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全面深化新型电力系统建设:未来风电将逐步成为主体能源

2022-12-02分类:CPEM推荐 / CPEM推荐来源:CPEM推荐
【CPEM全国电力设备管理网】

随着经济增长、产业升级和人民生活水平提高,人均用电量水平也会随之升高。同时,在“双碳”战略下,为支撑煤炭、石油、天然气消费达峰,我国需要在工业、建筑、交通等领域实施电能替代,实现更高水平的电气化。从全球电力生产结构的变化趋势看,风电是目前发展最快的可再生能源。

基于风电的高度环境友好性及适中的度电成本,风电在全球主要国家已实现了大规模的产业化运营,发电装机规模持续扩大,越来越成为能源市场中成本最低的技术选择之一。根据全球风能理事会(GWEC)发布《全球风能报告2022》 统计,截至2021年底,全球风电装机总量837GW,中国为装机量位居全球第一,装机总量达338.31GW,占世界总装机容量的40.40%。

根据GWEC今年6月最新发布的《2022全球海上风电报告》显示,全球海上风电在2021年实现了21.1 GW的新增并网(为2020年的三倍多),创造了历史最好成绩,其中中国一枝独秀,海上风电增量占全球的80%,这也让中国超越英国成为全球海上风电累计装机最多的国家。

GWEC预计,2021-2026 年,全球海上风电装机复合年均增长率为6.3%,2026-2031 年可达13.9% ;新增装机容量预计将在2027年超过30GW,到2030 年有望超过50GW;海上风电新增装机容量在全球风电新增装机容量中的占比将从2021年的23%提高到2031年的30%以上。预计未来全球风电需求持续保持高增。

最近,美国能源部(DOE)根据对全球140位风电行业专家进行调查,总结出了到 2035 年风电的发展趋势,包括风机设计、风电场设计的走向,以及陆上和海上风电。

一、预计未来陆上风机,全球年平均风速中值将下降

对于陆上风电,专家预测新风电项目的全球年平均风速中值将从 2019 年的 7.9 m/s 小幅下降至 2035 年的 7.5 m/s。对于非漂浮的海上风电项目,预计平均风速将保持不变稳定在9.5 m/s。专家预计2035 年的中位项目将位于离海岸更远的地方(70 km)和更深的水域(42 m)。

对于陆上项目,专家预计所有市场的平均风速将适度下降,北美保持 8 m/s 的风速。对于海上,专家预测,欧洲将继续在离岸最远(80 km)、最深水域(45 m)和最强风速(10 m/s)部署固定底部海上风电项目。这种趋势对于浮动装置尤其明显(欧洲 150 m 水深与北美 75 m 水深)。

土地资源有限,随着陆上风资源较好的土地开发殆尽,未来风场建设将向低风速方向发展。近年来随着风电技术的进步,低速风电场同时也迎来了快速发展的可能。

在风资源条件较差的地区,一般采取安全条件下增大叶轮和提高塔筒高度的物理方式,同时注重风机排布密度,尽量减少尾流影响等因素影响,保持风机长时间运转在低风速状态下具有高效输出,配合适应低风速区域大功率机型,保障低风速风机高效输出。

二、预计风机额定容量、高度和叶轮直径将持续增长

通过调查,专家们预计2035年陆上风机的额定功率将达到5.5MW,海上风机将达到17MW,同时风机的叶轮直径、塔架高度都将有大幅提升。

风电能效提升主要依靠风机大型化,大型风机虽然造价较高,但发电量高,能够显著摊薄风机发电成本。

不同地区的专家也有不同的看法。对于陆上风机,专家预计北美风机比欧洲拥有更低的比功率(风机额定功率与转子扫过面积之比)和更大的叶轮。预计欧洲的轮毂高度将继续增加,但北美将在风机额定功率方面处于领先地位(5.6 MW 对于欧洲的 5.0 MW)。对于海上风机,专家预测欧洲风机可能发展到17.1MW的最高风机额定容量(相对于北美的 15.6MW),以及与北美相似的高度和叶轮直径,从而产生更大的比功率348 W/m 2。亚洲专家的小样本预测,风机的额定功率达到15MW,叶轮直径达到220米,因此比功率更高,接近 400 W/m 2。

三、预计风电成本将全面降低

调查专家的结果预计,在未来三年内,所有研究的风能应用的平准化度电成本(LCOE)将大幅降低。到 2035 年,陆上风电的LCOE将下降 27%,海上风电将下降17-35%。

但专家也表示,未来风电项目的选址可能影响风电成本的下降,会在并不那么吸引人的风区,但成本下降的趋势依然处于预料之中。

未来各种提高风电电网价值的措施将变得更加普遍。对于陆上风电,相当大比例的专家预计将大量使用甚至广泛使用电网系统增值选项:与储能结合,减少成本以实现收入最大化和延长寿命等等。

近年来,我国风电设备行业发展较快,有力支撑了风电产业发展。今后应根据我国风电设备大型化、生产基地向沿海转移的趋势,着力推进大型化和多样化机组研制及产业化推广与应用,不断提升风电机组的技术水平,进一步完善风电设备供应链,并逐步优化风电机组设备的质量。

风电设备企业应高度重视科技创新,通过自主创新或联合创新的方式不断提升基础研究与技术应用能力,同时利用长期的经验积累,不断攻破关键核心技术,逐步提升产品的质量,进一步扩大自身的市场份额,从而在全球市场占据有利地位。

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