分散式风电开发攻略

今年盛夏，在世界杯开赛前，风电行业也迎来了分散式风电发展的“佳音”。2018年5月24日，国家能源局正式发布《风电项目竞争配置指导方案（试行）》，标志着国内风电即将迈入“平价”时代。中国风电装机容量在历经北方区域的爆发式增长之后，发展重心转向中东南部地区。这些区域呈现人口分布密集、资源限制因素更多等特征，不利于大规模集中式风电项目开发。因此，集约、便捷的分散式将成为主要模式之一。不少业内人士认为，2018年将会是分散式风电的“元年”。

分散式开发新思路

2018年5月24日，国家能源局发布《2018年度风电建设管理有关要求的通知》，明确分散式风电项目不参与竞价，继续执行补贴政策。同时分散式风电拥有简化的审批流程、试行核准承诺制。

这说明分散式风电项目不仅享受政策补贴，其核准所需要的流程也更便捷、时间效率上有所提高。面对风电行业“弃风限电”“竞价上网”“补贴缺口”等日益尖锐的问题，集中式风电开发迎来种种挑战，分散式风电或将成为行业实现平稳发展的新平衡点。

分散式风电是指位于用电负荷中心附近，不以大规模远距离输送电力为目的，所产生的电力就近接入电网，并在当地消纳的风电项目。分散式风电拥有就近接入、就地消纳、投资规模小、建设周期短，收益稳定等特点。

与集中式风电不同，分散式风电呈现出的建设流程新思路如图1所示。

图1 分散式风电的特点

分散式开发的痛点

考虑到上述新思路，分散式风电在开发过程中存在的技术难点也不可小觑：

（1）对接入电压等级及送电范围有严格规定，区域内负荷的持续稳定性是项目生存的关键。基于就近接入原则及输电线路成本的考虑，分散式风电开发必须“先找网，后找风”。

（2）具有单体容量小、开发周期短的特点，使得快速选址，更快、更直观地圈定可开发区域变得至关重要。

（3）亟待降低测风的时间成本。

（4）政策规定不得占用永久基本农田，也就是说基本农田、林地、国土建设、生态“红线”等都会对选址产生重大影响，这需要业主对限制性因素进行全面掌握和排除。

那么，如何高效地进行分散式项目开发呢？接下来将详细介绍由新疆金风科技股份有限公司（以下简称“金风科技”）推出的 “分散式风电开发攻略”。

图2 GIS平台将变电站线路和输电线与地理信息结合

图3 变电站的负荷消纳情况

发展分散式风电，仅仅拥有技术并不意味着可以发挥最大能量，更重要的是，如何在风电场建设中的各个环节实现最大效能使用和发挥这些技术优势？如同足球赛场上，仅有明星球员还不够，如何在团队系统中实现球员的价值最大化，这才是球队制胜的秘诀所在。针对分散式风电面临的上述难题，金风科技运用数值天气预报WRF技术降低单独依靠中尺度图谱带来的风速评估偏差，使用地理信息系统（GIS）技术快速识别限制因素，使用雷达进行精细化测风，从而降低时间成本和试错成本。

按照分散式风电的开发流程，下面将从选址和测风两个方面进行详细说明。

选址

一、电网接入

负荷中心的选择会很大程度上影响项目的选址以及输电线路的成本。金风科技运用GIS技术推出数字化平台，将变电站的位置与金风科技数字化平台中的GIS数据结合，可以准确初步判断分散式项目的可开发位置。从开发角度率先完成“先找网”的挑战，减少因为找不到合适的负荷中心而造成的试错成本。

客户可以根据变电站的负荷消纳、容量配比，来确定项目的最大可开发容量。

二、快速“找风”

完成“找网”后，需要在并网点附近10～20km范围内“找风”。目前，业内往往使用中尺度气象平台提供这一选址服务。然而，负荷中心接入有限，负荷中心附近资源好的区域更加有限，这就对中尺度数据的准确度提出更高要求。

