为什么对“小风”如此困惑？

您是否注意到过有关小型风力涡轮机的能源博客或文章，将其与大型风力发电技术和太阳能直接进行了比较？我写这篇文章的目的是提供一些背景知识，说明小型风力发电机在哪些方面非常成功，哪些方面完全没有意义。这也解释了为什么“小风”市场与“大风”市场大不相同。

首先，“小风”被美国风能协会（AWEA）定义为额定功率低于100 kW的任何涡轮机。众所周知，100千瓦的风力涡轮机并不小！因此，其他人决定将其定义为10 kW以下的任何功率。出于本文的目的，我们使用与AWEA相同的定义，最大功率为100 kW。

让我们从风力涡轮机的铭牌等级开始。国际公认的标准是以11 m / s（24.75 mph，或39.6 km / h）的风速对涡轮机功率进行评级。正如大多数内部人士所知道的那样，风的功率（以及风轮机的功率）以风速的立方上升（风速的两倍表示功率的8倍）。我们注意到许多小型涡轮机的“发明家”营销人员以高于11 m / s的风速对其产品进行评级（我们看到的额定值高达15 m / s），这实际上意味着他们过高地估计了涡轮机的性能。为了说明这种营销有多“有效”（或误导），您可以对功率与风速的立方函数进行简单的数学计算。13.86 m / s的风功率是11 m / s的大约两倍，这意味着如果有人宣布以13.86 m / s的功率额定功率为10 kW，则他们实际上是在销售5 kW的涡轮机。

有关风力涡轮机的更多基础知识，这是麻省理工学院的一个不错的总结：麻省理工学院-风能基础

与来自世界各地的感兴趣的买家交谈时，我们已经注意到一些共同的信念。

共同信念＃1：“小风比大风贵。”如果仅比较每个额定W的安装成本，这通常是正确的说法。对于陆上Big Wind，成本通常约为$ 2 / W的额定功率（海上Big Wind高达$ 9 / W）和陆上Small Wind目前的价格从3美元到7美元/瓦不等。但是，Big Wind需要庞大的电网基础设施和长期电力购买协议（PPA），需要与公用事业部门协商（或由法规确定），而Small Wind通常会抵消客户的全部零售电力成本，这可能高达5倍高于长期PPA费率。我的祖国德国就是一个很好的例子，公用事业电网的容量为不断发展的“ Energiewende”（宽松地翻译为“向清洁能源的过渡”）造成了一些主要障碍，而更多的分布式电源可以减轻现有电网的压力。大风电的上网电价一直在不断下降，而过去10年中，消费者的电力成本（这是小风电可以抵消的成本）几乎翻了一番。

共同信念＃2：考虑到分区和建筑许可证的麻烦，Small Wind不值得付出努力。好吧，这实际上取决于涡轮机的尺寸。一般而言，大多数安装在居民区较低高度的5KW铭牌额定功率（11 m / s）的涡轮机在低空处有许多障碍物，其所有者对年度能源生产（AEP）感到失望。在大多数情况下，这是由于特定位置的风的“质量”低（不是因为风属性而选择该站点，而是因为所有者恰好住在那里）。额定功率为5 kW的风力涡轮机的成本在15,000美元（包括运输，安装，逆变器，桅杆，建筑许可证和电气工程的总成本）至25,000美元之间。在恶劣的居民区，AEP可能低至5 MWh，这将导致长达25年或更长时间的ROI（投资回报）​​，具体取决于电力成本。但是，如果人们将目光投向小风电的高端产品（即25 kW），则明智地选择位置，并选择3美元/瓦的高效涡轮机，投资回报期可短至3-4年。

共同信念＃3：小风电无法与（目前较低的）太阳能成本竞争。好吧，在许多地区，甚至在日照度较低的地区，也是如此。但是，如上所述，由于功率与风速的立方函数关系，取决于位置，用于风的AEP的范围会不相等。

以下是比较一个25 kW屋顶太阳能装置（每瓦3美元）（已安装，带有建筑许可证，逆变器和所有电力工程）和一个25 kW风力装置（每瓦3美元）（我们已验证是可行的）的示例比较，价格范围可能会大幅上升）。

方案A：在亚利桑那州的一个屋顶上安装了25kW的太阳能，每安装一千瓦峰值（年平均）每天可产生超过5 kWh /天的能量，因此AEP约为43 MWh。如果将风力涡轮机安装在年平均风速为5 m / s的低风位置，则在系统可用性为95％时，AEP仅为31 MWh。在这种情况下，太阳能投资显然会产生更好的回报。完全相同的太阳能和风能产品将安装在日本年平均风速为7.5 m / s的日本相当良好的风能场所（有很多这样的场所，尤其是在沿海地区，山脉和岛屿中），数量将是如下：太阳能的年平均产量为每千瓦峰值安装约2.7 kWh /天，因此AEP约为23.4 MWh。然而，在系统可用性为95％的情况下，风力涡轮机会产生74 MWh的AEP。在这种情况下，风能投资将产生的年能源是太阳能的3倍。

应该注意的是，这些方案仅比较不同位置的等效投资额（风能/太阳能）的年度能源输出。但是，任何分布式清洁能源的投资者都将查看该站点上现有的联邦，州和地方激励措施以及特定的上网电价（FIT）。例如，目前日本小风的FIT大约是小太阳能的FIT的两倍，这使方案B的风能投资在日本的利润大约高出6倍。

另一方面，必须提到的是，太阳能的产量与2:30 pm和6:30 pm之间的典型平均每日能源使用高峰（工业，商业和住宅使用的总峰值）相匹配，这是可以预测的，至少在夏天。因此，取决于可用的净计量方案，太阳能将提供峰值定价的优势，而Small Wind仅在使用存储的情况下才能实现。在许多净计量方案中，消费者零售成本的抵销将取决于生产能源的时间以及能源与使用方式的匹配程度。太阳能显然不是停车结构照明系统使用模式的理想选择，但比风能更可预测。

由于规模庞大，一台25 kW的风力涡轮机并不真正适合城市地区的普通单户住宅，也不适合普通住宅屋顶。目标应用（显然总是有好风）将用于郊区或乡村物业，商业和工业建筑，离网物业（仅美国就有超过500,000个），农业，大型广告牌，停车结构，远程电信设备，高速公路照明和岛屿。在许多情况下，它可以很好地与太阳能和合理数量的存储设备进行交互，以实现完全的电网自治。日本目前拥有无与伦比的小风电FIT（由中央政府担保20年），这无疑是一个难得的机遇，但可以预见的是，它们最终将在未来10年跟随太阳能FIT的下降趋势。

通常，“小风”的成功并不像“太阳能”的成功一致，主要是因为它的理解和评估要复杂得多。我们建议任何对Small Wind感兴趣的物业所有者，企业所有者，开发商或投资者寻求专业人士的建议，并在该地点进行风向调查，以改善AEP的预测和安装的成功。

我们的结论：尽管其复杂性更高，但在世界各地仍有许多地点和应用程序，Small Wind优于当前可用的任何其他分布式清洁能源技术。对于那些选择任何更美观的涡轮机设计的人，不仅会每月获得能源报告，还会使您回想起您的投资。

关于作者：Hagen Ruff是Chava Wind LLC和Chava Energy LLC的创始人兼首席执行官。

更多信息：“ www.chavawind.com或 www.linkedin.com/in/hagenruff

Chava Wind / Hagen Ruff的前两幅图像和最后一张图像；山区风力涡轮机，小型风力涡轮机以及通过Shutterstock在屋顶太阳能电池板后面的小型风力涡轮机