最近1年来,我在新能源项目开发的过程中,碰到不少有关微风发电项目的居间人,更有甚者在拜访某些地方政府或高耗能企业寻求新能源项目开发机会时,甚至有的直接点名要求上微风发电的风电项目,说的那叫一个天花乱坠。
我着实费了不少口舌分析其中的利害关系,然并卵,深刻体会到什么是“你永远无法叫醒一个装睡的人”。
当前“微风发电”项目大多数呈技术不成熟、经济性不佳的现状。
仅以此篇文章,希望大家对水平轴,垂直轴,微风发电,以及新能源项目规模化开发的逻辑有个清晰的认识。
什么是水平轴风机,垂直轴风机,微风发电?水平轴风机指的是风机的旋转中心和风的方向是平行的,水平轴是目前风电规模化发展的主流产品。
而垂直轴风机指的是风机的旋转中心和风的方向是垂直的,下面用一个图片让大家能够更直观形象的认识。
垂直轴风机没有成为绝对的主流,确实是存在一些客观的技术原因,这一点在本文的后面会做出进一步的分析。
那什么是微风发电呢?这个概念非常重要,很多人其实就是因为没有搞清楚这个概念而被忽悠的。
特此分享下图,这样一来大家对风速的范围有了更加形象的认识。
微风的风速范围是1.6-3.3m/s(离地面10m高度发风速),陆地地面的物象是“感觉有风”,换句话说是不是“炊烟袅袅升起,隔江千万里”的感觉,充满了诗情画意。
但直白的说,所谓“微风发电”就是指在风力资源一般或者较差的地区,采用微型风机发电以获取经济收益的项目。
其实获取经济收益是微风发电项目不可回避的关键问题。
风速的具体划分范围2018年前后国内市场上讲的比较多的低风速风机是指的轮毂高度的年平均风速在5m/s,而且主流水平轴风机的切入风速也在2.5m/s-3m/s的范围,其实也属于微风的风速范围,如果只要微风就能转起来就算微风发电,那主流的水平轴风机是不是就是微风发电?这是相当一些推微风发电的厂家和政府没有搞明白一个点。
某主流厂家水平轴风机参数其实我们讲低风速风机,实际上指的是因为全年大部分风速位于低风速区间内,所有风机在低风速区域具有较高的捕风效率。
换言之,笔者认为真正的微风发电风机,其应该在微风风速段具有最高或者起码是较高的风能利用率,不然就有挂羊头卖狗肉的嫌疑。
水平轴风机vs垂直轴“微风发电”风机优缺点对比主流水平轴风机的经济性主流的水平轴风机得益于这些年不断的大型化和高塔筒技术创新,使得并网电价较好的一些低风速区域(如年平均风速4.5-5m/s)也具备了规模化发展的可能。
在综合考虑电价、EPC建设成本、项目寿命、贷款比例和利率,目前主流的大型水平轴风力发电项目的投资汇报周期在8年左右回本,整个项目周期内的投资回报率(IRR)一般在8%以内。
而这个收益率基本上是在前期各项假设成立的情况下才能成立,实际项目上经常会存在很多变数,比如电价的变动,发电量的差异,工程量的变更等,而且往往都是不利于项目收益率的变动。
“微风发电”的经济性目前市场上所谓的微风发电其实就是指启动风速在微风风速段,而且市场上的微型风机多以垂直轴风机为主,明显区别于国内外主流厂商生产的水平轴风机。
根据前面的描述,笔者认为其并非真正意义上的微风发电,所以后面用带引号的“微风发电”指代大家上常说的垂直轴微风发电项目。
通常来说“微风发电”项目采用的风机单机功率以1兆瓦以内的居多,几十kW到上百kW不等,当然也有少数厂商宣称能做到3兆瓦,但是缺乏证据表明其具备实际量产能力(具有规模化的经济性)。
无论所谓的微风发电机采用何种的风轮结构与叶片截面,水平轴风机效率一般比垂直轴风机效率12%到20%。
