阿根廷风能资源评估与开发前景分析

苏盛，王超，赵杰，吴长江

(智能电网运行与控制湖南省重点实验室(长沙理工大学)，长沙市 410004)

阿根廷风能资源评估与开发前景分析

苏盛，王超，赵杰，吴长江

(智能电网运行与控制湖南省重点实验室(长沙理工大学)，长沙市 410004)

分析阿根廷43个气象站点观测资料，选取典型年份评估风能资源情况，发现阿根廷风能资源条件优异，南部巴塔哥尼亚地区10 m高度平均风功率密度达0.4 kW/m2以上，并且已建有高压输电外送通道，具备大规模风电开发基础条件。通过分析当地风电开发的条件与政策约束，研究了我国企业赴阿根廷开发风电的优势和适宜采用的进入方式。

阿根廷;风能资源;风能密度

0 引 言

作为一种技术成熟、适合于大规模开发的可再生能源，开发风能已成为世界各国优化能源结构、降低温室气体排放的重要举措。全球风电装机容量从1998年的9.67 GW增长至2012年的282.41 GW，年均增速达27.26%。我国在推进可再生能源发电方面更是不遗余力，大陆地区风电装机容量从1998年的0.2 GW增长到2012年的75.324 GW，年均增速达52.57%，居世界第一[1]。经多年市场培育，我国已成为风力发电和风电机组制造大国，培育了一批实力较强的风力发电机组整机制造企业，从人员、技术和资金上均具备了实施“走出去”战略的实力[2]。

阿根廷国土面积约280万km2，风能蕴藏丰富，被誉为风能领域的“沙特阿拉伯”。受太平洋副热带高压影响和中纬西风带的控制，南部巴塔哥尼亚高原及其以南地区常年盛行强劲西风，年均风速达6 m/s以上，部分地区年均风速甚至超过9 m/s。阿根廷可再生能源商会的数据表明，该国近70%的领土地面年均风速在6 m/s以上。尽管拥有巨大的风电发展潜力，截至2012年，阿根廷的风电装机容量仅有167 MW，不到总装机容量的1%。国际能源机构(international energy agency，IEA)统计数据表明，阿根廷电力供应主要依靠水力和化石燃料，2011年燃油、燃气发电占总发电量的66%，水电占25%，核电占5%，煤电占2.5%。阿根廷近年受金融危机影响，通货膨胀形势严峻，外汇储备持续流失。由于消耗天然气的10%和石油的20%需外汇购买，导致贸易逆差扩大，减少经济盈余。为此，阿根廷政府于2009年推出可再生能源发电发展规划，期望到2016年风电装机容量能达到500 MW。因此，评估阿根廷风能资源条件，并分析其开发前景，对风电企业实施“走出去”战略具有重要的现实意义。

本文首先结合阿根廷气象站点气象观测数据进行风能资源评估，并计算了典型风电机组的利用小时数；然后分析了阿根廷风电开发条件及其约束与风险，最后总结了中国风电企业的优势及进入阿根廷市场的方式。

1 数据处理与分析方法

1.1 气象数据

阿根廷气象局共有186个基本气象站和基准气象站，其中43个站点记录有2007—2011年间完整观测数据，包含每天24次(整点记录)或8次(3 h间隔记录)风速、风向、温度等气象要素，可用来进行风能资源评估。为避免拉尼娜和厄尔尼诺现象对风能资源评估准确性的影响，还根据规程要求将5年平均值排序后取其中间值作为气候典型年，进行风能资源评估。

1.2 评估参数与典型风电机组发电量计算方法

风力发电主要利用近地层风的动能。风速在近地层随高度而变化，可以采用公式(1)刻画风速随高度变化的规律:

(1)

式中:α为风切变指数；v2为高度z2的风速；v1为高度z1的风速。因缺乏下垫面地形信息，风切变指数根据风能资源测量和评估技术规定选取为1/7[3]。

风能密度是气流垂直通过单位截面积的风能，受风速、风速频率分布和空气密度的影响，是衡量风电场风能资源的综合指标。年均风能密度可用公式(2)计算。

(2)

式中：n为计算时段内风速序列个数；nk,i表示第k个月的观测小时数，k=1，2，…，12；vk,i为第k个月的风速序列；ρk为月平均空气密度，kg/m3。空气密度与海拔高度和环境温度有关，计算公式为

(3)

式中：P0为标准大气压，101.325 kPa；g为万有引力常数，9.8 m/s2；z为海拔高度，m；R为气体常数，287 J/(kg·K)；T为温度，K。

因当前投役风电机组单机装机容量主流配置为MW级，在此选用单机容量1.8 MW的Vetas80-1 800为典型风电机组，其轮毂安装高度为80 m，切入风速为5 m/s，额定风速为13 m/s，切出风速为26 m/s，其风速出力曲线如图1所示。

