風電項目可研階段發(fā)電量估算準確性的影響因素分析及對策

文 | 韓寶云，羅芳

風電項目可研階段發(fā)電量估算準確性的影響因素分析及對策

文 | 韓寶云，羅芳

攝影：呂光華

根據(jù)中國風能協(xié)會的統(tǒng)計，截至2013年年底，我國風電累計裝機容量突破9000萬千瓦。2013年，全國風電上網(wǎng)電量1371億千瓦時，風電在電力系統(tǒng)中的比重穩(wěn)步上升，風電的經(jīng)濟和社會效益更加顯著。但是，經(jīng)過幾年的開發(fā)，我國開發(fā)難度較小、風能資源豐富、接入條件好的區(qū)域已經(jīng)開發(fā)建設完成，未來的風電場開發(fā)區(qū)域多處在風能資源次豐富區(qū)或地形復雜、建設難度較大的地區(qū)。

風電場建設初期，需要論證分析風電場建設的可行性。風電場發(fā)電量作為分析風電場建設可行性最重要的內(nèi)容之一，是風能規(guī)劃制訂、風電場選址、電網(wǎng)建設規(guī)劃、風能資源開發(fā)和管理的重要基礎，也是整個風電場建設、運行的重要環(huán)節(jié)，在一定程度上反映了風電場建設項目的效益水平和風險程度，影響和決定著風電場的投資決策。影響風電場可行性研究階段發(fā)電量估算準確性的因素較多，需根據(jù)項目實際情況進行分析研究，避免不必要的誤差，盡量使風電場發(fā)電量預測結果更加精準，為項目決策提供科學可靠依據(jù)。

影響風電場可行性研究階段發(fā)電量估算準確性的因素

根據(jù)《風電場工程可行性研究報告編制辦法》，風電機組選型和發(fā)電量估算是風電場可行性研究報告中重要的章節(jié)，也關系到項目的財務評估和經(jīng)濟性分析。風電場發(fā)電量的計算主要借助于國內(nèi)、外風能資源分析及評估軟件，影響可行性研究報告階段風電場發(fā)電量計算的主要因素有：

一、風能資源數(shù)據(jù)的代表性

根據(jù)《風電場風能資源測量方法》（GBT 1870－2002），風電場建設前期一般都需建設若干座測風塔，進行風電場規(guī)劃區(qū)域內(nèi)風能資源數(shù)據(jù)的采集，經(jīng)過至少一個完整年度的測量后，利用測量數(shù)據(jù)進行運行期年平均發(fā)電量的計算。造成測量到的風能資源數(shù)據(jù)不具有代表性的原因主要是：

（1）測風塔位置選擇不具有代表性，位置偏高或者偏低，或者在復雜區(qū)域建設的測風塔太少，使測風數(shù)據(jù)不能代表整個區(qū)域的風能資源狀況；

（2）測風年度處于“大風年”或者“小風年”，雖然一般測風數(shù)據(jù)會和當?shù)貧庀笳镜臍庀髷?shù)據(jù)進行對比分析，但是一般氣象站距離城鎮(zhèn)較近，距離風電場較遠，而且風速一般較小，此種對比分析只能說明宏觀上的趨勢，無法驗證數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，從而造成測風數(shù)據(jù)偏大或者偏?。?/p>

（3）由于使用測量設備質(zhì)量不穩(wěn)定、精度差，或者使用沒有經(jīng)過校驗的測風設備，造成測量數(shù)據(jù)和實際值有較大誤差，測風數(shù)據(jù)不具代表性；

（4） 由于測風設備故障，測風數(shù)據(jù)完整性較差，測風數(shù)據(jù)不具代表性。

由于風電場運行期一般為20年，如果風電場風能資源數(shù)據(jù)不具有代表性，偏大或者偏小，會造成風電場計算發(fā)電量偏高和偏低，增加了風電項目投資風險，導致風電項目決策失誤。