当额定风速为6.5米/秒,水平轴风机纯风轮效率一般为0.45到0.50,而升力型垂直轴风机效率一般为0.3到0.4,阻力型垂直轴风机效率一般为0.15到0.25。
我们知道风的能量计算公式,可以有以下公式得到:P=1/2ηρAV^3其中,P为发电功率;η为风能利用率;ρ为空气密度;A为风轮扫风面积;V为风轮等效风速。
发电功率与风速的三次方成正比,所以微风发电的风速小,其发电功率非常有限。
当然垂直轴风机通常来说 其建造和维护成本要低一些。
因此“微风发电”的经济性主要是降低的建造和维护成本和降低的发电能力的权衡问题。
由于风电项目的收益模式主要依赖“自发自用,余电上网”的电费收益,发电质量不高的垂直轴风机就被排除出了主流风电市场。
因此目前市面上的微风发电项目可参考的经济性指标确实非常少,下面列举几个公开渠道可以获取到的数据仅供参考,项目的执行情况以及真实成本还有待进一步的考察,可以发现其价格波动非常大。
案例1:湖北省远安县当阳枣林磁悬浮多柱塔式垂直轴微风示范风力发电场,100kW风机,项目造价11.7元/W。
案例2:四平市垂直轴风力发电装备制造及高效风力发电示范园建设项目,2MW风机,项目造价21元/W,公告号称10年回本。
案例3:山西省孝义市杜村乡申江沟村分散式微风发电项目,3MW风机,项目造价约8.8元/W。
案例4:中润盛和(榆社)新能源科技有限公司榆社县社城镇南翟管村分散式微风发电项目,3MW风机,项目造价约7.14元/W。
案例5:孟津区横水镇张庄村分散式风电项目二期(20MW),3MW风机,项目造价21.3元/W。
中润的3MW垂直轴风机如此少的项目案例形成这种产品成熟度与动辄百亿的签约规模“反差强烈”的成因复杂:一方面与地方土地指标紧张、招商引资和财政压力等客观因素有关;另一方面与许多“微风发电”企业习惯夸大项目投资金额和运作方式有关。
需要强调的是,风电的项目签约并不意味着项目就能开工,开工也并不意味着就能并网。
三者之间,其实还有多道颇为严格的流程关卡。
市面上能看到不少人,拿着与政府签的开发协议,就出来到处找投资方。
其实他们自身根本不具备开发能力,通过项目骗投融资也是业内见怪不怪的操作了。
“微风发电”与乡村风电“微风发电”的概念在国内火起来与近两年的“千乡万村驭风行动”不无关系。
乡村风电的选址要考虑很多因素,比如风力资源、地形地貌,还有噪音大小。
目前主流的兆瓦级水平轴风机选址一般距离居民区五百米以上,但是千瓦级的垂直轴风机功率更小、噪音更低、占地更少,因此选址更灵活性,这是一项很大的优势,因为很多经济发展较快的地区,能用来建常规风电的土地指标非常紧缺,所以在一些土地等限制性因素较多的地区,已经开始优先考虑不怎么挑地方的垂直轴风电。
除了选址以外,当地县区和村集体对中大型风机的刻板印象,也是让微风项目更受青睐的常见原因。
对比轮毂高度动辄上百米的中大型风机,微风发电的风机高度从几米到十几米不等,造型上更具有对称美,村民视觉看起来更稳妥,无需担心倒塔或者叶片掉落的安全隐患,因此更容易被接受,项目推进起来或许更顺利。
虽然现在全国很多区县都有签约微风发电的公开报道,但是根本没有一个大规模并网的微风发电项目案例,好多项目最后似乎就不了了之了,这其中的问题可能出在任何一个环节上。
除了政策原因以外,项目方究竟有没有足够的资金实力、有没有强烈的意愿去推进项目建设,还是想借项目的名义套取资金,或是等圈完了地以后再把指标高价卖出去?这是值得各方深思的问题。