图1 典型风电机组风速-功率曲线

大量研究表明，相对其他统计分布，威布尔分布能更好地拟合实际风速分布[4-7]。本文采用双参数威布尔分布模型描述风速的分布特性，公式(4)为其概率密度函数。

(4)

式中：fw(v)为风速v的概率密度；k为形状参数；c为尺度参数。威布尔分布的概率分布函数为

(5)

式中：Fw(v)为风速小于v的概率。只要给定威布尔分布参数k和c，即可确定风速的分布特征[8]。本文采用风能资源评价技术规定建议的平均风速和标准差法估算威布尔参数[9]。计算站点某时间段内参数k和c，可绘出其威布尔风速分布图，得到该时间段内的发电量。图2为圣克鲁斯省SanJulian(8号)站点2011年风速威布尔分布图。

图2 San Julian站点2011年风速分布

2 风能资源评估

阿根廷年均风速分布如图3所示。其中，风速大小以圈点表征，风速越大则圈点越大；反之，则圈点越小。由图可见，阿根廷风资源分布有明显的地域性，北部地区年均风速多在4 m/s以下，南部年均风速均在6 m/s以上。全部43个站点中仅7个年均风速略低于3 m/s。

图3 年均风速地域分布

计算43个站点典型年10 m高度风能密度及典型风电机组的年利用小时数，如图4、5所示。由图可知，阿根廷风能资源禀赋优异，除西北部山区和北部等7个站点风能密度在1级以下(<100 W/m2)、不具有开发价值以外，北部人口密集的拉普拉塔平原和大查科平原站点风能密度亦可达到3级(150 W/m2左右)，年利用小时数可达2 000 h，适合开发并网风电；南部巴塔哥尼亚高原上站点风能密度则普遍在250 W/m2以上，年利用小时数达3 000 h以上；圣克鲁斯省和火地岛省大西洋沿岸风能密度更是高达400 W/m2，圣克鲁斯省的几个站点年利用小时数达4 000 h以上。

图4 风能密度地域分布

图5 典型风电机组年利用小时数地域分布

根据2012年南部巴塔哥尼亚地区9个站点数据绘制典型风电机组月度发电出力，如图6所示。由图可知，各站点出力高峰集中在11月至次年2月。阿根廷地处南半球，负荷高峰出现在炎热的夏季11、12月，风电出力高峰与负荷用电高峰重叠，有利于风电消纳。而圣克鲁斯省San Julian(8号)站点的典型风电机组月度出力更呈平稳态势，对风电并网尤为有利。此外，根据国际能源组织的统计，阿根廷90%发电机组为具有快速调节特性的燃油、燃气轮机和水电机组，具有很强的风力发电消纳能力[10]。

图6 典型风电机组月发电量

3 风资源开发的条件与约束

阿根廷拥有丰富的风能资源，但当前风力发电量仅占其电力消费总量的0.04%。因此，阿根廷政府重视风能资源开发，制定了一系列法律支持风电投资建设，包括：《26190号国家法》(2006年12月)等国家级法律和《圣克鲁斯省风能太阳能促进法》、《12603法》(布宜诺斯艾利斯省可再生能源促进法)(2001年2月)等省级法律法规。其中，《26190号国家法》规定：至2016年，可再生能源的发电量达到国家总发电量的8%。根据阿根廷国家能源委员会的计划，风电应占其中一半左右。该法还规定，在国家范围内，可再生能源信托基金将对风力发电系统给予0.004 5＄/(kW·h)的补贴；该法案还包含了在税收和金融、投资领域的优惠政策。

南部巴塔哥尼亚地区面积近70万km2，10 m高度平均风速在6 m/s以上，年均风能密度在250 W/m2以上。年利用小时数平均在3 000 h以上，适合建设风电场。该地区主要为辽阔的草原和沙漠，因气候干旱，人口稀少，人口密度不到3人/km2。历届阿根廷政府都非常重视巴塔哥尼亚地区的拓殖、开发，对有利于该地区发展的人口、资金、技术、物资、设备的迁移实行鼓励政策。

北部布宜诺斯艾利斯等城市所处的拉普拉塔平原地区是阿根廷的经济中心。过去10年间，阿根廷针对南部风电发展需要，新建了一系列高压输电线路，当前阿根廷高压输电网结构如图7所示，新建的一条132 kV输电线路和一条500 kV输电线路贯穿巴塔哥尼亚高原，基本满足风电外送需要。

