新形势下风能资源评估进化论

文 | 侯先锋

摄影：夏凡净

经过近30年的发展，我国风电的累计装机容量位居全球第一，截至2017年年底达到1.88亿千瓦。与此同时，我国风电电价机制从早期的强制性收购、还本付息电价和成本分摊制度，接着过渡到通过特许权招标确定风电场投资商、开发商和上网电价，再然后到2008年颁布陆上风电上网标杆电价政策，执行至今。而近十年，全球可再生能源成本学习曲线进入快速下降阶段，部分新增可再生能源成本接近甚至低于传统能源成本，全球许多国家、地区已经实现可再生能源电价低于传统化石能源电价。在新的国际竞价趋势压力下，2018年5月18日，国家能源局发布《关于2018年度风电建设管理有关要求的通知》，对集中式陆上风电项目和海上风电项目通过竞争配置方式组织建设，标志国内风电项目从“标杆电价”阶段正式进入“竞价上网”阶段。

随着我国风电行业的不断成熟，以及竞价上网乃至平价上网的到来，风电行业的投资风险在不断加剧。作为降低此类风险的重点努力方向之一，国内风能资源评估工作也处于不断迭代和进步中。早期的风能资源评估主要是基于气象站历史观测资料；后期，国外成熟商业流体仿真软件的学习、引入成为主流；时至今日，使用开源CFD自主流体仿真技术、基于气象WRF模式降尺度技术以及引入LES为求解方式的CFD模拟风电场技术等得到广泛应用。而在新政赋能下，风能资源评估亟需进一步进化，精益化外功、修炼好内功。为此，希望业界充分认识到以下几点，并做好相关环节的工作。

其一，风能资源工程师的工作价值将更加突显、工作内容会更加复杂。竞价上网环境下，平准化度电成本（LCOE）成为首要的经济性指标，而在平准化度电成本中需要重点关注的建设成本、机组选型及发电量三项指标都与前期规划设计中风能资源评估工作直接相关。因此，未来的风能资源评估工作，不仅要考虑如何实现发电量最优，使工程造价最低也成为重要参考指标，这就要求风能资源评估工程师不仅具备风能资源评估能力，同时也需拥有机组载荷适应性分析能力及经评分析能力，还必须了解道路、集电线路、变电站设计等方面知识。

其二，后评估反演闭环工作将有效提升风能资源评估能力。目前，风能资源评估工作中存在大量前期设计与实际运行不一致、低效资产较多的情况。竞价上网要求风能资源评估工作不能再如此粗犷，对行业提出了更加严苛的资源评估及风险防范要求。因此，如何更科学地进行发电量波动分析，有效评估风能资源导致低效资产的原因，将商业软件模拟仿真的误差利用实际结果进行校验、修正，并在原有基础上进行增功提效方案设计，形成核心竞争力，是决胜竞价上网的“利剑”。

其三，降低风能资源评估工作在各环节的不确定性更加关键。在微利时代，行业投资风险加剧，电价是按照最低保障性利用小时数测算。在欧美等地区，风电项目完成招标后，开发商会与电网公司签署具有法律效力的购电协议（PPA），而我国在短期内无法实现风电电量全额收购，使得在风能资源工作中必须以降低各工作环节的不确定性为首要任务。

目前，由于部分风电场少、无测风塔或测风塔代表性差，绘制的资源图谱不够精准，导致测风阶段的不确定性过高。同时，已有风能资源评估商业软件很难将后评估经验代入进行二次开发迭代，使得针对特殊复杂地形风速流场仿真结果的不确定性始终难以降低。在发电量计算方面，发电量折减取值缺乏规范、缺少更加细致的统一标准，造成计算偏差较大，进而增加了风能资源评估工作的不确定性。

当然，上述局面也在逐步改善。在测量环节，先进的测量设备，如观测结果可靠、机动性能良好的激光测风雷达设备正在得到广泛应用。在模型计算环节，先进的中尺度技术、制动盘尾流模型、复杂特殊地形模型库、基于开源CFD的自主流场仿真软件将为降低模拟的不确定性提供助力。而大数据分析技术的开发和应用能够进一步降低发电量计算的不确定性。

