風(fēng)力發(fā)電向“大”時代邁進,大兆瓦和超長葉片逐漸成主流
日期:2023/6/20 13:45:21
01 我國的風(fēng)能資源,超過135億千瓦
從資源量上看,最新評估結(jié)果顯示,我國陸上140米高度風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量超過100億千瓦,海上風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)潛力超過35億千瓦,目前的陸上風(fēng)電和海上風(fēng)電的實際累計裝機容量分別為3.35億千瓦和3046萬千瓦,利用率不足3.4%和0.9%,未來開發(fā)潛力巨大。
海上風(fēng)電有望迎來跨越式發(fā)展
海上風(fēng)電的風(fēng)力資源更好,與陸上建設(shè)風(fēng)電場相比,海上風(fēng)能資源豐富、儲量大,可集中連片大規(guī)模開發(fā)。海風(fēng)資源稟賦好,風(fēng)速大、功率密度高。更重要的是,我國上海、浙江、山東、江蘇、廣東等核心用電區(qū)域,都屬于沿海地區(qū),海上風(fēng)電資源到達沿海等高能源需求地區(qū)的距離短、成本低,適合大規(guī)模開發(fā)。2022年海上風(fēng)電招標(biāo)量高達1790萬千瓦,創(chuàng)歷史新高,這為2023年海上風(fēng)電裝機量的高增長奠定基礎(chǔ)。
在產(chǎn)業(yè)鏈方面,我國建立起一條涵蓋風(fēng)電開發(fā)建設(shè)到配套服務(wù)的成熟產(chǎn)業(yè)鏈,已是全球最大的風(fēng)電裝備制造基地,生產(chǎn)的風(fēng)電機組以及包括國際品牌在華的產(chǎn)量,占到全球市場的三分之二以上,鑄鍛件及關(guān)鍵零部件的產(chǎn)量也占到全球市場的70%以上。
02 風(fēng)電發(fā)電成本
風(fēng)電不僅清潔,也便宜。目前,風(fēng)電已經(jīng)進入了全面平價的時代,在很多風(fēng)能資源豐富的地方,風(fēng)電度電成本已經(jīng)低于當(dāng)?shù)孛弘姵杀尽?/span>
就成本而言,2010-2021年我國陸上風(fēng)電度電成本下降了66%。到2025年,“三北”一二類風(fēng)能資源區(qū)的度電成本預(yù)計會降至0.1~0.15元/千瓦時,中東南部三四類風(fēng)能資源區(qū)的度電成本有望降到0.2元/千瓦時,海上風(fēng)電項目的平均度電成本已降至0.33元/千瓦時左右。
目前,海上風(fēng)力發(fā)電的成本仍然高于陸上風(fēng)力發(fā)電和其他傳統(tǒng)能源。目前,海上風(fēng)力發(fā)電還存在著設(shè)備運維困難、并網(wǎng)穩(wěn)定性差、深遠海開發(fā)難度大等技術(shù)問題。為了解決這些問題,需要加強研發(fā)投入,推動大型化、智能化、漂浮式等新型海上風(fēng)機的開發(fā)和應(yīng)用。
03 風(fēng)電發(fā)電量
根據(jù)Wind Europe的研究,目前風(fēng)電滿足歐盟國家平均約14%的電力需求, 在部分國家該占比更高,如丹麥為48%、愛爾蘭為33%、葡萄牙為27%、德國為 26%、西班牙21%。國際能源機構(gòu)預(yù)測到2027年風(fēng)電將成為歐洲第一大的電力來源。歐盟委員會認(rèn)為到2050年風(fēng)電可以滿足歐洲50%以上的電力需求。
風(fēng)電早已成為我國第三大電力來源
我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)經(jīng)過30多年的發(fā)展,目前已經(jīng)成為風(fēng)電裝機第一大國,風(fēng)電發(fā)電量已達7627億千瓦時,占全部發(fā)電量的8.62%,是繼火電、水電之后的第三大電力來源。
04 風(fēng)電裝機量
根據(jù)GWEC統(tǒng)計數(shù)據(jù),2021年全球風(fēng)電市場新增裝機容量93.6吉瓦,累計裝機容量837吉瓦,同比增長12.4%。其中,陸上新增裝機容量72.5吉瓦,海上新增裝機容量21吉瓦。
我國是風(fēng)電裝機容量第一大國,連續(xù)11年全球第一
我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)經(jīng)過30多年的發(fā)展,目前已經(jīng)成為風(fēng)電裝機第一大國,自2010年開始,我國風(fēng)電每年的新增裝機容量已經(jīng)連續(xù)11年保持全球第一。2021年,中國新增裝機容量4757萬千瓦,占全球的51%;累計裝機容量3.38億千瓦,占全球的40.4%。
2021年和2022年,我國風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機容量出現(xiàn)回落但仍保持在較高水平,分別新增4757萬千瓦和3763萬千瓦。到2022年末,我國風(fēng)電累計裝機容量達3.65億千瓦,同比增長11.28%。
北京國際風(fēng)能大會發(fā)布《風(fēng)能背景宣言》提出,為達到與碳中和實現(xiàn)起步銜接的目的,2025年后,中國風(fēng)電年均新增裝機容量應(yīng)不低于6000萬千瓦,到2030 年累計裝機要至少達到8億千瓦,到2060年至少達到30億千瓦。
據(jù)歐美國家的研究,風(fēng)電光伏的裝機容量需要達到最大負(fù)荷的3至8倍,才能既滿足每時每刻的電力需求,又實現(xiàn)80%以上的電量來自可再生能源,實現(xiàn)電力系統(tǒng)脫碳的目標(biāo)。