决定风能资源分布的天气、气候等因素复杂多变。要较好描绘这一分布，基于数值天气预报（NWP）的风能资源模拟是一种很好的途径。金风科技的风能资源气象团队以广泛应用的数值天气预报模型WRF为核心，以和“天河”“亚马逊”等大型超算中心以及私有云中心的合作为基础，结合金风科技的测风数据库，打造了针对我国陆上风电场的定制化风能资源模拟系统。

金风科技利用海量具有代表性的实测数据，运用多种方法，结合对局地影响的考虑，进行局地权重订正，对已有中尺度图谱修正，降低平均风速误差，更加准确地把控风险。针对全国大部分区域不同的气象条件和地形分布特点，对风能资源模拟系统进行优化，让模拟更加“智慧”，更具中国区域特色。

图4 土地利用规划数据的坐标智能匹配

三、避开限制因素

选址完成后，需要准确识别限制因素，以避免由此导致的项目延期和产生巨额成本。

金风科技将GIS技术应用在风电场的宏观选址中：一是通过数字高程数据精确、迅速提取地形、坡度、工程地质等数据；二是通过各种政府专题图数字化提取出电网接入、土地规划、保护区等数据，进行地物准确识别。与传统方式相比，这种方法将工作时间从35天压缩至5天，既改变了以前仅靠经验的“盲人摸象”模式，又克服了以往宏观选址的无目的性、耗时长、精度低、结论不明确等缺点，减少工作时间，提高了选址精度。

测风

风电开发如同足球场排兵布阵，都需秉承一个原则：寻找最佳的位置！对于风电项目来说，“出身决定命运”这句话一点都不为过，而测风参数是影响风电场以及风电机组位置的重要因素。事实上，前期无论对风能资源做出何种程度的预估，都不如有台测风塔更为客观精准。

然而，分散式风电开发中却缺少建测风塔这一过程。开发分散式风电时，在找到合适地点、掌握消纳情况后，再在该地点附近搜寻风能资源。这种模式使得分散式风电风能资源评估模式不同于集中式风电，若按照集中式风电项目开发办法进行风能资源评估，特别是对于小容量的风电场来说，立测风塔测风一年，将大大增加时间和资金成本。

加上分散式风电项目自身的选址特点，一般开发地点周边无测风塔或测风塔较少，如何准确、快速进行风能资源评估是分散式风电开发需要解决的一大难题。

针对分散式风电测风难的问题，金风科技使用GOLDWRF虚拟测风塔和雷达测风技术，推出“仿真模拟+实测”的分散式资源微观评估模式，“点面结合”，两大技术“两点一站式”解决测风问题。

一、GOLDWRF虚拟测风塔

针对分散式风电宏观选址风图谱偏差大、项目无测风塔、测风数据质量不高、仿真模型偏差大等业务场景“痛点”，金风科技通过与国内外多家权威气象机构合作，将风电行业中的两大数据——测风塔观测和中尺度数据融合，形成独具风电特色的资料同化系统。同时，结合全国大部分区域的气象条件和地形分布特点，优化风能资源模拟系统。

对于具体的分散式项目而言，金风科技在此模拟系统的基础上，利用多种数据源，根据各地区不同条件设置优选的参数方案；在分析过程中，金风科技根据不同的地形条件及项目特点使用不同的后处理方式，在这些排列组合的结果中比选更优方案结果，输出完整年风速数据，提升中尺度风速模拟精度。

截至今年7月初，金风科技使用虚拟测风塔技术参与过的分散式项目涉及复杂山地、平原、沿海地区；南至广西山区，北至内蒙古大漠，东至江苏沿海。根据目前已做的仿真情况来看，对于单个分散式风电项目的分析，可控制在2个工作日内提供目标区域的完整年风速数据，大大减少了时间及人工成本。

