時光匆匆，打馬而過，站在新舊更迭，年度更替的時間點上，對未來的展望是各行各業(yè)經久不衰的主題。最近，新疆金風科技股份有限公司(下稱“金風科技”)董事長武鋼向媒體表達了其對未來國內能源格局的看法：中國能源發(fā)展問題必須要站在全國一盤棋的大格局下考慮;分布式電源是進一步推動能源靈活使用、提升清潔能源利用效率的必然選擇;多能互補系統(tǒng)解決方案，風電、光伏、微燃機、地源熱泵等多種能源與儲能結合的綜合能源系統(tǒng)將會成為靈活、方便、可靠、經濟的供電方式。
分布式、多能互補、綜合能源系統(tǒng)以及與之緊密相關的智慧能源、智能微網等概念，早已是能源領域里備受關注的熱點。近年來，以風電、光伏為代表的可再生能源裝機規(guī)模迅猛增長，有關可再生能源的產業(yè)政策正朝著市場化的方向逐步調整，隨著售電側、增量配電業(yè)務的放開，智能微網已成為諸多能源企業(yè)戰(zhàn)略布局的重點，金風科技便是其中的先行者之一。從宏觀形勢來看，微網的“春天”似乎已到來，但當夢想照進現實，卻發(fā)現所謂的夢想仍需“再飛一會兒”。
先行者的闖關之路
在北京亦莊經濟技術開發(fā)區(qū)的涼水河畔，一臺2.5兆瓦的風機高高矗立。這份別樣的景致是金風科技總部園區(qū)的顯著標識，也是金風智慧園區(qū)智能微網項目中的電源之一。
金風智慧園區(qū)微網項目是國內首個兆瓦級的智能微網項目，項目一期建設內容包括一臺2.5兆瓦直驅永磁風力發(fā)電機組、500千瓦光伏及2臺65千瓦微型燃氣輪機組成的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。儲能系統(tǒng)采用了鋰電池、釩液流電池、超級電容等多種儲能方式，負荷運用于金風科技辦公樓、生產車間、數據中心、體育館等設施，3000余名公司員工享受著來自微網的綠色電能。
作為國內風機制造領軍企業(yè)，金風科技也是國內最早一批布局智能微網業(yè)務的能源企業(yè)之一。2010年，國內風電經歷多年高速發(fā)展后，建立了全球最大的風電產業(yè)集群。彼時“棄風”尚不明顯，光伏未成大勢，憑借著深厚的行業(yè)積累，金風科技著手開展微網業(yè)務?！拔覀儺敃r對未來能源發(fā)展趨勢的判斷是，電源方面集中式和分散式并存，電網方面骨干網架與微網互濟。因此，金風科技很早就開始思考和研發(fā)如何在用戶端實現高比例清潔能源的應用?！苯痫L科技全資子公司北京天誠同創(chuàng)電氣有限公司(下稱“天誠同創(chuàng)”)副總工程師谷延輝如是說。
2010年，金風科技以北京亦莊總部園區(qū)為示范，開展了對智能微電網核心技術的研究。建設之初，沒有指導意見，沒有技術標準，沒有統(tǒng)一的開發(fā)模式，甚至連微網的定義也未曾明確。在這樣的情況下，該項目在核準流程、土地批復、并網支持等方面遭遇的挑戰(zhàn)顯而易見?！熬湍脗浒负藴蕘碚f，現在的暫行管理規(guī)定提到了源網荷分別備案和核準，但我們當年建設時相關部門尚未出臺管理辦法，加之風電和光伏的管理權限本身就不一樣，因此核準難度非常大?！惫妊虞x說，“另外，當時分散式的概念并未普及，分散式風電審批極為不易。在建設成本上，微網中的很多單元，比如儲能、光伏甚至風電在當時處于成本高位。也正因如此，該項目的建成具有重要的示范意義。”項目一期建成后，年發(fā)電量392萬千瓦時，可再生能源占比32%，能耗總量下降約15%，節(jié)能率(折合標煤)14.3%。