阿根廷实行“进口替代战略”政策，其核心是通过限制工业制成品的进口来促进本国工业化。在此背景下，阿根廷对可再生能源的开发有保护主义倾向，《26190号国家法》规定优先促进就业的商业活动，优先利用本国资本货物的商业活动。在政府扶持下，阿根廷国内现有3家大型风电机组设备制造商。在阿根廷建设风电场需要部分采购当地风电机组零件，将会提高风电机组造价。联想集团通过与当地企业合作建厂，在当地组装生产，以扩大中资企业产品市场份额的策略可以为风电企业提供参考。

3 中国企业的优势和进入市场方式

中国企业进入阿国风电建设领域有3点优势。

(1)价格优势。风电投资中70%的成本来自风电设备，国产风电设备比同类型欧美设备价格低20%，竞争优势明显。

图7 阿根廷部分高压输电线路

(2)融资能力较强。拉丁美洲的商业银行认为风电项目长期贷款风险太高，通常不愿在风电项目的整个生命期内为其提供贷款。当前受经济危机影响，从欧美国家融资建设风电场非常困难，而中国银行有充裕的资金支持风电建设和风电设备出口。

(3)丰富的风电场建设经验。中国已建成多个1 000万W级的风电基地[11]，这种大规模的风场建设和运营过程使中国企业积累了世界一流的风电场建设和运营管理经验。

适合中国风电机组和能源企业进入阿根廷风电市场的方式主要有3种。

(1)风电机组出口。借鉴丹麦提出的“丹麦风电机组担保”计划，争取金融领域为项目提供长期融资和贷款担保，对资金匮乏的阿根廷有较强吸引力。

(2)风电场开发。不但可以销售国产风电机组设备或是当地生产的中国品牌风电机组设备，还可获得风电运营收益。

(3)投资建设风电设备生产厂。为当地创造就业和税收，享受相关优惠政策，可绕过保护主义壁垒，更多参与风电场建设，增加风电设备的销售。

5 结 语

本文分析阿根廷43个气象站点气象资料，选取近5年中典型年，评估风能资源情况。分析表明，阿根廷风能资源极其丰富，发展风电自然条件优异。其南部巴塔哥尼亚地区10 m高度年平均风速达6 m/s以上，平均风功率密度达800～1000 W/m2，并已建有高压输电外送通道，具有大规模风电开发基础条件。阿根廷政府积极发展风电，制定了一系列的政策支持风电产业的发展，尽管存在保护主义倾向等风险因素，但凭借价格优势、资金优势和技术经验等竞争优势，有可能将投资阿根廷风电产业做成双赢的局面。

[1]中国可再生能源学会风能专业委员会.2012中国风电装机容量统计[R].北京：中国可再生能源学会，2013:1-3.

[2]李军军，吴政球，谭勋琼，等.风力发电及其技术发展综述[J].电力建设，2011，32(8)：64-72.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 18710—2002风电场风能资源评估方法[S].北京：中国标准出版社，2002.

[4]Ahmed Shata A S，Hanitsch R.Evaluation of wind energy potential and electricity generation on the coast of Mediterranean Sea in Egypt[J].Renew Energy，2006，31(8):1183-2202.

[5]Akdag S A，Güler Ö.Evaluation of wind energy investment interest and electricity generation cost analysis for Turkey[J].Applied Energy.2010，87(8):2574-2580.

[6]Akdag S A，Bagiorgas H S，Mihalakakou G.Use of two-component Weibull mixtures in the analysis of wind speed in the Eastern Mediterranean[J].Applied Energy.2010，87(8): 2566-2573.

[7]Akpinar E K，Akpinar S.An assessment on seasonal analysis of wind energy characteristics and wind turbine characteristics[J].Energy Conversion and Management.2005，46(11-12): 1848-1867.

[8]Conradsen K，Nielsen L B.Review of Weibull statistics for estimation of wind speed distributions[J].Journal of Applied Meteorology，1984，23(8): 1173-1183.

[9]国家发展改革委员会.全国风能资源评价技术规定[S].北京：中国标准出版社，2004.

[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.关于大规模风电基地建设的思考[J].电力建设，2011，32(10):58-60.

(编辑：张小飞)

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

国家自然科学基金(50907005)；湖南高校创新平台开放基金(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

苏盛(1975)，男，副教授，研究方向为风险评估，E-mail：eessheng@163.com；

王超(1986)，女，硕士研究生，研究方向为电力系统运行分析，E-mail：wchao2313@163.com；

赵杰(1991)，男，硕士研究生，研究方向为电力系统运行分析，E-mail：zgahwhzj@163.com；

吴长江(1990)，男，硕士研究生，研究方向为电力系统运行分析，E-mail：wuchangjiang@163.com。