但是虚拟测风塔的准确度到底表现如何？可以分为无测风观测数据和有测风数据但代表性不佳的两种情况来验证。

首先是无测风数据的情况：以河南某项目为例，金风科技以模拟风速来代替测风塔实际观测的风速，风速偏差控制在5%以内。A、B、C分别是河南省内三个地点的真实测风塔、传统中尺度以及GOLDWRF虚拟测风塔得到的同期平均风速结果。可以看出，传统中尺度数据在模拟风速时均有不同程度的偏差，而GOLDWRF的虚拟测风塔数据则基本接近真实测风塔结果，较传统中尺度数据的精度可提升4%～10%。

第二个是有测风数据但代表性不佳的场景：金风科技运用多个测风塔在两地进行了上千次试验验证，当测风数据完整年有效率达到30%，也就是拥有3个月左右的有效测风塔数据时，虚拟测风塔的结果与真实测风数据的偏差最优可以控制在0.1m/s。同理可得，对于分散式风电无测风塔的情况，若使用雷达测风，测风时长大于3个月的数据偏差可控。

由此可见，若场区附近存在已有观测数据，虚拟测风塔的精度会更加有保障。

表1 三种不同方式获得的同期平均风速结果

二、雷达精细化测风

根据中国气象局出台的《分散式风力发电风能资源评估技术导则(QX/T308—2015)》规定，分散式风电风能资源评估可采用数值模拟的方法，但是仅依靠数值模拟方法无法准确把握现实湍流及风切变情况，机组产能和机组安全性存在风险。在无法建立测风塔的情况下，我们可以使用激光雷达来满足测风需求。激光雷达设备的测量精准度、测量范围、可移动性均能满足分散式风电项目对风能资源评估要求，既保证了数据的准确性，还能够节省立塔时间，节约时间成本。

图5 测风塔数据不同完整率情况下虚拟测风塔结果的准确性

图6 某分散式风电场激光雷达测量安置图

图7 激光雷达与参考测风塔的位置

激光雷达的测量数据结果与测风塔相比，准确度表现如何？金风科技对平坦地形情况下的雷达观测性能进行了验证，结果显示，雷达测风在多项指标上都表现出良好的误差可控性。

在金风科技某测试场地的平坦地形条件下，为防止激光雷达的激光光束打到测风塔上，我们将激光雷达设置在距离参考测风塔约10～15m位置处，得到主要测试结果如图8所示。

从图8的结果可看出，与测风塔相比，雷达测风结果的各项指标的准确性均有一定的可信度，尤其在80m、100m高度的测风结果与测风塔结果相差无几。

当然，雷达测风会受到仪器性能的影响。在实际使用过程中，不同的场景下需要特别注意设备的校准、安装地点的气候条件（湿度、雷暴天气）等情况。目前，金风科技使用雷达测风的足迹已遍布国内20余个省份，为上百个风电项目的前期测风提供了有效支撑。可以说，激光雷达是分散式风电开发的强力支援。

对于复杂山地、海上风电等场景，风能资源评估的精准度影响非常大。举例来说，即便是平均风速误差达到1%，也能导致风能资源评估出现3%的误差，严重影响风电场的收益。随着我国风电产业重心的南移，分散式风电发展速度加快，越来越多的项目将逐步拉开建设帷幕。因此，为了代替成本高且繁重的立塔工作，获得高品质的风能资源数据，结合虚拟测风塔和激光雷达开展测风的新路径将是未来分散式风电、海上风电等项目开发所需风资源评估技术的重要发展趋势。

图8 测试结果图示

结语

未来，分散式风电发展无疑会成为风电行业内的聚焦点。它的发展对提高风能利用率、优化风电布局、推动产业进步具有更加重要的意义，同时也对风电行业资源评估工作在精细化、快速化、准确化方面提出更高的要求和更多技术挑战。

风电发展离不开现代化技术的长足进步，金风科技因时因地运用地理信息系统（GIS）、数值天气预报WRF、雷达测风、无人机等多项技术，建立了开发分散式风电项目的强力技术支持系统，助力行业技术进步，迎接分散式风电的更多挑战。