就像所有人看到的那樣,技術(shù)變革成就了風(fēng)電低風(fēng)速市場,且由于高塔筒智能控制技術(shù)的出現(xiàn),低風(fēng)速市場再現(xiàn)藍(lán)海。可以說,技術(shù)變革照亮了低風(fēng)速市場廣闊的投資前景。
回想2009年、2010年,“三北”地區(qū)限電嚴(yán)重,業(yè)內(nèi)不無憂慮中國風(fēng)電的發(fā)展前景。但事實是,在過去的5年間中國風(fēng)電非但沒有停滯不前,反而高速發(fā)展,以一騎絕塵的姿態(tài)連年在全球領(lǐng)跑,其背后的動因在于技術(shù)變革。
技術(shù)變革的里程碑事件發(fā)生在安徽來安——2011年1月5日,采用遠(yuǎn)景87/1.5MW大風(fēng)輪智能風(fēng)機(jī)的龍源來安低風(fēng)速風(fēng)電場并網(wǎng)發(fā)電,開啟了中國風(fēng)電快速發(fā)展的低風(fēng)速模式。
當(dāng)下中國風(fēng)電又處在一個迷茫的時期,一方面是風(fēng)電電價持續(xù)下行,每下降2分錢的電價,資本金收益率就會隨之降低2個百分點;另一方面是低風(fēng)速資源開發(fā)已從6米/秒下探到5米/秒,風(fēng)電項目盈利越發(fā)艱難。這兩個層面的壓力壓縮了中國風(fēng)電發(fā)展的空間,更糟糕的是人們依舊看不到改善“三北”地區(qū)限電狀況的希望。那么,風(fēng)電人如何破解目前的困局呢?遠(yuǎn)景認(rèn)為唯有技術(shù)變革能給中國風(fēng)電帶來新的希望。
也正因為這樣,遠(yuǎn)景愿意和業(yè)界分享技術(shù)變革的實踐和心得。據(jù)比爾?蓋茨的統(tǒng)計,在過去的工業(yè)化發(fā)展中,人類投入在新能源上的基礎(chǔ)研究還不到其他傳統(tǒng)行業(yè)的1%。這說明新能源行業(yè)在基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)科學(xué)研究上還處于早期階段,其他行業(yè)的成熟技術(shù)和經(jīng)驗都還沒有被風(fēng)電行業(yè)所認(rèn)識和采用。如果比爾?蓋茨了解2015年、2016年中國風(fēng)電發(fā)展的情景興許會樂觀許多——這兩年中國風(fēng)電開發(fā)在向中東部和南方地區(qū)快速滲透的同時,風(fēng)電成本呈現(xiàn)顯著下降趨勢,讓人看到摩爾定律的跡象。這表明中國風(fēng)電在基礎(chǔ)技術(shù)研究方面取得長足進(jìn)步。這也使遠(yuǎn)景更堅定地認(rèn)為可再生能源的本質(zhì)是技術(shù)。這也是為什么遠(yuǎn)景致力于用技術(shù)變革破解中國風(fēng)電發(fā)展困境的原因。
葉片基礎(chǔ)理論研究取得突破。葉片技術(shù)是風(fēng)電技術(shù)中非常重要的環(huán)節(jié),也是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的核心部件。隨著低風(fēng)速資源的開拓,目前葉片的長度已接近A380客機(jī)的翼展。問題是,我們能否真實地認(rèn)識到物理世界中氣流和葉片之間產(chǎn)生的相互作用,如果不能還原風(fēng)能在流場中的氣流形態(tài),葉片真實的利用價值就失去了前景。專業(yè)人士知道,目前葉片氣動性能分析還是基于格朗特在1935年為研究旋翼直升機(jī)應(yīng)用所提出的葉素動量理論,簡單說就是把風(fēng)輪平面簡化成一個能量盤,其簡化過程是二維的。可是,很多科技文獻(xiàn)和大量的驗證結(jié)果已表明,在葉尖速比較低時格朗特理論模型尚能符合風(fēng)洞實驗結(jié)果,但葉尖速比較高時它卻不能真實地體現(xiàn)風(fēng)輪在流場中的氣流形態(tài)。
