水电水利规划设计总院和东盟能源中心联合发布《东盟国家低风速风电应用潜力研究》
2021年11月,水电水利规划设计总院和东盟能源中心联合编制发布《东盟国家低风速风电应用潜力研究》,作为中国-东盟电力合作第五年的研究成果。本报告着重关注东盟国家的低风速风电(LWSP)开发潜力,结合风电发展技术的最新进展,探讨低风速风电技术在东盟的适用性。本公众号将通过多期推文为大家分享报告详细内容,本期将介绍东盟国家低风速风电开发条件与现状(上)。
一
自然地理
东盟位于亚洲东南部,成员国有文莱、柬埔寨、印尼、老挝、马来西亚、缅甸、菲律宾、新加坡、泰国和越南十国。东盟东濒太平洋,西临印度洋,处于亚洲与大洋洲、太平洋与印度洋的“十字路口”,战略地位十分重要。区域位于东经 92°10′~141°05′,北纬 28°32′~南纬 11°15′,总面积约 443.6 万 k㎡ 。东盟十国中,越南、老挝、柬埔寨、缅甸、泰国及马来西亚西部地处东南亚的中南半岛,其他国家地处马来群岛 。
中南半岛北部同中国相连,地势北高南低,高山大河自北向南延伸,形成山河相间、纵列分布的地表形态。中南半岛河流大多发源于中国西南地区,上游落差较大且水流湍急,老挝、缅甸、柬埔寨等中南半岛国家均拥有丰富的水电资源;下游河道变宽,水流变缓,泥沙沉积,泰国、越南等冲击平原和三角洲区域是东盟重要的农产地。马来群岛共有两万多个岛屿,地势崎岖,山岭众多,多火山、地震,平原狭小且多分布于沿海地区,分属印尼、马来西亚、文莱和菲律宾等国家。其中,印尼是东盟面积最大的国家,也是世界上最大的群岛国家,有 17508 个岛屿。
东盟靠近赤道,北纬 10 度至南纬10 度为热带雨林气候,北纬10 度至北纬 20 度以热带季风气候为主,中南半岛北部有小面积的高山高原气候 。以热带季风气候为主的中南半岛,全年分为旱季和雨季,雨季降雨多湿度大,旱季高温日照充足。以热带雨林气候为主的马来群岛,终年高温多雨,分布着茂密的热带雨林。
受地理位置及气候因素影响,东盟区域太阳能资源非常丰富,大部分国家和地区太阳能年总辐射量大于 1750kWh/㎡ ,光伏技术可开发量达到 9929GW,但 7m/s 以上的风能资源相对较少。
二
风能资源禀赋
(1)资源特性
东盟十国风能资源分布存在较大差异。根据 Global Wind Atlas提供的数据,东盟国家100 m 多年平均风速和风功率密度分布如图 3-2 和 3-3 所示。总体而言,东盟十国大部分区域风速在 7 m/s 以下,相对风资源条件较好的国家主要分布在中南半岛中、南部及部分马来群岛沿海地带,具备一定风电开发潜力的区域主要集中于老挝、泰国、越南、缅甸中南部、柬埔寨、菲律宾。
为定量描述区域风能资源丰富程度,根据 NB/T 31147-2018《风电场工程风能资源测量与评估技术规范》中的风能资源等级划分标准,得到东盟各国风能资源概况如下表 3-1 所示。
(二)开发条件
除风能资源特性外,风电项目的开发还与地形、地面覆盖物、交通运输、电网设施、破坏性风速等条件有关。
从地形条件来看,同等资源条件下,区域地形越平坦、分布越集中,越有利于降低风电项目的开发成本、获取更高的发电收益。柬埔寨中南部、老挝南部、泰国中部南部、越南南部、缅甸南部和菲律宾北部和中部,地形平坦,可进行平原风电开发;缅甸北部、柬埔寨北部、泰国北部、老挝北部风能资源分布集中在内陆高海拔山区,也具备风电开发的条件。
