“三北”地區(qū)是我國(guó)風(fēng)電開發(fā)的傳統(tǒng)重點(diǎn)區(qū)域。但近年來(lái)隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的快速增長(zhǎng)，“三北”地區(qū)出現(xiàn)了消納難、送出難，“棄風(fēng)”限電等問(wèn)題，并愈發(fā)嚴(yán)重。相比之下，南方地區(qū)的風(fēng)電項(xiàng)目通常距離電力負(fù)荷較近，消納能力強(qiáng)，故“棄風(fēng)”限電較少。同時(shí)伴隨著低風(fēng)速風(fēng)電機(jī)組的日趨成熟，南方地區(qū)的低風(fēng)速風(fēng)能資源也逐步具備了開發(fā)價(jià)值。南方地區(qū)已成為風(fēng)電開發(fā)的新興熱點(diǎn)。

北方地區(qū)的風(fēng)電項(xiàng)目多位于平原或丘陵地區(qū)，而南方地區(qū)的風(fēng)電項(xiàng)目多選址在風(fēng)能資源富集的山地地區(qū)，具有以下特性：

(1)場(chǎng)址范圍有限、地形條件復(fù)雜，風(fēng)電機(jī)組的布置方案受多種因素制約影響;

(2)不同位置的風(fēng)速受地形地貌的影響較大、風(fēng)能資源分布不均勻，風(fēng)電機(jī)組的布置方案對(duì)項(xiàng)目發(fā)電量大小具有決定性影響;

(3)項(xiàng)目交通條件差、施工難度大、吊裝成本高、設(shè)備安裝困難，風(fēng)電機(jī)組的布置方案對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案、工程量大小及投資數(shù)額具有重要影響。

因此當(dāng)山地風(fēng)電項(xiàng)目的裝機(jī)容量發(fā)生改變時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的布置方案也隨之發(fā)生改變，導(dǎo)致項(xiàng)目的發(fā)電量及投資數(shù)額發(fā)生變化，并最終影響技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)發(fā)生變化?；谝陨显?，山地風(fēng)電項(xiàng)目的可行性研究應(yīng)當(dāng)對(duì)多種裝機(jī)容量進(jìn)行比選和優(yōu)化，并確定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)的方案。而目前我國(guó)風(fēng)電項(xiàng)目可行性研究尚缺乏此方面內(nèi)容。

針對(duì)以上情況，本文提出了一種山地風(fēng)電項(xiàng)目的裝機(jī)容量?jī)?yōu)化方法，并以湖南某山地風(fēng)電項(xiàng)目為例，嘗試開展裝機(jī)容量的優(yōu)化工作。

方法介紹

山地風(fēng)電項(xiàng)目的裝機(jī)容量裝優(yōu)化方法分為以下六個(gè)步驟：步驟一，計(jì)算項(xiàng)目場(chǎng)址的風(fēng)能資源圖譜。使用風(fēng)能資源評(píng)估軟件載入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)風(fēng)塔的風(fēng)況數(shù)據(jù)、場(chǎng)址的等高線地圖、場(chǎng)址的地表粗糙度分布圖等資料，進(jìn)行外推模擬得到項(xiàng)目場(chǎng)址的風(fēng)能資源圖譜;

步驟二，完成不同裝機(jī)容量情況下的風(fēng)電機(jī)組布置方案。根據(jù)步驟一得到的項(xiàng)目場(chǎng)址的風(fēng)能資源圖譜，按風(fēng)電機(jī)組布置的相關(guān)規(guī)則，在滿足全場(chǎng)發(fā)電量最大化、尾流損失控制在合理范圍內(nèi)的條件下，兼顧施工安裝場(chǎng)地、道路交通等因素，選擇合適的點(diǎn)位布置風(fēng)電機(jī)組;

步驟三，測(cè)算不同裝機(jī)容量情況下的發(fā)電量。采用風(fēng)能資源評(píng)估軟件載入步驟一得到的項(xiàng)目場(chǎng)址的風(fēng)能資源圖譜、步驟二得到的風(fēng)電機(jī)組布置方案，及風(fēng)電機(jī)組的功率曲線和推力曲線，計(jì)算得到項(xiàng)目的理論年發(fā)電量，經(jīng)過(guò)各項(xiàng)折減后得到項(xiàng)目的年上網(wǎng)電量及年利用小時(shí)數(shù);