在解決這一技術(shù)問題上,航空工業(yè)采用全三維的非定常流程還原一個流場繞過葉輪的真實環(huán)境。那么問題來了,我們認(rèn)知的葉片可利用效率其極限究竟在哪里?為回答好這個問題,遠(yuǎn)景在科羅拉多成立空氣動力學(xué)與氣象研究中心,葉片基礎(chǔ)理論研究取得實質(zhì)性重大突破,通過葉片創(chuàng)新設(shè)計降低風(fēng)電度電成本。
這一點,可以從歷史印跡中得到啟迪。1903年12月17日,萊特兄弟的飛機(jī)首飛,打破了“任何比空氣重的機(jī)器都不可能飛起來”的論斷。但那時萊特兄弟飛機(jī)的機(jī)翼是多么粗陋,而今天的波音787已采用三維一體化的機(jī)翼流線設(shè)計,而目前全球范圍內(nèi)的風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計仍舊停留在二維的方法上,遠(yuǎn)景開創(chuàng)性地采用三維設(shè)計方法,對葉片的8個剖面做了詳盡分析,大幅降低了葉片的疲勞載荷,提升了年發(fā)電量。
激光雷達(dá)降載及電量提升技術(shù)。激光雷達(dá)系統(tǒng)不僅可以帶來測風(fēng)的便捷性,同樣可以降低風(fēng)機(jī)的疲勞載荷,并能提升發(fā)電量。就像十幾年前,人們無法想象汽車可以是無人駕駛,現(xiàn)在激光雷達(dá)技術(shù)也能為每臺風(fēng)機(jī)帶來發(fā)電量提升和機(jī)械載荷的降低,尤其對復(fù)雜地形風(fēng)電場來說這一技術(shù)的應(yīng)用更具價值。
目前,復(fù)雜地形條件下的風(fēng)況中湍流越來越大,越是復(fù)雜地形低風(fēng)速風(fēng)電場其風(fēng)況帶來的風(fēng)險越難控制,極小概率的事件可能讓整座風(fēng)電場付出沉重的成本代價。其根本原因在于,傳統(tǒng)的閉環(huán)反饋算法很難讓風(fēng)機(jī)預(yù)知未來的風(fēng)況,即便是遠(yuǎn)景的智能風(fēng)機(jī)在沒有配備激光雷達(dá)的情況下,也只能用現(xiàn)代控制理論的方法對風(fēng)機(jī)進(jìn)行建模,但這要建立在閉環(huán)反饋的基礎(chǔ)上。
試想,如果風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)能夠加入風(fēng)速的前饋數(shù)據(jù),便會對風(fēng)機(jī)預(yù)知未來的風(fēng)況產(chǎn)生劃時代的意義,這就是為什么遠(yuǎn)景用軟件定義激光雷達(dá)控制技術(shù)并引入到風(fēng)電領(lǐng)域的價值所在。須要強(qiáng)調(diào)的一點是,前饋技術(shù)是基于傳感技術(shù)的突破,當(dāng)機(jī)器可以戰(zhàn)勝李世石的時候,風(fēng)變幻的規(guī)律也可以被機(jī)器的算法來學(xué)習(xí),這給風(fēng)電帶來的價值是難以想象的。
正是洞察到了這一點,遠(yuǎn)景開發(fā)了“基于機(jī)艙雷達(dá)的智能控制”技術(shù)和精確的激光雷達(dá)仿真模型,并將其結(jié)合到風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)過程中,以使控制系統(tǒng)的仿真更加接近真實環(huán)境,以此降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動和疲勞載荷以及減少偏航誤差,提高風(fēng)機(jī)的發(fā)電性能以及風(fēng)場的整場發(fā)電收益。
數(shù)字化風(fēng)機(jī)平臺技術(shù)。在平臺技術(shù)方面,遠(yuǎn)景已經(jīng)進(jìn)行5年的實踐,它保障了定制化產(chǎn)品的交付。眾所周知,風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)帶來效益的時候,其實也在不斷承受著疲勞的彎矩,風(fēng)機(jī)不得不為收益付出成本代價。
