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风能等可再生能源引领人类进入智慧能源时代-【新闻】

发布时间:2021-05-28 14:07:02 阅读: 来源:转子泵厂家

风能等可再生能源引领人类进入智慧能源时代

第一次工业革命将人类带入蒸汽时代,使得煤炭等化石燃料得以应用,引发了生产力的大变革。第二次工业革命中石油和电力技术得到广泛应用,使得人类开创了新的能源体制和工业模式。有关专家预测,物联网、云计算等新一代信息通信技术与可再生能源技术的结合,或将带来第三次工业革命——这次革命将彻底改变人类的工作和生活方式,引领人类进入智慧能源时代。

未来的智慧能源是以分布在世界各地、随处可见的可再生能源为基础,如太阳能、风能、水资源、地热、生物能、海浪和潮汐能等。这些分散的资源被成千上万个不同的分布式能源采集点(如住宅屋顶、商业楼宇、工业建筑等)收集并利用,通过采用数字化和智能化技术的智能电网以及大容量高安全性的储能系统进行管理、整合和分配,最大限度地实现能源的有效利用并维持经济的、可持续的发展,进一步推动生态文明的发展,使得能源、资源、环境、建筑、人等主体等都能够实现良性互动,人类与大自然互惠互利、互塑共生。

全球智慧能源产业方兴未艾,日本、德国、美国等国在智慧能源领域纷纷布局。转型中的中国对智慧能源新兴产业亦有着巨大的市场需求。“中国企业应该抓住机会,整合全球创新资源,抢占制高点,推动中国经济实现经济和社会的转型。”国家“千人计划”专家、远景能源(Envision)的创始人张雷深深洞悉这一点。

作为一家定位为“全球化、智慧型”的能源企业,远景的创新力已经延展到智慧能源,业务从最初的智能风机的设计与制造逐渐扩展,把智能电网、储能电池、功率半导体、能源管理系统等都一一囊括进来,已经涉及到能源的生产、储存、管理和分配。目前,远景正围绕“智慧能源”战略蓝图,依托基于物联网的“数字能源云”,积极打造整合可再生能源、智能(微)电网、智能变电站、尖端储能、物联网与云计算技术的智慧能源集成解决方案。

“世界智慧能源产业飞速发展,作为一家代表中国人智慧的企业,我们要迎头赶上,就必须掌握核心技术。”这是张雷的理念。而作为中国可再生能源领域的一匹黑马,远景始终能紧扣国际脉搏,在智慧能源的世界格局之下,积极探索技术创新,部署一场“智慧”之战。

能源生产:率先进军低风速领域,积极拓展海上风机领域

2007年,远景从风电起家,短短六年时间后,远景已经站到了全国风机制造领军企业的行列。究其原因,除了掌握核心技术之外,更在于团队的独到眼光和突破性的创新思维。

近年来,“三北”(西北、东北和华北)、东南沿海等高风速地区的装机容量不断上升,支撑了中国风电的爆发式增长,但随之而来的并网瓶颈严重制约其健康持续发展。目前,限电、弃风依旧是一个无解难题,短时间内,这种困境恐怕还将持续。而另一方面,靠近电网负荷的受端地区——也就是面积约占全国风能资源区域60%的低风速地区,却由于风机的技术壁垒,没有得到充分的重视与利用,被部分国内开发商论为“缺乏开发价值”。

2009年,是中国风电在高风速地区“大干快上”的一年,也是行业发展累积的弊端逐渐显露的一年。这一年,远景基于其对整个风电行业大势的洞察和风电并网瓶颈的预判,果断将低风速领域列为市场拓展的重点,彼时,大部分企业还聚焦在高风速区域跑马圈地,远景却成为国内第一个“吃螃蟹”的人。

但低风速领域并不是一块容易吃的蛋糕。“一般来说,开发和利用低风速资源必须解决三大挑战,一是低风速区域风力稀薄,但现有风机难以捕捉;二是低风速区域的机组若要达到与高风速区域机组同等的功率输出,就必须加大叶片以便捕获更多的风能,但这将直接导致度电成本的增加;三是低风速风场的微观选址要求很高,一般风电企业不具备低风速风场设计能力。”远景能源战略业务总监孙捷说。

远景迅速着手部署,由其位于丹麦全球创新中心的顶级技术专家和中国研发中心的资深产品开发专家组成国际研发团队,开始了技术攻关。凭借在低风速智能风机技术领域多年的技术攻关以及低风速风场“一手数据”积累和风场工程运行经验,远景能源已经完成了低风速智能技术创新平台的建设,并在智能双模电气传动链(全功率/双馈)技术、动态最优发电量捕获算法、最优桨距角自适应学习算法、叶片气动优化、多变量控制、风电场协同控制等方面等10多项专利技术方面取得突破,有效支撑了远景低风速机组的发电性能的不断提升。

