肯尼亞風電發展前景分析

文 | Rahul Kumar Kandoi, Mohammad Ziaulhaq Ansari, Neelu Kumar Mishra, Deepshikha Sharma

編譯 | 張玥

如今，電力已成為發展國民經濟、提高人民物質生活水平的重要基礎，成為人們日常生活不可或缺的重要部分。近年來，全球經濟快速發展，對電力依賴的程度越來越高，電力需求由此急劇上升。肯尼亞位于非洲東部地區，目前總的發電裝機容量約為160萬kW，用電峰值達到150萬kW，但住宅用電僅占其中的18%，有80%以上的肯尼亞居民還處于極度缺乏生活用電的境況。

肯尼亞的發電企業主要依賴水力發電、地熱發電等可再生能源發電技術，再通過進口石油燃料的補充，以滿足日益增長的電力需求。從統計數據來看，肯尼亞有67.5%的電力來自于可再生能源，其中水電是肯尼亞國內最主要的電力來源，占到47.8%；地熱發電和風電分別占到12.4%和0.3%，化石能源發電占到32.5%。目前，肯尼亞各電力部門都面臨著應對電力需求增長、減少對水電的高度依賴以及降低電力供給成本等挑戰。肯尼亞政府為此制定的策略是，在不破壞生態平衡的前提下，加大電力基礎設施建設步伐，以最低的成本擴大供電能力，讓更多的民眾享受到電力服務。在全國處于電力緊張的形勢下，可再生能源的開發，尤其是風電和地熱發電將成為肯尼亞破解這些難題的重要出口。在靠近首都內羅畢郊外的恩貢山，肯尼亞主要的發電企業KenGen開發了一個5100kW的風電場，目前已經投產運行。另外，肯尼亞圖爾卡納湖30萬kW的風電項目也已正式開建。

為實現2030年風電裝機超200萬kW的目標，肯尼亞政府不僅大力鼓勵私人投資風電，并且引入了可再生能源固定電價政策。2008年，肯尼亞政府在ESRP(能源復興計劃，旨在升級和改造國家配電系統)的實施下，啟動了一項名為“風能數據分析與發展規劃”的調研項目，由世界銀行提供資金支持，旨在利用現代風電機組的先進技術優勢擴大肯尼亞風電場的開發規模。此項調研主要是對肯尼亞各個地區不同高度的風況進行分析，得到風能資源圖譜。同時，根據風能資源的分布，劃定出幾個潛在風電場選址范圍，通過裝機量等預評估數據的可行性前期研究估算出肯尼亞未來的風能開發潛力。

盡管最終的調研結果肯定了肯尼亞擁有巨大的風能開發潛力，但肯尼亞在如何大規模利用風能方面還有很大空白，主要有風能資源數據短缺、資金匱乏、基礎設施不健全、電網穩定性和可利用率不足等制約因素。此項調研一方面肯定了肯尼亞政府為加快促進可再生能源的開發利用制定的各類政策，另一方面也對未來的工作給出了相應的指導原則、規劃目標、重點領域劃定等建議，并推出了實現肯尼亞中長期風電發展目標的政策和措施。

相關研究總結

此項調研首先對涉及肯尼亞風能資源圖譜繪制以及測風數據分析的歷史背景進行了詳細研究。下文中提到的項目是過去已開展的、與此次調研相類似的研究：

2008年，由Daniel Theuri領導開展的一項聯合國環境規劃署項目——太陽能和風能資源評估（SWERA），包括利用GIS(地理信息系統)及其他相關技術進行數據采集分析、計算等，繪制出肯尼亞的風能資源分布圖。該研究通過對十個10m高度觀測站的觀測數據的分析，繪制出了肯尼亞50m高度的風能資源分布圖。

內羅畢大學氣象學系Christopher Oludhe領導進行的一項名為“肯尼亞風能評估與開發”的研究，對肯尼亞各地的風速變化做了評估。最終得出結論，肯尼亞擁有巨大的風能開發潛力，并足以確保各類風力發電設備正常運轉。

由肯尼亞建筑工程學院發起的一項研究，對恩貢山、基南戈普山和圖爾卡納三個地區的風況、風能資源儲量進行了分析估算。研究得出，恩貢山地區的平均風速為11.5m/s，而基南戈普的平均風速為9.96m/s，圖爾卡納的風能開發條件略遜于恩貢山和基南戈普山兩個地區。

