技術(shù)革新和政策驅(qū)動將會成為分散式風(fēng)電沖刺的號令槍，在革命性的屋頂分布式風(fēng)能技術(shù)和一系列政策紅利的驅(qū)動下，分散式風(fēng)電將迎來快速發(fā)展期，未來可期。
在全球范圍內(nèi)，分散式風(fēng)電和分布式光伏是兩種主流的可再生能源分布式應(yīng)用模式。
但在過去數(shù)年里，受制于建設(shè)成本高、審批流程繁復(fù)、土地、融資、并網(wǎng)等諸多因素，分散式風(fēng)電相對于集中式風(fēng)電和分布式光伏，依然發(fā)展緩慢。
分散式風(fēng)電在歐洲興起，特別是丹麥和德國，技術(shù)和商業(yè)模式都臻于成熟。在中國和美國，相對高歌猛進(jìn)的光伏卻略顯落寞。
但近期，包括中國在內(nèi)的一些國家，政策方面開始鼓勵分布式風(fēng)電的發(fā)展；技術(shù)上也屢屢獲得突破。這為分布式風(fēng)電的發(fā)展打開了巨大空間。
最近，來自英國的Katrick和來自美國的Aeromine分別公布了有別于傳統(tǒng)葉片渦輪機(jī)的分布式風(fēng)能技術(shù)，有望改變分散式風(fēng)電的游戲規(guī)則。此外，中美兩國在政策層面也對分散式風(fēng)電予以了更大的支持，分散式風(fēng)電正逐步邁入高速增長階段，未來有望成為推動風(fēng)電裝機(jī)增長的一大主力。
分散式風(fēng)電的潛力及政策助力
去年，國家能源局正式提出“千鄉(xiāng)萬村馭風(fēng)計(jì)劃”，就此打開了分散式風(fēng)電的市場空間。2021 年9 月，國內(nèi)多個城市與風(fēng)電企業(yè)發(fā)起“風(fēng)電伙伴行動·零碳城市富美鄉(xiāng)村”方案，并率先提出“十四五”期間風(fēng)電下鄉(xiāng)總裝機(jī)規(guī)模50GW 的目標(biāo)。
從各省項(xiàng)目規(guī)劃情況看，十三五末期規(guī)劃的分散式風(fēng)電總規(guī)模已接近20GW。據(jù)《長江證券》預(yù)計(jì)十四五期間將十三五規(guī)劃的項(xiàng)目落地，實(shí)現(xiàn)50GW 分散式裝機(jī)規(guī)模的確定性較高，年均新增10GW 左右。
長期來看，根據(jù)中國風(fēng)能協(xié)會測算，按照全國 69萬個行政村計(jì)算，假如其中有 10 萬個村莊可以在田間地頭、村前屋后、鄉(xiāng)間路等零散土地上找出200 平方米用于安裝 2 臺5 兆瓦（MW）風(fēng)電機(jī)組，全國就可實(shí)現(xiàn)1000 GW的分散式風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模。若按69 萬個村莊單個村莊安裝1 臺4-5MW 風(fēng)機(jī)，則潛在市場規(guī)模也將達(dá)到上千吉瓦（GW ）級別。在此基礎(chǔ)上，若分散式風(fēng)電的滲透率進(jìn)一步提升，或單個村莊的風(fēng)機(jī)數(shù)量進(jìn)一步增長，分散式風(fēng)電的潛在市場空間有望進(jìn)一步向上，為風(fēng)電裝機(jī)提供較大的增量。
2017年，國家能源局首次推出《關(guān)于加快推進(jìn)分散式接入風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)要求的通知》，業(yè)界認(rèn)為分散式風(fēng)電發(fā)展的“春天”已經(jīng)到來。然而，政策頒布初期，受制于核準(zhǔn)周期長、建設(shè)用地限制大、融資和建設(shè)成本高、運(yùn)維管理難等問題，分散式風(fēng)電的推進(jìn)舉步維艱。
如今，分散式風(fēng)電已經(jīng)邁過了那段幼稚期，正穩(wěn)步邁向成熟期。
十四五以來，政策端對分散式風(fēng)電持續(xù)推動，2021 年國家能源局在第四屆風(fēng)能開發(fā)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人座談對風(fēng)電下鄉(xiāng)亦有所展望，指出中東南地區(qū)重點(diǎn)推進(jìn)風(fēng)電就地就近開發(fā)，特別在廣大農(nóng)村實(shí)施“千鄉(xiāng)萬村馭風(fēng)計(jì)劃”。
今年，國家能源局發(fā)布《加快農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型發(fā)展助力鄉(xiāng)村振興的實(shí)施意見》，提出將推動千村萬戶電力自發(fā)自用，支持具備資源條件的地區(qū)，特別是鄉(xiāng)村振興重點(diǎn)幫扶縣，建設(shè)分布式風(fēng)電和光伏發(fā)電。5月30日，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)新時代新能源高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案的通知》，文件提出風(fēng)電項(xiàng)目由核準(zhǔn)制調(diào)整為備案制，積極推進(jìn)鄉(xiāng)村及工業(yè)企業(yè)分散式風(fēng)電開發(fā)，打通了過去分散式風(fēng)電項(xiàng)目的一大壁壘。
