山地风电工程技术及经济性评价

　　1 项目背景

　　通道风电场项目位于湖南省怀化市通道侗族自治县，建设规模100MW（分两期建设），安装40台2.5MW风力发电机组，新建一座110kV升压站，送出工程通过1回110kV线路“T”接至独峰变电站至飞山变电站110kV架空线路上，线路长度约21km，塔基63基。一期工程平均风速为5.8m/s，年均利用小时数为2207h，上网电价0.6元/kW·h，年发电量11037万kW·h，执行概算40402.87万元，单位执行概算8080.57元/kW。

　　2 风电技术

　　2.1 风资源

　　风资源是空气流动的结果，风能资源主要包括大气的流动，季风和局地环流也是风资源的一种形式。当地球绕着太阳自转和公转时，地球与太阳之间的距离和方位在不断变化，地球上各地方太阳辐射的强度也在不断变化，从而形成了温度差，不同地方气压就会不同，进而产生气体的流动，形成风资源。通道风电场风功率密度为203.4W/m2，等级为1级；各代表测风塔风向和风能均主要集中在N~NNE和SSE~SSW扇区，主风向为N向，相应风向占比在28.03%~39.98%，风能占比在31.99%~56.93%；湍流强度为中等湍流强度。标准空气密度下，通道风电场工程50年一遇最大风速为24.7m/s，90m高年平均风速5.8m/s。

　　2.2 风资源测量

　　当地气象部门设立的气象站所提供的统计数据只是代表当地区域内风能资源的一般情况，不能作为风力发电场选址的风资源数据，风力发电场一般在风场选址时根据当地地形地貌新建测风塔1~3座，至少收集一个完整年内不间断的测风数据资料。通道风电场场址所在区域设有3座测风塔，分别为风电场东部的5515#测风塔、风电场西部的3692#测风塔和风电场南部的3796#测风塔，测风塔各层测风设备均采用NRG测风仪，收集了近3年的完整气象资料。

　　2.3 风电场场址的选择

　　目前国内宏观选址技术相对滞后，但宏观选址对风电项目的收益至关重要，有必要采取新的技术措施优化本阶段工作。建立数字化模型，量化分析资源分布、标杆上网电价、送出和消纳条件、工程造价、资金成本、敏感因素以及风险水平等关键参数，提前测算LOCE并分析优化空间。采用激光雷达、无人机等先进观测技术进行短期观测，进一步提高宏观选址阶段的资源评估效果。

　　通道风电场场区为低中山区地形地貌，地形起伏差较大，山脚地面高程350~650m，山顶高程752~1116m。风机位主要布置于北东向、近东西向的条形山脊顶或山包上，山体宽阔、浑厚，适宜建设风电场。

　　2.4 风电场建设

　　通过公开招标选择优秀的承包商开展风电场的设计、监理、设备供应、施工等建设管理活动，在建设初期要开展施工图的审查工作，主要核查各专业的衔接性，避免土建与电气施工图不匹配，减少因设计深度不够造成的损失，杜绝因设计原因造成返工。施工单位资质要符合要求，严禁非法转包或层层分包，施工单位的安全、质量管理体系健全且流程顺畅，严格执行三级质量检查验收制度，杜绝未经验收或验收不合格转下道工序施工的情况。设备、材料进场后由监理工程师组织，各参建单位的物资管理人员参加，首先检查设备材料包装物是否完好、外观质量是否良好、附件是否齐全；其次开箱验收，主要检查设备、材料的材质证明、产品合格证等质量证明文件及产品说明书、使用（安装）手册等是否齐全以及是否符合设计要求；同时填写“开箱验收单”，建立设备材料台帐。因风电场建设危险源较多，在施工过程中加强现场安全管理尤为重要，严格的安全管理工作可以减少或避免安全事故，也是降低工程造价不可缺少的一部分。

　　3 风电场的经济性能

　　（1）风电场的设备投资中风机设备费占比最高（约81%），其次是塔筒（架）费（约占12%），最后机组变电站设备、升压站设备、控制保护设备、其他设备费用（约占7%）。

　　（2）风电场的安装工程投资中集电线路工程费用占比最高（约占55%），其次是塔筒（架）、风机安装费（约占29%），再次是机组变电站设备、升压站设备、控制保护设备、其他设备安装的费用（约占16%）。

　　（3）风电场的建筑工程投资中，风机基础工程费占比最高（约占60%），其次是道路交通工程费（约占25%），再次是机组变电站基础工程、升压站基础工程、控制保护设备、房屋建筑及其他工程、集电线路工程的费用（约占15%）。