表1 肯尼亞強風區范圍

風能資源評估方法

為了繪制完整的風能資源圖譜，此項調研首先對肯尼亞80m高度風資源的分布進行評估，采用的方式是分析各類相關數據，如測風塔數據集，NCEP / NCAR再分析數據（美國環境預報中心(NCEP)和國家大氣研究中心(NCAR)的數據），SRTM數字高程模型和全球土地覆蓋（GLC 2000）數據庫中與肯尼亞相關的數據等。此次的風能資源評估研究需要的關鍵步驟有：

（1） 提取肯尼亞NCEP / NCAR再分析全球數據；

（2） 提取航天飛機雷達地形測繪(SRTM)數據;

（3） 提取全球土地覆蓋數據（GLC2000）中涉及肯尼亞的統計資料;

（4） 建立風速模型；

（5） 獲取80m高度風速及風功率密度評估數據

評估工作需劃定目標區域的范圍，再利用測風數據以及NCEP / NCAR再分析數據計算出目標區域的年平均風速（NCEP / NCAR數據集中從1948年1月至2012年12月這一時間段的月平均風速數據也已用于年平均值的估算）。NCEP / NCAR再分析數據、41個風電場實測風速數據、GLC 2000數據集，SRTM數字高程模型等數據資料也被用在基于邊界層理論模型中的計算中，該模型利用LULC數據（土地利用和土地覆蓋數據）中的表面粗糙度等數據幫助重新計算出80m高度的年平均風速。

最終繪制出的風能資源分布圖，可以幫助在肯尼亞全國范圍內劃定出風電出力潛力大的風區并確定好風電場的選址，通過對一些重要參數進行細致研究，如80m高度的風速評估數據、距離國家公園和自然保護區的距離、與現有電網的間距、道路通暢度以及地形條件等，最終8個出力潛力大的潛在風電場被劃定出作為此次調研評估的對象。

對于如何計算這8個潛在風電場的產能，首先要確定的是各個風電場的機組選型，采用的方式是根據基于IEC標準下的風電機組設計要求，結合年平均風速，湍流強度等輸入參數，選用了5個不同廠家生產的2MW機組，計算結果也綜合考慮各種因素，如空氣密度校正系數，尾流損失，設備及電網可利用率以及電力傳輸損耗等，以提高最終出力估算的準確度（8個潛在風電場均根據各自的地形條件等選用不同的風電機組機型，主要選用的有歌美颯、華銳、蘇司蘭、GE等風電機組廠商的機組）。

肯尼亞風能資源概況

根據此項調研最終的評估結果，肯尼亞的風能資源被劃分為三個等級，I類風區（>7.5m/s）， II類風區 (<7.5 m/s － >6.5m/s）和 III類風區 (<6.5m/s－ >6.0m/s）。

此項調研主要對肯尼亞80m高度不同風速區段的潛在風能分布進行了評估。在80m高度，有64km2被劃入I類風區； 23,019km2被劃入II類風區，151,723km2被劃入III類風區。

調研以肯尼亞地區80m高度范圍內每1km2為單位，對此范圍內的風功率密度（WPD）進行估算。風功率密度等級被劃分為4類：差（<150W/m2），一般（150－250W/m2），良好（250－ 350W/m2），或優異（>350W/m2）。

此項調研的評估結果填補了肯尼亞風能資源圖譜中80m高度風速變化這一空缺。研究發現，在東部的馬薩比特地區有75596km2的潛在風區，年平均風速最高達到8.47m/s、最低風速達到4.96m/s。表1重點介紹了一些潛在風區所在的省份及區域，以及這些地區的年平均風速最高值和最低值。

按照概率潮流的計算結果，此項調研還對各風區的潛在裝機容量給出了評估（假設采用的是2MW機組，設備可利用率（MA）為95%、電網可利用率（GA）為95%、輸電損耗率（TLF）為95%、尾流損失為80%）。為了使評估結果更為客觀、更加準確，調研工作也考慮到了風電機組排布的間距問題，因此是以潛在風區每平方公里7500kW的裝機量進行計算。肯尼亞的各個區域的潛在裝機量見表2。