多位行业人士认为,在易于开发的陆上风电资源逐渐稀缺的情况下,一些地方将开发空间留给核心技术尚未成熟、经济模式尚未跑通的“微风发电”项目做法有待商榷。
同时,这类项目频繁出现的经济纠纷,例如项目方在索要施工方的保证金、高额的居间费之后却迟迟不开工等情况,也容易给外界留下负面印象,反倒不利于乡村风电长期稳定发展,不利于双碳目标最后一公里的落地执行。
如果你的资方、建设发包方说能做,最关键的就是让它提供已并网案例和运营情况,如果不能提供,你就考虑要不要试错、要不要当试验品、要不要缴纳保证金或工程垫资。
那么主流厂商是如何看待微“风发电”呢?我们来听听远景能源高级副总裁田庆军怎么说:“客观来说,乡村风电中采用相对成熟的机型就能够很大程度上避免特殊事故的发生。
例如已经有大规模应用的机型或者比当下正在投标的风机低一代到两代的机型,其安全性并不低于所谓的垂直轴小风机。
”田庆军对记者强调,“这些主流机型已经经过市场的验证,所暴露出来的问题也已经得到妥善解决,是适合用于乡村风电的。
”此外田庆军在接受第一财经记者采访时提到,“之所以龙头厂商鲜有布局微风发电,主要是出于效益考虑。
微风本来就没多少能量,想办法利用往往得不偿失。
微风不是不能发电,但就像低品质热源,不值当用。
”“微风发电”有没有未来?如果你上网搜垂直轴风机产品,你发现五花八门的产品。
所谓大道至简,没有一款能够占据主导地位正说明垂直轴风机的发展还有很长一段路要走。
正如田庆军所说以及前面的发电量公式表明,微风所包含的能量非常少,开发的经济效益不高,所以大的资金不太会进来,但是这恰恰给了一些中小企业玩家一个机会。
“微风发电”是对风电市场的一个补充,它并不是一个竞争者,因为产品的市场定位根本不一样。
目前“微风发电”垂直轴风机主要在以下的应用场景中得到了应用:城市公共照明和居民区:这些区域往往水平轴风力发电机难以适用。
其微风启动的特点(2m/s即可启动发电)和对风向改变无需对风的优势,使得它成为城市环境中理想的清洁能源解决方案。
高层建筑和通信基站:由于垂直轴风力发电机的设计允许其转子位于塔架之下,减少了噪音和视觉影响,因此特别适用于安装在多层及高层建筑、通信基站等地方,既提供了清洁能源,又不对周围环境造成过多干扰。
海上油田和海岛:海上油田和海岛等离网的小型用电场所也是垂直轴风力发电机的重要应用场景。
在这些地方,传统的电网供电可能成本高昂或难以实现,而垂直轴风力发电机则能够有效利用风能资源,为当地提供可靠的电力支持。
偏远地区和应急电源:在偏远地区或没有电网覆盖的地方,垂直轴风力发电机可以作为通信系统、中继站等的电力供应源。
此外,在自然灾害或其他紧急情况下,它还可以作为应急电源使用,为救援人员和受灾地区提供快速部署的电力支持。
教育与科研:在学校和研究机构中,垂直轴风力发电机可以作为教育工具和研究对象。
通过观察和研究其运行原理和实践应用,可以加深学生对可再生能源和环保技术的理解。
其他特殊场景:随着技术的发展和应用场景的不断拓展,垂直轴风力发电机还可能被应用于建筑物的外墙、桥梁、高架道路等更多特殊场景中,以充分利用这些场景中的风能资源。
“微风发电”的产品尚处于一片蓝海,相信未来会有更多的投入和创新产品出来,让我们拭目以待。
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