　　（4）风电场其他费用中，项目建设用地费用占比最高（约占50%），其次是项目建设管理费用（约占30%），再次是生产准备、勘察设计和其他费用（约占20%）。

　　综上分析，风电场风机、塔筒设备安装、风机基础、集电线路、道路工程、工程建设用地及工程管理费用是新能源工程投资的控制主体。

　　风电场的经济性能评估要从风电场的成本方面研究，降低风电场的成本可以大大增加收益。风电场的成本包含多个方面，如建设成本、运行成本、建设期利息及财务费用的支出等。影响风电场的经济因素主要有风资源情况、风机特性情况、建设期的长短、工程建设质量、运营维护情况、上网电价等。一般把风电成本分为基础建设期、生产运行期两个阶段进行分析，在基础建设期需要研究风电场建设的总投资，风电项目建设总投资主要由建设投资、建设期利息两部分组成，建设投资可分为工程费用和工程建设其他费用、预备费；生产运行期的投资主要包括经营成本（含维修费用、工资福利费、保险费用、材料费、管理费）、折旧费用、摊销费和利息支出等。

　　风电场经济性研究的主要指标有：单位千瓦造价、单位千瓦时投资成本、财务内部收益率、投资回收期、投资利润率、财务净现值、投资利税率、资本利润率和资产负债率等经济指标，并对这些指标进行计算、对比、分析、评价。

　　单位千瓦造价和度电成本是风电场经济性评价两个主要指标。风电场风机每发1kW·h电的投资成本就是风电场的单位千瓦造价，风电场的单位千瓦造价=总投资/总装机容量（元/kW），总投资主要指固定资产投资，包括设备及工器具购置费、建安工程费、建设管理费、土地征用费、前期费用等，总装机容量就是指风电场的建设规模，等于单机容量乘总台数。风电场每生产出1kW·h电量所需要的投资费用是度电成本，度电成本单位为元/（kW·h），是指在寿命期内所发生的总成本（建设成本+运营成本），包含前期成本、设备成本、建设成本、人员成本、维护成本、材料成本等与生命周期总发电量的比值，计算公式如下：

　　LCOE=（初期投资-生命周期内因折旧导致的税费减免的现值+生命周期内因运营导致的成本的现值-固定资产残值的现值）/（生命周期内发电量的现值）

　　从计算公式上可以看出，度电成本受时间、折旧与税收、资产残值的影响较大，因此在计算过程中应当认真分析。

　　4 风电经济性的影响因素

　　风电场的生产出的产品就是电量，发电量就是风力发电经济性能最主要的影响因素之一，发电量直接影响风电场的经济性能高低，如何提高发电量是研究风电场经济效益的手段，对此需从影响发电量的主要因素上下功夫。影响发电量的主要因素有：风资源、风机选型、风机布置、运营水平、限电情况、投资情况、融资成本、运行成本及当地税收政策等。

　　风电项目固定资产投资中最大的部分是风机，风机的关键是主机的选型，通过对风机选型的多方案比较，得到设备选型与项目规模的最佳配合，并采用最优的组合方案，实现对风电设备投资的控制、风电设备的可利用率等主要经济理想指标。为达到发电机工作效益最优化，风机选型主要按照变浆距风力发电机的最大功率捕获原理进行评价，从风速切入到额定风速这一过程通过变浆技术来实现，从现场实际风速统计分析可知，这一工况下是发电机运行最多、出力最多的时段，即最优风能捕获是从风速切入时到发电机达到额定功率时。

　　通过综合分析可知，通道风电场年上网电量为11037万kW·h；等效满负荷利用2207h；上网电价0.6元/（kW·h），资本金内部收益率24.08%；度电成本0.311元/（kW·h），度电利润0.234元/（kW·h）；工程动态投资44311万元，单位千瓦静态投资8693元/kW。通过优化设计将原可研风机25台2000kW优化为20台2500kW的风机，大大节约了建设投资，优化后执行概算40402.87万元，单位执行概算8080.57元/kW。节约投资约3908万元。

　　5 结语

　　综上所述，通过风电场的技术优化，风电项目在经济性方面还有很大的提升空间。风力发电作为可再生、无污染的清洁能源，有很好的经济性及应用价值，风力发电也成为目前最受关注的发电项目之一。随着风电平价上网时代的到来，为实现预期的经济效益，风电项目的建设更应重视技术经济分析和评价。