表2 概率潮流計算下的潛在裝機容量

從表2可以很明顯看出，肯尼亞III類風區的潛在裝機容量高達11.3億kW，而II類風區則有1.7億kW的裝機容量，I類風區潛在裝機容量則有48萬kW。除此之外，該調研對地形圖、等高線圖和風能資源網的開發等也進行了一定的研究。

綜合分析所劃定的8個潛在風電場的設備可利用系數等信息后，肯尼亞政府未來3年內完成50萬kW的風電裝機目標完全有可能實現。

肯尼亞風電規劃相關政策和制度框架

肯尼亞政府已經認識到推進可再生能源開發利用對提高本國電力供給能力和促進能源結構多樣化的重要性。此項調研對肯尼亞政府推出的關于推動可再生能源發展的主要政策做了匯總：

（1）肯尼亞2030遠景規劃——為滿足日益增長的電力需求，肯尼亞制定了國家經濟發展藍圖，明確了地熱發電 511萬kW, 水電103.9萬kW , 風電203.6萬kW , 地熱發電361.5萬kW, 進口電力200萬kW , 火力發電242萬kW，以及其他類能源發電 300萬kW的裝機目標計劃。

（2）2008年，肯尼亞能源部引入了固定電價政策（FIT），對各類型可再生能源發電技術如風電、小型水電和生物質發電等設定了明確的電價機制。固定電價政策的實施保障了可再生能源投資者投資的安全性以及市場穩定性，同時政府也鼓勵私人投資進入可再生能源，并安全高效地運營發電廠，保證收益最大化。在FIT政策下，肯尼亞風電固定收購電價為每度電11.0美分。這種極具吸引力的FIT政策勢必會吸引肯尼亞私人投資者加大對風電場的投資。

（3）2010年，國家應對氣候變化戰略開始關注并加強在適應氣候變化和溫室氣體減排的全國性行動工作上。

（4）肯尼亞政府對可再生能源、設備及配件等已施行進口零關稅政策，并取消增值稅。

肯尼亞風電發展建議

除了對上述方面的研究與匯總，此項調研還針對肯尼亞政府如何能夠適時地解決各利益相關者所關心的問題，并制定出清晰的戰略規劃，以挖掘本國蘊藏的巨大風能潛力給出了幾個主要建議。其中有代表性的幾個建議摘錄如下：

（1）制定“肯尼亞中長期風電發展規劃”：此項規劃應提出相應的指導原則、規劃目標、重點領域劃定，并推出實現肯尼亞中長期風電發展目標的政策和措施。

（2）改善市場環境：與電力規劃和執行相關的部門之間應適當地進行協調與整合，努力改善市場環境、確保風電行業的穩健發展。

（3）建立持續穩定的市場需求：在執行新的電價和技術標準的過程中，建立一套信用和支持度高的市場機制，可以維護并鞏固獨立電力生產商（IPP ）在市場上的地位。

（4）擴大電網建設并提高電網穩定性：為了滿足肯尼亞全國的電力需求，在圖爾卡納和馬薩比特這類風能發展潛力大的地區內，加強區域性電網的建設、提高電力外送條件等工作是必不可少的。

（5）加強道路、高速公路建設，提高風電場的可達性，可達性對于風電場場址建設、風電場運營與維護等具有十分重要的作用。

（6）評估、盤點風電政策：鑒于肯尼亞目前風電發展的情況，制定一個集中保護性的風能政策文件勢在必行。這套政策文件應保證市場的透明化，同時要保證政府繼續在財政、制度和監管框架體系等方面對肯尼亞風電發展的各類投資給予支持。

結論

此項調研得出結論，認為肯尼亞蘊含的巨大風能資源完全可以滿足全國的電力需求，并且風電電價制定也相對合理，民眾接受度較高。從風能資源的分布評估來看，肯尼亞I類、II類和III類風區蘊含高達22.5億kW的風電潛力，肯尼亞政府制定的未來三年達到50萬kW風電裝機的目標也完全有望實現。此項調研同時提出，要使這一目標得到切實有效的實施，肯尼亞政府必須建立起合理、適時的政策框架體系以鼓勵、吸引對風電項目的公共投資和私人投資。考慮到肯尼亞風電發展中各利益相關者所面臨的問題和挑戰，肯尼亞政府需要拿出一個集中性的鼓勵風電發展的政策，以應對目標實現中遇到的各類問題。