步驟四，測(cè)算不同裝機(jī)容量情況下的投資數(shù)額。根據(jù)步驟二得到的風(fēng)電機(jī)組的布置方案，完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)圖紙、匡算工程量、編制設(shè)備材料清單，根據(jù)設(shè)計(jì)概算編制規(guī)定、定額和行業(yè)主管部門發(fā)布的計(jì)價(jià)依據(jù)，計(jì)算項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)總投資及單位千瓦動(dòng)態(tài)投資;

步驟五，測(cè)算項(xiàng)目在不同裝機(jī)容量情況下的財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)。以項(xiàng)目裝機(jī)容量、年利用小時(shí)數(shù)和單位千瓦動(dòng)態(tài)投資為基礎(chǔ)，根據(jù)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告確定的投資計(jì)劃與資金籌措、總成本費(fèi)用、發(fā)電效益計(jì)算等邊界條件，計(jì)算項(xiàng)目各年的現(xiàn)金流入量和流出量，測(cè)算項(xiàng)目的主要財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率及凈現(xiàn)值(所得稅前)、資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率及凈現(xiàn)值。

根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》(第三版)(簡(jiǎn)稱《方法與參數(shù)》)的相關(guān)要求，風(fēng)電項(xiàng)目的項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(所得稅前)應(yīng)在5%以上，資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率應(yīng)在8%以上;

步驟六，對(duì)不同裝機(jī)容量進(jìn)行比選，給出最優(yōu)裝機(jī)容量。對(duì)于投資者而言，權(quán)益資本的投資回報(bào)水平是項(xiàng)目決策時(shí)需考慮的最為重要的因素之一。故采用凈現(xiàn)值法對(duì)不同裝機(jī)容量進(jìn)行比選，在無(wú)資金限制時(shí)，采用資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值最高的裝機(jī)容量作為最優(yōu)裝機(jī)容量。

項(xiàng)目介紹

本文所研究的山地風(fēng)電項(xiàng)目案例位于湖南省北部山區(qū)，場(chǎng)址中心地理位置為東經(jīng)113°50′、北緯28°44′，面積大小約30k㎡，海拔高程1000-1500m。場(chǎng)內(nèi)地形條件復(fù)雜、起伏較大;地表植被覆蓋茂密，以灌木和森林為主。

場(chǎng)內(nèi)已設(shè)有三座測(cè)風(fēng)塔，編號(hào)分別為6393#、8093#及8888#，塔體高度分別為70m、50m和80m，海拔高程分別為1465m、1586m和1326m，目前均已測(cè)風(fēng)滿一年。風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)址范圍及測(cè)風(fēng)塔位置如圖1所示。

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源評(píng)估結(jié)果，6393#、8093#及8888#測(cè)風(fēng)塔代表年平均風(fēng)速分別為6.7m/s(70m高度)、

7.1m/s(50m高度)和5.7m/s(80m高度)。三座測(cè)風(fēng)塔的風(fēng)速差異較大，海拔較高的塔風(fēng)速較大，海拔較低的塔風(fēng)速較小，體現(xiàn)了山地風(fēng)電項(xiàng)目的風(fēng)能資源分布呈現(xiàn)不均勻性。

根據(jù)可行性研究報(bào)告(簡(jiǎn)稱“可研報(bào)告”)，場(chǎng)址規(guī)劃安裝28臺(tái)單機(jī)容量為2.0MW的風(fēng)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為56MW。風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能資源分布及風(fēng)電機(jī)組布置圖如圖2所示。風(fēng)電機(jī)組的布置方案集中在場(chǎng)址內(nèi)風(fēng)能資源相對(duì)豐富的區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)發(fā)電量最大化;同時(shí)機(jī)組之間保持了一定的距離，以使尾流損失控制在合理范圍。

可研報(bào)告經(jīng)風(fēng)電機(jī)組選型章節(jié)評(píng)估，最終推薦上海電氣風(fēng)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的w105-2.0MW型低風(fēng)速風(fēng)電機(jī)組。經(jīng)風(fēng)能資源評(píng)估軟件計(jì)算，項(xiàng)目的理論年發(fā)電量為15376kWh，綜合折減系數(shù)為0.70，年上網(wǎng)電量為10763kWh，年利用小時(shí)數(shù)為1922h。