摄影：宋玉昕

其四，竞价上网对风能资源评估的前期数据获取和快速测量计算提出更高要求。比如，国家规划的大基地项目，测区范围大、测量周期长，传统的测绘手段不利于快速做出竞价决策。同时，一些地势险要地区，测绘设备安装困难、难以到位，测绘人员安全也很难得到保证。所以，目前有些工程设计中明显过于依赖经验，较为粗放，设计反复迭代导致工作量巨大。因此，亟需全产业链加强技术创新和合作。

目前，逐步为各行各业接受的卫星影像技术、无人机测绘技术等应用越来越广泛，依靠基于AI地物识别技术建立不同地物样本库，可快速识别地物特征。激光雷达技术可以穿透植被，快速获取地表与植被的相对矢量信息。无人机三维建模技术可提前预判施工进程，提高施工效率。这些技术在未来的风电竞价上网行情、需要精细化风电场规划设计需求中都会找到用武之地。目前，推进以工程设计为依托的信息化、数字化乃至智能化平台建设，提升风能资源工程设计中的智能化水平是行业的当务之急。

其五，对于相关标准的解读需要更加深入。竞价上网政策的推进，对机型的先进性及定制化水平提出更高要求。大叶轮、低风速、高塔筒基本是目前各大整机厂家机型发展方向的“主旋律”。考虑到新机型的可靠性和安全性问题，输入载荷的风况参数将变得至关重要。其中IEC61400-1中明确给出了风电机组设计标准、现场参数具体分析方法；IEC61400-15中定义了产量计算不确定度分析方法以及适应性分析方法。而国际标准在不断更新迭代，这就要求风能资源工程师必须快速熟悉、掌握不同版本之间在风电机组等级定义、载荷计算、湍流评估等方面的区别。

其六，海上风电的发展呈现汹涌蓬勃之势，如何做好海上风能资源评估是交给风能资源评估工程师的一个新任务。海上风电不同于陆上风电，大容量、多排列、大面积、多场区影响、波浪、气压差、温度、浮冰等许多问题，是业界在开发陆上风电项目时未曾遇到或疏于考虑的；尾流、温度切变、浪涌等问题，需要行业在前期进行风能资源评估时尽可能量化准确。业界需要加快尾流研究，致动盘尾流模型技术需要尽快落地。对浪、涌导致的风流场变化建立模型，带入流场仿真计算。海上测风成本很高，也需要尽快落地成本更低、适用大量测量的新型海上测风技术。

最后，还需持续推进与分散式风电相关的先进风能资源评估技术创新。由于中东部和南方地区风电项目所在区域的自然条件复杂，建设周期长，相较于“三北”地区的项目，需参与竞争配置的项目对开发商的吸引力较小，开发商将寻求更多的分散式风电投资机遇。因此，迫切需要推进无塔测风、WRF中尺度技术及分散式风电风能资源评估方法的优化。同时，在分散式风电项目中，对环境友好性的要求更高，开发模式从单一的风能资源利用向资源利用与环境融合的多元开发模式转变。

竞价上网环境下，风电不仅面临与传统能源的竞争，同时要与光伏等其他可再生能源展开竞争。未来，在行业投资环境不断改善，并网消纳持续改善等政策支持下，风电市场将进入新的纪元。而风能资源评估工程师的工作范围会更加宽泛，对综合能力的要求更高。快速、精准的风能资源评估方法将成为竞价上网的“利剑”。同时，风能资源评估日趋自动化、数字化及智能化。不论是开发商，还是整机厂商，新技术的研发及创新能力将直接决定其在竞价上网时代下的成败。在新形势下，风电同仁应当“百尺竿头，更进一步”，深入做好风能资源评估工作，掌控风电投资风险，实现行业健康有序发展，让我们携手共进。