必須注意的一個問題是,一臺風(fēng)機(jī)在平坦地形可以運行20年,而在復(fù)雜地形則運行不到20年。這一非常直觀的現(xiàn)實表明,整機(jī)供應(yīng)商必須有豐富的系列產(chǎn)品,才能應(yīng)對并滿足市場定制化、多樣化的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品需求。
作為低風(fēng)速領(lǐng)域的技術(shù)變革引領(lǐng)者,遠(yuǎn)景早已意識到在中國南方復(fù)雜的山地條件下,不可能再采用一個機(jī)型打天下的模式。當(dāng)需要在短期之內(nèi)交付大量多樣化的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品時,如何在體系上保證及時迅速的交付,便是平臺技術(shù)產(chǎn)生的背景。
平臺技術(shù)早已在汽車行業(yè)得到了應(yīng)用,例如沃爾沃的SPA平臺可以衍生出家族的全系列產(chǎn)品。如同沃爾沃的SPA平臺一樣,遠(yuǎn)景數(shù)字化風(fēng)機(jī)平臺也能夠真正實現(xiàn)對產(chǎn)品化、系列化和模塊化設(shè)計的支撐,可以為復(fù)雜山地風(fēng)電場提供非常豐富的產(chǎn)品序列。
全鋼高塔筒智能控制技術(shù)。目前我國低風(fēng)速資源開發(fā)已從6米/秒下探到5米/秒,如何讓低風(fēng)速風(fēng)電項目盈利成為風(fēng)電技術(shù)變革中的關(guān)鍵問題。遠(yuǎn)景通過整理全國數(shù)千座測風(fēng)塔數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)有些低風(fēng)速區(qū)域的風(fēng)剪切系數(shù)超過0.2,甚至達(dá)到了0.5,這是可以產(chǎn)生價值創(chuàng)造的發(fā)現(xiàn)。以風(fēng)剪切系數(shù)0.3為例,與90米傳統(tǒng)塔筒高度相比,120米高塔筒技術(shù)能夠提升300小時以上的發(fā)電收益。
目前,我國高塔筒技術(shù)路線主要有全鋼柔性塔筒和砼鋼混合塔筒兩種,全鋼柔性塔筒以造價低廉、結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)、供應(yīng)鏈成熟、運輸便利、吊裝高效而著稱,其優(yōu)異的性能得益于智能風(fēng)機(jī)高超的智能控制技術(shù),而砼鋼混合塔筒設(shè)計相對簡單,對控制策略沒有過多的要求,但其復(fù)雜的施工工藝和價格不菲的預(yù)制件成本壓力會延緩這一技術(shù)路線的成熟期,施工隊伍的可靠性以及成功的實踐經(jīng)驗仍是當(dāng)前行業(yè)的短板。可以和業(yè)內(nèi)分享的是,遠(yuǎn)景在國內(nèi)已有批量的“120米全鋼柔性塔筒技術(shù)”實際項目應(yīng)用,這意味著120米高度以上低風(fēng)速風(fēng)電場投資藍(lán)海已經(jīng)形成。
技術(shù)變革的探索和演進(jìn)表明技術(shù)可以推進(jìn)風(fēng)電度電成本的下降,但風(fēng)電要高比例進(jìn)入電網(wǎng)系統(tǒng)還須解決其間歇性、分布式和波動性這三大問題。為此,遠(yuǎn)景致力于布局能源互聯(lián)網(wǎng),發(fā)布EnOS能源互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng),以此協(xié)調(diào)能源系統(tǒng)的各個元素,實現(xiàn)美好能源世界的愿景,但這一切取決于行業(yè)技術(shù)進(jìn)步,遠(yuǎn)景愿與為能源轉(zhuǎn)型付出努力的人們一起推進(jìn)技術(shù)一路向前,生生不息。