可研報(bào)告工程概算章節(jié)顯示，項(xiàng)目的靜態(tài)總投資45331萬(wàn)元，動(dòng)態(tài)總投資46678萬(wàn)元，折合單位千瓦動(dòng)態(tài)投資8335元/kW。項(xiàng)目所在地湖南省位于IV類資源區(qū)，風(fēng)電項(xiàng)目的標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)按0.61元/kWh。項(xiàng)目資本金比例按總投資的20%計(jì)，剩余資金采用銀行貸款，貸款利率6.55%。在確定投資計(jì)劃與資金籌措、總成本費(fèi)用、發(fā)電效益等各項(xiàng)邊界條件后，測(cè)算出主要財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，如表1所示。項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(所得稅前)在5%以上，資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率在8%以上，均達(dá)到《方法與參數(shù)》的相關(guān)要求。

結(jié)果分析

項(xiàng)目裝機(jī)容量的變化范圍主要關(guān)注30MW-78MW區(qū)間。當(dāng)裝機(jī)容量小于30MW(即15臺(tái)2MW風(fēng)電機(jī)組)時(shí)，場(chǎng)內(nèi)安裝的風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)過(guò)少，風(fēng)能資源未得到充分利用，且經(jīng)濟(jì)性較差，故不予考慮;當(dāng)裝機(jī)容量大于78MW(即39臺(tái)2MW風(fēng)電機(jī)組)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)過(guò)多，布置方案超出了既定的規(guī)劃范圍，故也需剔除。

圖3為在不同裝機(jī)容量下的年利用小時(shí)數(shù)與單位千瓦動(dòng)態(tài)投資。

(1)隨著裝機(jī)容量增加，年利用小時(shí)數(shù)逐步降低。主要原因在于：裝機(jī)容量較小時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的布置集中在場(chǎng)內(nèi)風(fēng)能資源最為豐富的位置，故機(jī)組發(fā)電量較高。同時(shí)機(jī)組的臺(tái)數(shù)少、間距大，機(jī)組之間的尾流影響較小，造成的發(fā)電量損失較少。因而年利用小時(shí)數(shù)較高;而裝機(jī)容量較大時(shí)，風(fēng)電機(jī)組布置逐步采用風(fēng)能資源欠豐富的位置，機(jī)組發(fā)電量開始降低。另一方面機(jī)組的臺(tái)數(shù)多，間距小，機(jī)組之間的尾流影響較大，造成發(fā)電量損失較多。故年利用小時(shí)數(shù)較低。

(2)隨著裝機(jī)容量增加，單位千瓦動(dòng)態(tài)投資逐步減少。主要原因在于項(xiàng)目具備規(guī)模效應(yīng)，總投資中存在一定比例的固定投入，如進(jìn)場(chǎng)道路、升壓站等，隨著項(xiàng)目裝機(jī)容量的增加，固定投入均攤到單位千瓦逐步降低，千瓦動(dòng)態(tài)投資也逐步減少。表1項(xiàng)目的主要財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)序號(hào)指標(biāo)數(shù)值1裝機(jī)容量(MW)562年利用小時(shí)數(shù)(h)19223單位千瓦動(dòng)態(tài)投資(元/kW)83354項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(所得稅前)(%)8.715項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值(所得稅前)(萬(wàn)元)(基準(zhǔn)折現(xiàn)率=5%)193396資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(%)12.897資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值(萬(wàn)元)(基準(zhǔn)折現(xiàn)率=8%)4916圖3不同裝機(jī)容量下的年利用小時(shí)數(shù)及單位千瓦動(dòng)態(tài)投資

以項(xiàng)目裝機(jī)容量、年利用小時(shí)數(shù)和單位千瓦動(dòng)態(tài)投資等數(shù)值為基礎(chǔ)，根據(jù)可研報(bào)告確定其它各項(xiàng)邊界條件后，測(cè)算出項(xiàng)目的主要財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖4為不同裝機(jī)容量下的項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率及凈現(xiàn)值(所得稅前)，其中基準(zhǔn)折現(xiàn)率取5%。

(1)裝機(jī)容量在30MW-78MW區(qū)間時(shí)，項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(所得稅前)均大于5%，該項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到《方法與參數(shù)》的相關(guān)要求。

(2)隨著裝機(jī)容量增加，項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(所得稅前)先升高后降低。裝機(jī)容量為46MW時(shí)，項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(所得稅前)達(dá)到最高，為10.27%。

(3)隨著裝機(jī)容量增加，項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值(所得稅前)逐步增加。在裝機(jī)容量為78MW時(shí)，項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值(所得稅前)達(dá)到最大，為22098萬(wàn)元。