05 大兆瓦風(fēng)機、超長葉片漸成主流,風(fēng)電行業(yè)邁入大型化時代
隨著風(fēng)電機組技術(shù)的提升,風(fēng)電單機容量大型化成為發(fā)展趨勢
近十年來,我國風(fēng)電機組單機容量増勢明顯,2021年,我國新增裝機的平均單機容量為3.5MW,同比增長31.7%。從全球市場來看,目前陸上風(fēng)電機組單機容量已經(jīng)邁入4MW、5MW時代,海上風(fēng)電機組由于面臨更加復(fù)雜的運行環(huán)境,大兆瓦機型發(fā)展趨勢更加突出。
海上風(fēng)電機組邁入雙位數(shù)時代,11MW級風(fēng)電機組已批量化應(yīng)用,16MW至18MW級風(fēng)電機組相繼下線,向風(fēng)電“大”時代邁進
2022年,國家電投在揭陽神泉的全球商用最大單機容量11MW風(fēng)電機組實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電,總裝機502MW容量,安裝16臺8MW、34臺11MW風(fēng)機,年可發(fā)電量17.43億千瓦時。
2022年,16MW海上風(fēng)電機組在福建三峽海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園下線。其發(fā)電機、葉片、數(shù)字化控制系統(tǒng)等主要部件完全實現(xiàn)國產(chǎn)化,基本解決了關(guān)鍵部件國外壟斷“卡脖子”問題。
葉輪直徑252米,葉輪掃風(fēng)面積約5萬平方米,約相當(dāng)于7個標(biāo)準(zhǔn)足球場大,輪轂高度達146米,約相當(dāng)于一座50層大樓的高度。在額定工況下,單臺機組每轉(zhuǎn)動一圈可發(fā)電34.2千瓦時。根據(jù)多年平均發(fā)電量設(shè)計值,單臺機組每年可輸出超過6600萬千瓦時的清潔電能,能夠滿足3.6萬戶三口之家一年的生活用電。
今年,中國船舶集團自主研制的H260-18MW海上風(fēng)電機組在山東省東營經(jīng)濟開發(fā)區(qū)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園研制成功,單機功率最大、風(fēng)輪直徑最大的全球紀(jì)錄,再次被刷新。
目前H260-18MW機組整機國產(chǎn)化率以達到80%以上,葉片、齒輪箱、發(fā)電機等核心部件均由中國船舶集團內(nèi)企業(yè)設(shè)計生產(chǎn),國產(chǎn)化率高于99%,引領(lǐng)了國內(nèi)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,推動我國海上清潔能源裝備做大做強。葉輪掃風(fēng)面積約5.3萬平方米,相當(dāng)于7個標(biāo)準(zhǔn)足球場的面積。在滿發(fā)風(fēng)速下,每轉(zhuǎn)動一圈可發(fā)44.8度電,單臺機組每年可輸出超過7400萬度清潔電能,可滿足4萬戶三口之家一年的用電量。
風(fēng)電葉片也朝著大型化趨勢增大
隨著風(fēng)電單機容量的增長,風(fēng)電葉片風(fēng)輪直徑也在不斷增大。根據(jù)CWEA的統(tǒng)計數(shù)據(jù),2021年,我國新增風(fēng)電機組平均風(fēng)輪直徑為151米,同比增長了15米。150米及以上風(fēng)輪直徑的機組占比從2020年的12%增長至2021年的66.1%。截至2021年底,海上風(fēng)電機組風(fēng)輪直徑最大已經(jīng)達到186米,陸上風(fēng)電機組風(fēng)輪直徑最大為175米。2022年開始,我國海上風(fēng)電進入230米風(fēng)輪時代。
以H260-18MW海上風(fēng)電機組為例,其具有全球最大風(fēng)輪直徑260米,對于風(fēng)電場建設(shè)而言,在相同條件下發(fā)電效益更高的同時,更大功率提升發(fā)電量的同時,可以有效節(jié)約用海面積、降低機位點數(shù)量,進而降低海上風(fēng)電場降低工程減少成本,為海上風(fēng)電走向深遠海打下堅實基礎(chǔ)。以100萬千瓦項目為例,安裝16MW機組,機位點數(shù)量63個;安裝18MW機組,機位點數(shù)量可減少約13%,降低基礎(chǔ)造價達上億元,經(jīng)濟性十分可觀。
06 既要大規(guī)模開發(fā),也要高水平消納
在我國“三北”地區(qū),消納問題一直是困擾新能源發(fā)展的主要阻礙,目前的送出通道建設(shè)并不能完全跟上大型風(fēng)光基地的開發(fā)步伐。受投資額巨大、送受端及通道跨越地區(qū)三方利益協(xié)調(diào)困難、用地審批等多重因素影響,特高壓交直流送出工程嚴(yán)重滯后于風(fēng)光電站項目建設(shè),已建成通道的輸電能力也未得到充分發(fā)揮,而依靠特高壓外送難以在短期內(nèi)解決風(fēng)電消納問題。在這種情況下,更可行的解決途徑是積極拓展本地消費渠道,創(chuàng)新消費方式。
“Power to X”提高新能源利用水平
“Power to X”,即通過以電轉(zhuǎn)氫為核心的系統(tǒng),將可再生能源發(fā)電轉(zhuǎn)化為氫,再與后續(xù)化工流程相結(jié)合,生成綠色大宗化工產(chǎn)品,如綠氨、綠色甲烷、綠色甲醇、綠色合成燃料等。在新能源提速發(fā)展的大背景下,“Power to X”將是拓寬新能源應(yīng)用場景、提高新能源利用水平的重要路徑。
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