2012年4月30日,远景能源全球首台1.5兆瓦93米大叶轮低风速智能双模风机在安徽来安风场并网发电,将风机适用风速降到5.5米/秒,让约占总体风能资源30%的超低风速资源也具有了开发价值,这是继2009年10月远景能源推出全球首款1.5兆瓦87米风轮低风速智能风机以后的又一次重大技术突破。这款1.5兆瓦93米低风速智能双模风机采用了业界首创的智能双模电气传动链(全功率/双馈)技术, 充分结合了双馈和直驱技术的优点,在不同工况下智能切换,使得双模电气传动链在能量转换效能上整体优于其他设计,并且实现了低风速下能量捕获的最大化。这两款低风速风机的出现,彻底结束了我国低风速地区无法开发风电的历史,业内人士高度评价,称其“或将改变中国风能开发利用的格局”。

数据显示,来安风场的1.5兆瓦93米低风速智能双模风机相对于传统的70-80米风轮机组,在成本基本保持不变的情况下,可以有效增加发电量15%以上,经济效益显著。

商业利益的凸显最终让不少开发商看到了低风速风机的巨大开发潜力。尤其在行业瓶颈毕现、亟待转型的时期,新的增长点无疑会大受欢迎,因此这也积极影响了行业的开发风向。甚至有开发商直言:“远景的低风速智能风机产品,正是我们继续投资风电、加大开发风电力度所需要的产品。”

在低风速区域尝到甜头的远景却并不曾止住脚步。他们思考:下一个蓝海在哪里?

我国海上风电资源丰富,但开发不足,截止到2011年,我国海上风电装机容量才只有25万千瓦。随着海上风电技术的发展以及我国政府的逐步重视,海上风电将成为未来发展的重点。根据预测,中国海上风电装机容量将在2015年达到500万千瓦,并在其后以年均500万千万的速度增长,在2020年达到3000万千瓦。我国部分地区非常适合开展海上风电资源开发,蕴含着上万亿的市场规模,比如江苏已有4个海上招标项目,达到100万千瓦的装机容量。但是国内一直缺少高可靠性的海上风机机型来启动这个市场。而国外海上风机价格昂贵,且均为针对欧洲近海的风资源和海洋地质条件设计,并不适合国内海上风电的大规模开发,因此国内海上风场的开发商对此一直望而却步。

能否针对国内海上风能的特点,设计出高可靠性、高性价比的海上智能风机,替代并超越进口产品?

远景给出了肯定的答案。除了拥有全球领先的海上4兆瓦及6兆瓦风机技术以外,远景还拥有全球首创的局部变桨技术,通过显著降低超过20%的极限载荷,降低了风电场塔筒和基础的投资成本,使得海上风电场的整体成本能够降低20%以上。模块化叶片技术能够针对不同风资源情况定制风轮直径,最大程度地捕获风能,增加机组年发电量,从而最大化业主的投资收益。

今年10月,远景自主研发的3.6兆瓦GameChanger海上风机成功在丹麦并网发电,远景也因此成为了第一家在风电之乡竖立风机的中国企业。

“GameChanger就像它的名字一样,是一款颠覆性的梦幻产品。它的颠覆性在于一系列的突破性创新技术,也在于我们在它身上加载的崭新理念——智能化控制。”据孙捷的介绍,通过激光测风雷达、在线振动监测等智能传感器在海上风机上的创新性应用,远景能够使风机控制系统更加全面准确地了解和预测风机的实时运行状态,从而提前采取相应的智能化控制策略,提高风机发电量和可靠性,大大降低了运维成本。

除了海上风机技术之外,目前海上风电开发的瓶颈之一就是项目建设成本太高。远景能源针对这一挑战,充分利用丹麦全球创新中心在海上风机机组和海上风电场规划、建设、运维等领域的丰富经验积累,并结合中国近海的风资源和海洋地质条件,不仅将为中国海上风电的开发提供高性价比的海上风机机组,而且将提供一整套专门针对中国近海海域的、极具经济性的海上风电智慧解决方案,包括海上风机基础设计、施工、海上风机吊装、运维等,全面降低海上风电的成本,使大规模经济开发海上风能成为可能。

能源管理:试水“智慧风场”管理系统

事实上,类似的“智慧”对于远景,是一个永恒的话题。从早期的低风速“智能”风机,到其后的海上“智能”风机的设计及运营管理的“智慧”雏形,再到近来“智慧风场”完整概念的提出,远景一直践行着它所倡导的“运用人的智慧去为风电企业提供优质的能源服务”的理念。