不久后，地方層面便積極響應(yīng)。吉林省能源局發(fā)布《吉林省能源局2022 年度推進(jìn)新能源鄉(xiāng)村振興工程工作方案》，成全國首個省級“新能源+鄉(xiāng)村振興”方案。四川省發(fā)改委與能源局印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)事項(xiàng)的通知》，同樣明確集中式風(fēng)電項(xiàng)目由省發(fā)展改革委核準(zhǔn)，分散式風(fēng)電項(xiàng)目由市（州）發(fā)展改革委核準(zhǔn)，推動風(fēng)電項(xiàng)目由核準(zhǔn)制調(diào)整為備案制。
整體看，在國家層面政策的持續(xù)驅(qū)動下地方政府積極響應(yīng)，在經(jīng)濟(jì)性大幅提升背景下有望大幅帶動分散式風(fēng)電的潛在需求。
除了中國，遠(yuǎn)在大洋彼岸的美國也具有豐富的分散式風(fēng)電潛力并與近期迎來了政策利好。
根據(jù)美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的新分析，美國今天有潛力提供近1400 GW的分布式風(fēng)能容量，并從中獲利。同時，NREL 研究人員分析了分布式風(fēng)能在實(shí)現(xiàn)美國到 2035 年實(shí)現(xiàn) 100% 清潔電力目標(biāo)方面可能發(fā)揮的作用，他們確定美國有足夠的分布式風(fēng)能潛力來供應(yīng)美國目前年用電量的一半以上。在政策方面，美國剛立法不久的《通貨膨脹削減法案》中則規(guī)定對對低收入社區(qū)符合標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)電、光伏設(shè)施增加10-20%的稅收優(yōu)惠，將會進(jìn)一步推動美國國內(nèi)分布式風(fēng)電及光伏的發(fā)展。
屋頂風(fēng)電技術(shù)的新突破
除了政策助力，近期，在技術(shù)革新方面，分散式風(fēng)電也引來了新的突破。科研人員們把目光投向了不同于傳統(tǒng)渦輪風(fēng)機(jī)的無葉片風(fēng)能裝置。
英國可再生能源公司Katrick Technologies 設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的風(fēng)力發(fā)電面板系統(tǒng)，可利用來自地面和低空環(huán)境的風(fēng)能生產(chǎn)可持續(xù)能源。與傳統(tǒng)渦輪機(jī)相比，這些面板使用更廣泛的風(fēng)頻和風(fēng)速，使用單獨(dú)作用的翼型來捕獲動能并將其轉(zhuǎn)化為綠色電力。風(fēng)力發(fā)電板中包含多層機(jī)翼，不同尺寸的機(jī)翼增加了利用動能的表面積，當(dāng)風(fēng)穿過面板時，它們會獨(dú)立振蕩，產(chǎn)生能量，然后可以將其轉(zhuǎn)化為可持續(xù)的電力。
在實(shí)踐中，面板可以安裝在跑道附近、路邊或建筑物頂部。由于其較小的尺寸和模塊化配置，它們還可以與現(xiàn)有陸上風(fēng)電場等新建場地互補(bǔ)，最大限度地發(fā)揮場地的發(fā)電潛力。該公司目前正在與格拉斯哥機(jī)場進(jìn)行風(fēng)測圖項(xiàng)目，以確定現(xiàn)場安裝的面板可以產(chǎn)生多少電力。研究表明，該技術(shù)每年每10kW額定面板陣列可產(chǎn)生高達(dá) 22000 千瓦時的電力。目前，Katrick已將其風(fēng)力發(fā)電面板系統(tǒng)應(yīng)用于Silverburn 購物中心及Howard Tenens的倉儲設(shè)施中。
與傳統(tǒng)葉片渦輪機(jī)相比，Katrick Technologies 的風(fēng)力發(fā)電板具有以下關(guān)鍵優(yōu)勢：
尺寸小，更易于建造和安裝，同時在工作空間內(nèi)保持較大的表面積，這也意味著它們可以安裝到現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，即使在城市和住宅環(huán)境中也是如此。
面板的尺寸和翼型的配置使它們能夠捕獲所有速度和頻率的風(fēng)，包括渦輪機(jī)無法進(jìn)入的地面風(fēng)。
由于其模塊化設(shè)計(jì)和快速部署，它們可以在任何規(guī)模上輕松實(shí)施。它們還需要很少的維護(hù)，從而延長了它們的整體生命周期。
此外，美國休斯頓大學(xué)的附屬公司 Aeromine Technologies 也設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新性的屋頂無葉片風(fēng)能裝置，該系統(tǒng)已通過與阿爾伯克基的桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室和德克薩斯理工大學(xué)的聯(lián)合研究得到驗(yàn)證，可輕松安裝在建筑物的邊緣，并且可以在與屋頂太陽能相同的成本下產(chǎn)生多達(dá) 50% 的能量，同時僅只需太陽能電池板所需屋頂空間的 10%。