二、計算軟件的適應性

目前用于風電項目發(fā)電量計算的軟件主要有：Wasp、Windfarm、WindPRO、Windsim、Meteodyn_WT和WEPAS等。

基于線性模型的Wasp只適合地形起伏較小的區(qū)域；Windfarm與WindPRO則以Wasp為計算引擎，只適合平坦地形；Windsim盡管適應復雜地形，但是對物理現(xiàn)象的描述存在缺陷，如尾流及風廓線形狀的確定等；基于CFD建立的Meteodyn_WT軟件能在Windsim的基礎上解決大氣邊界層問題，能盡量減少復雜地形條件下評估的不確定性，通過求解全部的Navier－Stocks方程，得到整個場區(qū)的風流情況。

各種計算軟件都具有一定的適應性，如果不根據(jù)風電場的實際情況選擇計算軟件，會造成較大的計算誤差。特別是在地形復雜的風電場，利用線性風資源分析評估軟件和基于CFD建立的軟件進行計算，發(fā)電量誤差高達20%以上，往往會給風電項目的決策提供錯誤的依據(jù)。

三、地形圖的精度

風電場區(qū)域的地形圖是風電場發(fā)電量計算的必要條件，地形圖的精度就是地形圖的精確度，即地形圖的誤差大小，是衡量地形圖質(zhì)量的重要標志之一。由于地形圖包含了該區(qū)域高程、地面粗糙度等重要信息，如果其精度較差，必然造成較大的計算誤差。在風電項目可研階段，特別是初可研階段，業(yè)主一般都不會委托專業(yè)地勘公司進行高精度地形圖的繪制，而是利用GoogleEarth、GlobeMap等軟件下載制作風電場區(qū)域地形圖。對于地形平坦、地面粗糙度一致性好、地形不復雜的區(qū)域計算誤差較小，而對于地面附著物較多、海撥高差大、地形復雜的區(qū)域計算誤差就會較大。

四、風電機組額定功率曲線的準確性

風電機組的功率曲線確定了機組的功率特性和運行特點,可以用來進行機組年發(fā)電量和發(fā)電效率的評估。功率曲線確定了機組的主要運行參數(shù)：切入風速、切出風速、額定功率和額定風速，額定風速太高，機組將很少達到額定功率，傳動系統(tǒng)和發(fā)電機的成本將偏高，提高了發(fā)電成本；額定風速過低，風輪及其相關部件的成本相對發(fā)電量也會顯得過高。

風電項目可行性研究階段發(fā)電量的計算均利用風電機組的額定功率曲線計算。風電機組額定功率曲線數(shù)據(jù)的準確性決定了發(fā)電量計算的準確性。目前國外風電機組的功率曲線數(shù)據(jù)較為保守，計算發(fā)電量與實際發(fā)電量較為接近。國產(chǎn)風電機組往往為了在可研階段具有競爭性，其計算發(fā)電量比實際發(fā)電量要大。

五、計算時折減系數(shù)的選擇

根據(jù)風電場現(xiàn)場實際測風數(shù)據(jù)，利用風能資源分析評估軟件計算的是風電場各機組理想狀態(tài)下的發(fā)電量，也叫風電場理論發(fā)電量。風電場上網(wǎng)電量還需扣除影響風電場實際出力的各個因素造成的電量減少數(shù)值，這些減少的電量稱為風電場發(fā)電量折減。折減因素包括但不限于以下因素：

（1）空氣密度的修正：軟件會根據(jù)當?shù)氐目諝饷芏群筒煌嗇灨叨茸詣有拚β是€。

（2）風電機組利用率：根據(jù)目前不同風電機組的制造水平和本風電場的實際條件，進行機組可利用率修正。

（3）風電機組功率曲線保證率：因風電機組廠家功率曲線的準確性引起的誤差修正。

（4）控制與湍流影響折減：當風向發(fā)生轉(zhuǎn)變時，風電機組的葉片與機艙也逐漸要隨著轉(zhuǎn)變，但實際運行中的風電機組控制總是落后于風的變化，因此在計算電量時要考慮此項折減。