“国内有很多风场由于采用国外风机产品而出现水土不服的情况,或者使用质量低劣的风机导致故障频发,产生了大量的运维工作,如果得不到及时的预警和解决,会造成大量的电量损失,降低风场运行效率。因此,远景在探索风机的技术创新的同时,也极力想为风场打造一个智能高效的管理平台。”远景“智慧风场”软件业务总监顾晓华解释说。

早在2010年,我国风电的装机总容量就已经超过美国,然而发电量却迟迟跟不上,这反映了我国风电从规划、设计、安装、运行到维护等方方面面,都存在着较大的改进空间。

据顾晓华的介绍,智慧风场管理系统旨在帮助客户实现先进的设计、卓越的运营以及高度的电网智能化。首先,系统能够帮助客户进行风场早期选址,最大程度地利用本地风资源;在风机的运行投产阶段,帮助风机与电网协同,高效地执行电网的指令;在运行方面,通过传感器和相关技术,对风机的状态进行检测,预判风机的“亚健康”状况,让风电场商更早地发现风机的病灶,以期能够在无风的时候及时处理隐患,保障风机正常运行;在维护方面,智能故障诊断系统能够指导风电场员工进行风电机组维护,诊断,维修。

“系统主要基于物联网技术和云计算技术,从构建适合风电特点的管理模式出发,创造性地将行业内外最新的风电知识与管理经验固化在一系列智慧风场系统中,将风机、风电场、电网、设备厂家、运营商等通过传感器、数据传输设备与监控中心有机的联接起来。”通过新科技手段,智慧风场管理系统视图把人类“智慧”深度介入到管理中,最大程度低帮助开发商提升发电量、降低运维成本,从而实现风场管理综合效益的提高。

据悉,龙源、大唐、河北建投等国内领先的风场开发商,已经开始与远景展开合作。远景智慧风场管理系统在美国与IBM、傲时等国际著名软件公司的同场竞技中,成功赢得了美国大西洋电力公司千万级合同,负责管理一个位于俄克拉荷马州的300兆瓦风场——该项目将借助远景位于美国的云平台,为美国风场客户提供优质、便捷和先进的全方位风电场管理服务。

目前,远景的智慧风场管理系统已能够为中国、欧洲和美国的风电场提供远程资产管理服务,能为它们带来至少10%的资产效率。而在未来的二十年中,全球风电和太阳能资产将达到数十万亿规模,到那时,全球的能源管理市场规模将会以万亿计算。远景的这套智慧风场管理系统,未来将逐步扩展到其他新能源资产管理领域,甚至是传统能源如火电、水电和核电领域,将大幅度提升资产回报率和资产管理水平,未来市场应用前景非常大。

能源存储和利用:积极探索储能电池以及分布式能源技术

因此,翻开远景能源的创业史,更像是在看一本中国智慧能源行业的蓝海战略史。在能源生产上,远景率先洞悉低风速智能风机和海上智能风机的开发价值,之后,远景又在智慧风场管理系统上找到突破口,现在,远景又朝着更大的目标前进,在智慧能源系统解决方案上发现了自己新的发展方向。

未来可再生能源、智能电网和电动汽车的大规模使用的一个重要技术瓶颈就是储能。谁能掌握全球最领先的储能技术,谁将掌握未来全球战略新兴产业的主导权和制高点,将撬动的是千亿甚至是万亿美金的巨大市场。

据介绍,远景全球领先的尖端储能锂电池技术,能使得储能电池容量超越常规锂电池五倍,同时成本大幅降低,使用寿命和安全性远优于行业同类产品,可以应用于大型储能电站,平滑功率、削峰填谷,提高系统稳定性和电能质量;也可以用于小型家庭储能系统,在深夜低谷电价时段蓄能,并在用电高峰释放,起到削峰填谷的作用——这对存在发电不稳定问题的风能、太阳能等,无疑是个福音,或将大大推动可再生能源的大规模应用和发展。

“随着世界范围内节能减排压力的增大,中国亟需将自身能源结构中可再生能源的发电比例进一步提升。近十年来中国主要采用大规模集中式的方式接入可再生能源电源,但随着大规模弃风事件与风电连锁脱网事故的频发,这种接入方式已被认为到达了一定的技术瓶颈。”张雷说:“因此,中国需突破当前技术及政策的双重限制,在可再生能源分布式接入方式上加大研发及示范力度,以进一步提升可再生能源的消纳能力。”

据悉,远景目前正在积极参与中国智能微电网的示范建设和标准制定,探索通过分布式能源的技术突破,扩大新能源的消纳,形成一整套解决方案和标准,从而开启一个万亿级的巨大微电网市场。

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