2013年2月，國家電網公司發(fā)布《關于做好分布式電源并網服務工作的意見》，分布式并網得到了明確的支持信號。2014年3月，金風智慧園區(qū)微網項目順利并網。在風電大發(fā)而負荷處于低谷時，微網系統(tǒng)產生的余電可以返送電網。目前該微網系統(tǒng)每年可向大電網返送約40萬千瓦時的電量，從大電網獲取的電量約為800多萬千瓦時?！安⒕W型微網的特點是有大電網做電量保底，在北京或者工業(yè)園區(qū)等電網條件較好的地區(qū)，客戶無須擔心電能質量問題，不過同樣的配置如果放在電網薄弱的地區(qū)，支撐能力便會被削弱, 需要考慮更復雜的技術問題?！惫妊虞x說。
隨著園區(qū)用電負荷的不斷攀升，項目二期建設加大了光伏和風電的容量，增加了微型燃動機以及水蓄冷裝置。水蓄冷項目依托園區(qū)消防水池而建，利用夜間低谷電價時段的電力蓄冷，在白天高峰電價時段放冷，在為冷機提供可靠備用冷源的同時，還能滿足園區(qū)空調供冷需求，進而實現電力的移峰填谷、節(jié)能降耗以及電網負荷側響應功能。項目二期增容計劃完成后，園區(qū)清潔能源發(fā)電與園區(qū)總耗電占比將達70%左右。
經過多年的研發(fā)與探索，金風科技在動態(tài)穩(wěn)控技術、暫態(tài)穩(wěn)控技術、智能負荷監(jiān)控系統(tǒng)、微電網孤島風光柴儲燃控制系統(tǒng)等方面取得了階段性的成果。“現在的技術水平較之當年已有很大的提升，技術已不再是制約微網發(fā)展的主要因素?！惫妊虞x說。
經濟性從何而來?
除了亦莊工業(yè)園區(qū)，金風科技目前已開展與歐伏電氣、嘉澤集團、江蘇大豐工業(yè)園區(qū)等合作的微網項目，并不斷從項目開發(fā)和運營經驗中摸索提升經濟性的有效途徑。
江蘇大豐工業(yè)園區(qū)智能微網項目是江蘇省首個智能微網項目，該微網系統(tǒng)由1臺金風自主研發(fā)的2.0兆瓦低風速風機、100千瓦微型風機、96千瓦光伏，540千瓦時鉛炭電池儲能系統(tǒng)，以及能量管理系統(tǒng)、保護系統(tǒng)、微網發(fā)電側及負荷側全覆蓋監(jiān)控系統(tǒng)等組成。該項目采取合同能源管理的運營方式，為江蘇中車提供能源供應及節(jié)能管理等服務，項目建設已實現了贏利?！敖K中車是生產風力發(fā)電機組的公司，我們在做設計時充分考慮了可再生能源與負荷的匹配關系，微網綠色度達到27%。”谷延輝說。目前，江蘇大豐微網項目年發(fā)電量約為433萬千瓦時，項目收益率接近9%。
考慮到如今風電、光伏補貼加速退坡，以及用戶更關注電價而非電力來源等因素，成本仍是影響微網普及的關鍵。隨著競價上網政策的落地，度電成本將成為衡量新能源市場競爭力的標尺。因此，在項目規(guī)劃階段，如何評估資源、選擇高收益機組等成為商業(yè)化微網項目需要考慮的重點。
“客戶的資信情況、負荷特點、項目所在地的資源情況、電價水平等是金風科技在開發(fā)商業(yè)化微網項目時考量的主要因素。比如大豐項目，風資源比較好，每年折合約2000小時左右，光資源超過1000小時，江蘇工業(yè)園區(qū)的電價普遍較高，客戶資信情況較好，負荷水平穩(wěn)定，因此項目推進得較為順利?！惫妊虞x說。