（5）葉片污染折減：葉片表層污染使葉片表面粗糙度提高，翼型的氣動特性下降。

（6）氣候影響停機：因考慮氣候原因造成的機組停機而進行的折減。

（7）場用電、線損及電網(wǎng)波動等能量損耗：風電場自用電和輸電線路、箱式變電站損耗和電網(wǎng)波動引起的電量損失。

（8）電網(wǎng)保障性收購折減：因電網(wǎng)原因造成的電量損失折減。

（9）其他因素影響：因風電場運行中遇到一些其他的影響因素造成的電量損失折減。

由于我國各地區(qū)自然條件差異較大，以上折減系數(shù)一般都需要根據(jù)風電場實際情況適當調(diào)整。目前國內(nèi)風電項目折減系數(shù)范圍大致在20%－45%之間，如此大的范圍，一旦風電項目折減系數(shù)選擇不當，則會造成風電場發(fā)電量計算結果準確性較差。

提高風電場可研階段發(fā)電量估算準確性的對策

針對以上影響風電場可行性研究階段發(fā)電量估算準確性的主要因素，可以采取下列措施提高風電項目發(fā)電量估算的準確性，為風電項目的決策提供可靠依據(jù)。

一、使用具有代表性的測風數(shù)據(jù)

在風電場風能資源測量階段，保證測量風能資源數(shù)據(jù)具備代表性的主要措施有：

（1）委托專業(yè)人員選擇測風塔的建設位置，不將測風塔建設在區(qū)域最高位置或者最低位置，并避免周圍建筑物的影響；在復雜區(qū)域建設多個測風塔，計算時進行多塔綜合計算，避免測風誤差太大；

（2）通過和當?shù)貧庀笳镜耐跉庀髷?shù)據(jù)進行對比分析，或者對比本區(qū)域其他測風塔的數(shù)據(jù)，判斷工程代表年是否處于“大風年”或者“小風年”。如果是“大風年”，計算后增加折減系數(shù)；如果是“小風年”，則減少發(fā)電量折減系數(shù)；

（3）使用質(zhì)量穩(wěn)定、精度好，并經(jīng)過校驗的測風設備，原始測風數(shù)據(jù)導出時應按照校驗證書進行數(shù)據(jù)校驗，避免測量數(shù)據(jù)和實際值有較大誤差；

（4）及時維護測風設備，保證測風數(shù)據(jù)完整性。測風數(shù)據(jù)完整性達不到規(guī)范要求的完整性時，應利用氣象站數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)訂正。

二、根據(jù)風電場地形，選擇合適的計算軟件

根據(jù)風電場的實際地形情況選擇合適的計算軟件，特別是在地形復雜的風電場，避免使用線性風能資源分析評估軟件，而應該使用基于CFD建立的風能資源分析評估軟件進行計算，如果條件許可，可利用2種以上的軟件進行計算，并對計算結果進行對比分析，避免較大的發(fā)電量計算誤差。

三、使用精度高的地形圖

鑒于地形圖在風電場發(fā)電量計算中的重要性，為了避免造成較大的計算誤差，建議使用由專業(yè)地勘公司繪制的1∶5000或者1∶2000高精度地形圖，特別是進行地形復雜或者處在林區(qū)附近的風電場發(fā)電量計算時，要到風電場區(qū)域?qū)嵉乜疾?，根?jù)考察情況分區(qū)域合理設定地面粗糙度。

四、使用修正過的風電機組功率曲線

利用風電機組廠商提供的當?shù)乜諝饷芏葪l件下的功率曲線或者已經(jīng)實際運行數(shù)據(jù)修正過的風電機組實際功率曲線進行計算，減少因風電機組的功率曲線精度較差造成的發(fā)電量計算誤差。

五、選擇適當?shù)陌l(fā)電量折減系數(shù)

根據(jù)風電項目當?shù)氐臍庀髼l件、電網(wǎng)運行狀況、負荷限制等實際情況，客觀、合理地設置各因素發(fā)電量折減系數(shù)，避免為了使項目可行人為地減少折減系數(shù)或者為滿足項目CDM申請的需要增大折減系數(shù)，造成風電場發(fā)電量計算結果不客觀。

結語

通過分析影響風電項目可行性研究階段發(fā)電量估算準確性的各種因素，提出了相應的解決措施，提高了風電項目發(fā)電量計算的準確性，減小了項目投資風險，為項目決策提供科學可靠依據(jù)。

（作者單位：寧夏新能源研究院（有限公司））