地表覆盖物方面,一般植被较为稀疏或低矮的裸地或草地地面粗糙度较小,适合风电项目开发;而地表覆盖物较为丰富的林地等,地面粗糙度高,对风电项目开发带来不便。但低风速风电开发向高轮毂大叶片的方向发展的技术路线,一定程度上减轻了因植被造成的地面粗糙度大的不利影响。
交通运输方面,交通设施发达程度越高、公路干网等分布越广泛,越有利于改善大型风电基地的开发建设条件,有利于工程设备与材料的进场运输,降低基地开发成本。根据 Natural Earth 数据统计,东盟干线公路的总里程约 13.1 万千米,其中主干公路长度超过 6800 千米,一般公路(Road)长度约2.4 万千米。风能资源丰富的泰国中南部、越南南部等区域,交通运输条件较为便利。
电网设施方面,电网基础设施条件越好,大型风电基地的并网成本越小,越有利于开展集中式风电开发。115kV 以上的线路分布密集的区域主要集中于泰国全境、老挝中部、越南沿海等风能资源丰富的区域。大部分风能资源比较丰富的地区电网条件也相对较好,有利于风电项目的开发。
破坏性风速方面,东盟沿海一带受台风侵扰,对风力发电机组存在破坏性,尤其东部的菲律宾受台风侵扰频繁;东盟南部的印尼、马来西亚、文莱等国地处赤道两侧,受赤道无风带影响,全年整体风力较小,不受台风袭扰;除菲律宾外,其他区域台风登陆后会快速衰减,对内陆的风电场影响较小。
三
风电开发潜力
(1)技术可开发量
▪ 研究方法
风电可开发量的评估层次可包括理论可开发量、技术可开发量、经济可开发量三个层面,如图 3-4 所示。
本研究主要涉及风电技术可开发量的评估。技术可开发量评估的常用方法是基于研究区域的风能资源图谱和土地利用情况,剔除因地形、海拔、土地利用及风速资源等限制而产生的不可利用面积,得到适合开发风电的区域(即风电技术可开发区域)。基于技术可开发区域的风能资源条件,确定区域的单位面积装机容量,最终得到技术可开发区域的风电装机潜力。东盟区域仅缅甸北部、印尼东部少部分区域海拔较高,同时鉴于山地风电技术已经发展较为成熟,因而本研究没有将山地地形作为风能资源技术可开发的剔除因素。
评估总体思路如图 3-5 所示。
▪ 数据来源
研究所需数据包括风能资源图谱数据、土地利用数据和保护区数据。风能资源图谱数据来源于Global Wind Atlas(如图 3-2 和图 3-3 所示),土地利用数据来源于中分辨率成像光谱仪(MODIS)(如图 3-6 所示)。得益于独特的气候条件,东盟国家植被覆盖较高,土地利用类型以林地、草地、灌木林为主,灌溉农田主要分布在越南南部、缅甸南部、泰国中部和南部的河口三角洲及平原地带。
保护区数据来自于 Protected planet(如图 3-7 所示)。得益于优异的自然条件,几乎所有东盟国家均有较多的自然保护区分布,包括风能资源相对较好的中南半岛中部和南部、菲律宾中部和北部区域等。
▪ 技术可开发量结果分析
根据图 3-5 中的筛选条件及流程得到东盟国家技术可开发区域及风资源情况如图 3-8 所示。技术可开发区域主要集中分布在中南半岛中部和南部、菲律宾中部和北部、印尼部分岛屿沿海区域。其中,越南、泰国、菲律宾、老挝、缅甸等国家风电技术可开发区域面积相对较大。
东盟风电技术可开发量按区域统计如表 3-3、图 3-9 所示,空间分布如图 3-10 所示。东盟十国风电技术可开发总量为1112GW,其中泰国、越南、菲律宾、缅甸、印尼技术可开发量位列东盟技术可开发总量的前五位。
