性提供助力。而大數據分析技術的開發和應用能夠進一步降低發電量計算的不確定性。

攝影：宋玉昕

其四，競價上網對風能資源評估的前期數據獲取和快速測量計算提出更高要求。比如，國家規劃的大基地項目，測區范圍大、測量周期長，傳統的測繪手段不利于快速做出競價決策。同時，一些地勢險要地區，測繪設備安裝困難、難以到位，測繪人員安全也很難得到保證。所以，目前有些工程設計中明顯過于依賴經驗，較為粗放，設計反復迭代導致工作量巨大。因此，亟需全產業鏈加強技術創新和合作。

目前，逐步為各行各業接受的衛星影像技術、無人機測繪技術等應用越來越廣泛，依靠基于AI地物識別技術建立不同地物樣本庫，可快速識別地物特征。激光雷達技術可以穿透植被，快速獲取地表與植被的相對矢量信息。無人機三維建模技術可提前預判施工進程，提高施工效率。這些技術在未來的風電競價上網行情、需要精細化風電場規劃設計需求中都會找到用武之地。目前，推進以工程設計為依托的信息化、數字化乃至智能化平臺建設，提升風能資源工程設計中的智能化水平是行業的當務之急。

其五，對于相關標準的解讀需要更加深入。競價上網政策的推進，對機型的先進性及定制化水平提出更高要求。大葉輪、低風速、高塔筒基本是目前各大整機廠家機型發展方向的“主旋律”。考慮到新機型的可靠性和安全性問題，輸入載荷的風況參數將變得至關重要。其中IEC61400-1中明確給出了風電機組設計標準、現場參數具體分析方法；IEC61400-15中定義了產量計算不確定度分析方法以及適應性分析方法。而國際標準在不斷更新迭代，這就要求風能資源工程師必須快速熟悉、掌握不同版本之間在風電機組等級定義、載荷計算、湍流評估等方面的區別。

其六，海上風電的發展呈現洶涌蓬勃之勢，如何做好海上風能資源評估是交給風能資源評估工程師的一個新任務。海上風電不同于陸上風電，大容量、多排列、大面積、多場區影響、波浪、氣壓差、溫度、浮冰等許多問題，是業界在開發陸上風電項目時未曾遇到或疏于考慮的；尾流、溫度切變、浪涌等問題，需要行業在前期進行風能資源評估時盡可能量化準確。業界需要加快尾流研究，致動盤尾流模型技術需要盡快落地。對浪、涌導致的風流場變化建立模型，帶入流場仿真計算。海上測風成本很高，也需要盡快落地成本更低、適用大量測量的新型海上測風技術。

最后，還需持續推進與分散式風電相關的先進風能資源評估技術創新。由于中東部和南方地區風電項目所在區域的自然條件復雜，建設周期長，相較于“三北”地區的項目，需參與競爭配置的項目對開發商的吸引力較小，開發商將尋求更多的分散式風電投資機遇。因此，迫切需要推進無塔測風、WRF中尺度技術及分散式風電風能資源評估方法的優化。同時，在分散式風電項目中，對環境友好性的要求更高，開發模式從單一的風能資源利用向資源利用與環境融合的多元開發模式轉變。

競價上網環境下，風電不僅面臨與傳統能源的競爭，同時要與光伏等其他可再生能源展開競爭。未來，在行業投資環境不斷改善，并網消納持續改善等政策支持下，風電市場將進入新的紀元。而風能資源評估工程師的工作范圍會更加寬泛，對綜合能力的要求更高?？焖?、精準的風能資源評估方法將成為競價上網的“利劍”。同時，風能資源評估日趨自動化、數字化及智能化。不論是開發商，還是整機廠商，新技術的研發及創新能力將直接決定其在競價上網時代下的成敗。在新形勢下，風電同仁應當“百尺竿頭，更進一步”，深入做好風能資源評估工作，掌控風電投資風險，實現行業健康有序發展，讓我們攜手共進。