該系統(tǒng)由多個靜止的、靜音的單元組成，這些單元采用專利空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)，可在低至 5 英里/小時的風(fēng)速下捕獲并放大建筑氣流，類似于賽車上的翼型。具體運(yùn)行時，這些固定的機(jī)翼向風(fēng)中傾斜，在設(shè)備的中心產(chǎn)生低壓真空區(qū)域，通過機(jī)翼本身或中間圓桿上的穿孔吸入空氣，以填充該低壓區(qū)，此過程中管道中的一個相對較小的內(nèi)部螺旋槳將運(yùn)轉(zhuǎn)并進(jìn)行發(fā)電。
Aeromine 的無葉片風(fēng)能裝置系統(tǒng)通常由 20 到 40 個單元組成，安裝在面向主要風(fēng)向的建筑物邊緣，可安裝于倉庫和配送中心、制造設(shè)施、辦公樓、多戶住宅開發(fā)和大型零售店等平屋頂建筑物。該系統(tǒng)靜音且易于安裝，使其成為現(xiàn)場可再生能源的經(jīng)濟(jì)高效且節(jié)省空間的解決方案。
根據(jù)Aeromine 2021 年 1 月向 AFWERX Reimagining Energy 挑戰(zhàn)提出的解決方案中，這些單元的每個額定功率為 5 kW，相當(dāng)接近一個典型的21片家用屋頂太陽能系統(tǒng)的輸出。在新聞稿中，Aeromine也表示，一個無葉片風(fēng)能裝置單元可提供與多達(dá) 16 個太陽能電池板相同的電量。
此外，Aeromine 的無葉片風(fēng)能裝置系統(tǒng)可以與現(xiàn)有太陽能解決方案進(jìn)行無縫集成，Aeromine 系統(tǒng)的屋頂占地面積小，因此可以利用太陽能電池板覆蓋屋頂?shù)钠溆嗖糠郑瑢?shí)現(xiàn)太陽能與風(fēng)能的互補(bǔ)使用。該技術(shù)是傳統(tǒng)分布式風(fēng)力渦輪機(jī)的重大飛躍，傳統(tǒng)分布式風(fēng)力渦輪機(jī)不適合大多數(shù)屋頂應(yīng)用。目前，巴斯夫正在其位于密歇根州懷恩多特的制造廠測試該系統(tǒng)。
Aeromine 首席執(zhí)行官大衛(wèi)·阿薩諾 (David Asarnow) 表示：“這是一個改變游戲規(guī)則的技術(shù)，為快速增長的屋頂發(fā)電市場增加了新的價(jià)值，幫助企業(yè)利用尚未開發(fā)的分布式可再生能源實(shí)現(xiàn)其彈性和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。Aeromine的專利技術(shù)為現(xiàn)場發(fā)電市場帶來了風(fēng)能的性能，減輕了旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力渦輪機(jī)和效率較低的太陽能電池板所帶來的傳統(tǒng)限制。”
未來可期
當(dāng)前風(fēng)電產(chǎn)業(yè)正處于發(fā)展的“十字路口”，分布式風(fēng)電被認(rèn)為是撬動產(chǎn)業(yè)下一輪爆發(fā)的“藍(lán)海”。今年以來，一系列政策紅利試圖帶動分布式風(fēng)電“換擋”進(jìn)入快車道。今年，國家能源局等九部門聯(lián)合印發(fā)的《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》提出，“十四五”期間通過試點(diǎn)示范，在全國100個縣中優(yōu)選10000個行政村，推動鄉(xiāng)村風(fēng)電開發(fā)。
在此情況下，多家行業(yè)研究機(jī)構(gòu)都預(yù)測認(rèn)為，分散式風(fēng)電裝機(jī)已經(jīng)步入了高速增長期。平安證券指出，2021 年以來風(fēng)機(jī)價(jià)格大幅下降，分散式風(fēng)電有條件在平價(jià)的同時與鄉(xiāng)村振興融合，風(fēng)資源數(shù)據(jù)庫以及測風(fēng)數(shù)據(jù)共享等機(jī)制將有效解決分散式風(fēng)電測風(fēng)相關(guān)問題，核準(zhǔn)制改備案制將簡化分散式風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)的前期流程，這些因素有望合力推動國內(nèi)分散式風(fēng)電的興起，打開陸上風(fēng)電的成長空間。
廈門大學(xué)中國能源政策研究院院長林伯強(qiáng)表示，在未來新型能源系統(tǒng)中，風(fēng)電、光伏占比要到65%至70%，而目前風(fēng)電、光伏在能源結(jié)構(gòu)中占比還不足5%，風(fēng)電仍有很大的發(fā)展空間。集中式風(fēng)電、分散式風(fēng)電各有優(yōu)勢，缺一不可，分散式風(fēng)電未來潛力巨大。
陸上集中式風(fēng)電、海上風(fēng)電和分散式風(fēng)電被稱為拉動國內(nèi)風(fēng)電規(guī)模化發(fā)展的“三駕馬車”。集中式風(fēng)電與海上風(fēng)電已行到中途，技術(shù)革新和政策驅(qū)動則將會成為分散式風(fēng)電這架“馬車”沖刺的號令槍，分散式風(fēng)電未來可期。
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