东盟十国技术可开发区域内,大部分区域处于 5~6m/s 的较低风速区间,低风速风电开发潜力巨大。5~6m/s 风速区间技术可开发量为 834.0GW,占技术可开发总量的 75%;6~7m/s 技术可开发量为200.6GW,占比约为 18%;而风速在 7m/s 以上区域的技术可开发量仅有 77.6GW,主要分布在菲律宾和越南。从 5~6m/s 风速区间的技术可开发量各国分布情况来看,泰国在这一区间的技术可开发量最大,为 294.4GW,其次是缅甸 141.1GW,越南(138.1GW)位居第三。利用小时数方面,东盟十国技术可开发区域内,风电平均利用小时数为 2313h,其中菲律宾、越南、老挝等国家的平均年利用小时数超过 2300h,超过东盟国家平均水平。新加坡、文莱和马来西亚的的风能潜力较小,风力发电项目开发的商业化潜力有限。
(2)开发现状
近年来,东盟国家风电稳步增长,增长源主要来自于泰国、菲律宾、越南和印尼风电装机的增长,但总体而言东盟国家风电开发规模仍较低。截至 2019 年年底,东盟各国风电总开发容量为2344MW,仅占全球风电总装机的 0.3%。老挝、缅甸、柬埔寨等低风速风电具有一定发展潜力的国家尚未开始风电的开发。
文莱
文莱风电技术可开发量为0.02GW。文莱风电开发潜力低,截止2020年底,装机容量为0。
柬埔寨
柬埔寨风电技术可开发量为 49.8GW。过去 10 年间,柬埔寨的用电量急剧增长,2010 年起电力需求年均增速达到 20%,电力供应只能勉强满足需求。截至 2019 年年底,柬埔寨尚未开始风电项目开发,但未来开发潜力较大。
印尼
印尼风电技术可开发量为105.5GW。2018 年前,印尼风电装机仅2MW,2018 年新增风电装机142MW,但 2018 年以后没有新投产的风电项目。在能源转型压力下,印尼风电的开发将迎来新的机遇。
老挝
老挝风电技术可开发量为71.5GW。截至 2019 年年底,老挝尚无风电项目开发。目前老挝电力结构以水电为主,旱季缺电严重,风光水互补系统的开发将有效提高电力出力的季节性不平衡,也为风电发展带来新的机遇。
马来西亚
受限于风资源条件,马来西亚风电技术可开发量仅为 1.4GW,截至 2019 年年底,风电装机容量为0。
缅甸
缅甸风电技术可开发量为 155.3GW,位列东盟十国第四,具有较大的风电开发潜力。截至 2019 年年底,缅甸风电装机为0。缅甸电力系统存在供电滞后和电力成本高等问题,电力需求不断增长,若能解决建设成本问题,风电将成为缅甸可再生能源的重要补充力量。
菲律宾
菲律宾风电技术可开发量为 186.2GW,其中有 19.6%的技术可开发量位于 7m/s 以上风速区,是东盟国家 7m/s 以上风速区间技术可开发量占比最大的国家,风能开发潜力巨大。2014 和 2015年,菲律宾风电装机增长较快,但是2015年以后增长较慢。截至2019年年底,菲律宾风电装机为 442MW。
新加坡
新加坡风电技术可开发量为0.01GW,风电开发商业化潜力较小,截至2019年年底,装机容量为0。
泰国
泰国风电技术可开发量为341.4GW,是风电技术可开发量最大的东盟国家。泰国风电起步相对较早,并且保持稳步增长趋势,截至2019年年底,泰国风电装机达到1507MW,是东盟风电装机容量最大的国家。
越南
越南风电技术可开发量为201.2GW,风能资源潜力。近几年越南风电装机稳中有升,截至 2019 年年底,越南风电总装机容量达到251MW,未来风电还有很大的开发潜力。