負荷側監(jiān)測控制系統(tǒng)是金風科技在用戶側的一項技術創(chuàng)新，并在江蘇大豐工業(yè)園區(qū)項目的應用中實現了較為可觀的收益。在實施大豐微網項目之前，金風科技微網項目組發(fā)現該工業(yè)園區(qū)中沖擊性負載較多，功率因數較低。根據供電相關規(guī)定，功率因數一旦低于0.9，用戶將面臨罰款。
針對這樣的實際情況，金風科技在微網的監(jiān)控系統(tǒng)中安裝了一個能夠下探到具體負荷的電能質量監(jiān)測裝置，可實時反饋其用能情況并出具能效診斷報告。同時，針對電能質量功率因數低的問題，金風科技采用風機的無功調節(jié)能力，最終將該園區(qū)的功率因數提升至0.95?！肮β室驍党^0.9，供電公司會有獎勵。從罰變獎，使得這項服務在大豐項目里產生了顯著收益。”谷延輝說。
微網經濟性更大的提升空間，在于負荷側響應等輔助服務機制。谷延輝坦言，如果微網只通過增加設備來實現項目優(yōu)化，而不能提供增值服務，收益率就難以提升。要實現微網經濟性的提升，需要進一步明確更多的輔助服務機制，包括備用機制、主動調頻、主動調壓、黑啟動、需求響應以及多樣化需求的整合等，但這些往往也需要經濟性驅動下的技術與市場需求的結合。
2017年7月，國家發(fā)改委、能源局印發(fā)《推進并網型微電網建設試行辦法》，從政策上保障了微電網可以開展統(tǒng)一的分布式發(fā)電交易和售電服務。并網型微網對于分布式電源交易具有技術上的優(yōu)勢，其源網荷儲統(tǒng)一管理的特性亦為其參與輔助服務市場創(chuàng)造了有利條件。但即便擁有政策的鼓勵，在實施上仍然存在諸多困難?！叭绻袌雒鞔_了哪些輔助服務可以是可以做的，區(qū)域微電網群會很快地去響應政策，從而實現更好的發(fā)展?！惫妊虞x說。
除了布局國內微網業(yè)務，金風科技將眼光也投向了海外。“國外的電網結構和國內不一樣，電源較為分散，大電網較之國內略顯薄弱，對于微網的實際應用需求更迫切?！惫妊虞x說。
風光儲之難點何在?
2017年5月5日，國家發(fā)展改革委、國家能源局下發(fā)《關于新能源微電網示范項目名單的通知》，28 個新能源微電網示范項目獲批，寧夏嘉澤微網項目位列其中。寧夏嘉澤智能微網項目在某種程度上屬于大豐項目的一個復制，該項目運用了金風科技自主研發(fā)的智能微網暫態(tài)穩(wěn)控裝置，實現了微電網的智能化、遠程無人值守控制。項目位于寧夏吳忠市紅寺堡區(qū)工業(yè)園嘉澤基地，盡管當地電價較低，客戶負荷不算太高，但風、光資源極為豐富，這也使得該項目可再生能源滲透比更甚于江蘇大豐。
和大豐項目不同，嘉澤微網項目可實現孤島運行。較之并網型微網系統(tǒng)，孤島型微網中的儲能作用更為突出。近年來，儲能技術雖有一定進步，但并未出現顛覆性的技術革新，儲能系統(tǒng)價格仍然偏高。在微網中，如果儲能占比過高而可再生能源占比相對較低，便意味著整個微網系統(tǒng)的經濟性將大大降低。“現在政策要求風和光不能棄，但如果風光發(fā)電與負荷無法匹配，就只能上儲能，目前光伏發(fā)電的成本加上儲能后成本約是0.8~0.9元/千瓦，這個成本傳導到用戶端便大幅提升了銷售電價。所以說儲能是個很美好的功能，但如果儲能系統(tǒng)成本不降的話，從收益率的角度來說儲能容量會受到很大的限制。”谷延輝說。