圖5給出了不同裝機(jī)容量下的資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率及凈現(xiàn)值，其中基準(zhǔn)折現(xiàn)率取8%。

(1)裝機(jī)容量在30MW-78MW區(qū)間時(shí)，資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率均大于8%，該項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到《方法與參數(shù)》的相關(guān)要求。

(2)隨著裝機(jī)容量增加，資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率先升高后降低。在裝機(jī)容量為46MW時(shí)，資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率達(dá)到最高，為13.61%。

(3)隨著裝機(jī)容量增加，資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值先升高后降低。當(dāng)裝機(jī)容量在50MW-68MW區(qū)間，資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值較為平穩(wěn)，波動(dòng)不大;在裝機(jī)容量為66MW時(shí)，資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值達(dá)到最大，為5069萬(wàn)元。

最后對(duì)不同裝機(jī)容量進(jìn)行比選，給出最優(yōu)裝機(jī)容量。本文采用凈現(xiàn)值法對(duì)不同裝機(jī)容量比選。在無(wú)資金限制時(shí)，采用資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值最高的裝機(jī)容量作為最優(yōu)裝機(jī)容量。

資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值一方面與項(xiàng)目各年的現(xiàn)金流量水平相關(guān)，另一方面也和資本金的基準(zhǔn)折現(xiàn)率有關(guān)。投資者可以在國(guó)家行政主管部門統(tǒng)一發(fā)布的行業(yè)基準(zhǔn)收益率確定的資本金基準(zhǔn)折現(xiàn)率(風(fēng)電項(xiàng)目為8%)的基礎(chǔ)上，也可根據(jù)自身發(fā)展戰(zhàn)略、經(jīng)營(yíng)策略、項(xiàng)目目標(biāo)、投資收益的期望、機(jī)會(huì)成本等因素，確定具體的資本金基準(zhǔn)折現(xiàn)率。目前國(guó)內(nèi)各大風(fēng)電投資商對(duì)資本金基準(zhǔn)折現(xiàn)率的取值一般在8%-12%的區(qū)間。

圖6給出了不同裝機(jī)容量下的資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值情況(資本金基準(zhǔn)折現(xiàn)率從8%-12%)。

(1)隨著資本金基準(zhǔn)折現(xiàn)率逐步提高，資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值逐步減少。資本金基準(zhǔn)折現(xiàn)率在8%-10%的情況下，資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值均為正值;資本金基準(zhǔn)折現(xiàn)率在11%的情況下，裝機(jī)容量為78MW時(shí)，資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值為負(fù)值;而資本金基準(zhǔn)折現(xiàn)率為12%的情況下，裝機(jī)容量在70MW及以上時(shí)，資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值均為負(fù)值。資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值為負(fù)值的情況表明項(xiàng)目投資收益水平未達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)是不可行的，應(yīng)予以剔除。

(2)隨著資本金基準(zhǔn)折現(xiàn)率逐步提高，最優(yōu)裝機(jī)容量(資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值最大)逐步減小?；鶞?zhǔn)折現(xiàn)率從8%-12%時(shí)，最優(yōu)裝機(jī)容量分別為66MW、50MW、50MW、46MW、46MW。

投資者可根據(jù)自身確定的資本金基準(zhǔn)折現(xiàn)率分別選取最優(yōu)裝機(jī)容量，評(píng)估各項(xiàng)財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，為項(xiàng)目投資決策提供科學(xué)依據(jù)，也可據(jù)此對(duì)可研報(bào)告的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和完善。

結(jié)論

本文提出了一種山地風(fēng)電項(xiàng)目的裝機(jī)容量?jī)?yōu)化方法，并以湖南某山地風(fēng)電項(xiàng)目為例，開展了裝機(jī)容量的優(yōu)化工作?？裳袌?bào)告原定的裝機(jī)容量為56MW，經(jīng)過(guò)比選和優(yōu)化后，根據(jù)資本金基準(zhǔn)折現(xiàn)率從8%-12%的不同，最優(yōu)裝機(jī)容量分別確定為66MW、50MW、50MW、46MW和46MW。

綜上所述，本文提出的山地風(fēng)電項(xiàng)目的裝機(jī)容量?jī)?yōu)化方法是可行的。該方法彌補(bǔ)了目前風(fēng)電項(xiàng)目的可行性研究工作中相關(guān)空白，對(duì)于科學(xué)利用風(fēng)能資源、提高項(xiàng)目投資收益具有重要意義，同時(shí)具備較高的推廣價(jià)值。