作為微網系統(tǒng)中最為重要的電源形式之一，分散式風電的容量大小直接影響其可再生能源滲透比的水平。但較之分布式光伏的迅速推廣與普及，風機無論是在征地、安裝還是環(huán)評等方面都更加復雜。“分散式風電開發(fā)的難點之一便是土地批復。由于國家對土地、林地的保護性政策，以及對生態(tài)紅線的規(guī)避，分散式項目在選址上面臨著眾多問題?！惫妊虞x說。目前，我國分散式風電市場雖逐步向中東部轉移，但由于各地的資源條件和經濟發(fā)展狀況不盡相同，推動其發(fā)展還需更多的政策細則。
記者在采訪中了解到，分散式風電具有開發(fā)主體多、同等規(guī)模下項目分散但數量眾多、開發(fā)流程與環(huán)節(jié)多等特點，這無形中提升了其開發(fā)的單位成本。2018年4月，國家能源局下發(fā)《分散式風電項目開發(fā)建設暫行管理辦法》，釋放出鼓勵分散式風電發(fā)展的明確信號，從規(guī)劃指導、項目建設和管理、電網接入、運行管理、金融和投資開發(fā)模式創(chuàng)新等方面進一步完善了分散式風電開發(fā)的政策與機制。但核準時間長、電網接入細則不清晰、接入容量有限仍是分散式風電發(fā)展的主要掣肘因素。簡化流程規(guī)范，地方政府提供一站式服務，與電網公司更為密切的溝通是分散式風電開發(fā)商目前的主要訴求。
另外，相對于集中式風電，分散式風電還存在其特有的技術難點。首先，分散式風電對風機捕風能力的考驗更高，其應用多為超低風速機型;其次，分散式風電對環(huán)境友好性要求更高，在風機噪聲、電磁騷擾等方面的限制更為嚴格;第三，分散式風電在運輸、安裝等方面的成本上不具優(yōu)勢。“在運輸和安裝上，相對于集中式開發(fā)一個風場，分散式風電只運輸吊裝一兩臺風機，單位成本無疑更高。包括吊裝平臺的設計都需要根據分散式項目的吊裝環(huán)境定制設計，”谷延輝說，“另外，還必須為項目并網配備涉網設備，但這樣的設備成本如果讓一兩臺風機去分攤的話，投入就太高了。”
相對于非技術成本，金風科技在機型設計、資源評估等方面已有成熟的技術手段予以支撐。金風科技研發(fā)的超低風機型風機可以在風速2.5米/秒甚至更低風速時實現并網發(fā)電。不同風速、湍流、切變大小的風況，需要采用不同單機容量、葉輪直徑、塔架高度的機組，以實現項目最佳的發(fā)電能力與最低的投資成本。在機組方面，金風科技能夠提供由小容量的1.5兆瓦機組至大容量的4.2兆瓦間的多種單機容量機型，通過搭配不同葉輪直徑與不同高度的塔架，可實現從年平均風速4.8米/秒的低風速區(qū)域到至年平均風速10米/秒以上的超高風速區(qū)域，均實現項目的投資收益最優(yōu)并滿足項目的安全可靠運行。
在資源評估方面，金風科技通過激光雷達加大數據等多種技術疊加，能夠在較短的時間內獲得較為準確的風資源信息，同時通過仿真系統(tǒng)來判斷噪音影響，并根據仿真結果進行定制化的降噪處理。
隨著后補貼時代的到來，新能源領域尤其是光伏行業(yè)加速“洗牌”，其中的“陣痛”不言而喻?！盃恳话l(fā)而動全身”，微網雖“小”，卻是多能應用、發(fā)配售一應俱全的完整體系。目前，全球微電網市場向亞洲轉移，國內的市場空間潛力巨大，但在廣闊的市場空間里如何耕耘，仍需政策進一步明確。隨著新能源市場的不斷完善，電力市場交易范圍的不斷擴大，微網發(fā)展或將迎來更多機遇。
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