“平價(jià)時(shí)代”下風(fēng)電項(xiàng)目發(fā)電量折減問題的研究

余文博

（上海勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200335）

0 引言

隨著我國風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)及風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，風(fēng)電裝備、設(shè)計(jì)施工等風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈明顯進(jìn)步，相關(guān)的開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)也在該基礎(chǔ)上得到了較好的控制；發(fā)電量評估方面，由于風(fēng)能有一定的隨機(jī)性及波動(dòng)性，并明顯受局部地形、環(huán)境影響，精準(zhǔn)化評估難度大，因此，風(fēng)能資源條件分析與發(fā)電量評估技術(shù)受到行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注，發(fā)電量估算中折減的處理方法尤為關(guān)鍵。該文擬根據(jù)全國多個(gè)已投入運(yùn)行風(fēng)電場的實(shí)際上網(wǎng)電量數(shù)據(jù)，結(jié)合風(fēng)電場的理論發(fā)電量，計(jì)算出實(shí)際折減數(shù)據(jù)，通過與項(xiàng)目微觀選址階段的量化對比分析，總結(jié)出一些規(guī)律。

1 發(fā)電量計(jì)算

年上網(wǎng)電量的準(zhǔn)確評估是風(fēng)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的重要任務(wù)之一，年上網(wǎng)電量的大小與項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)有緊密的聯(lián)系，從而影響著風(fēng)電項(xiàng)目的投資決策。在發(fā)電量評估過程中，通常需要以風(fēng)電場現(xiàn)場內(nèi)測風(fēng)塔實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并結(jié)合臨近的氣象站、中尺度數(shù)據(jù)等手段，計(jì)算出各風(fēng)電機(jī)組的理論發(fā)電量；隨后對理論發(fā)電量進(jìn)行折減，計(jì)算出風(fēng)電場的實(shí)際可售電力，即風(fēng)電場的年上網(wǎng)電量。目前，國內(nèi)普遍采用折減計(jì)算方法為綜合折減法，綜合折減法的計(jì)算公式如下：

式中：AEP為年上網(wǎng)電量；AEP為年理論發(fā)電量；L為第個(gè)折減因子的折減系數(shù)；L即為綜合折減系數(shù)。

綜合折減法中的折減因子包括但不限于風(fēng)電機(jī)組功率曲線保證值、風(fēng)電機(jī)組可利用率、風(fēng)機(jī)尾流影響、空氣密度、極端氣候條件、控制和湍流、場用電、線路損耗等。發(fā)電量折減是對風(fēng)電場實(shí)際出力的因素逐個(gè)進(jìn)行分析，得出各因素引起的發(fā)電量減少的數(shù)值。

2 折減系數(shù)現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)方法

2009 年6 月2 日，國家發(fā)展改革委氣候司發(fā)布《關(guān)于對中國風(fēng)電發(fā)電量折減問題的說明》（以下簡稱《說明》），《說明》中將折減按類別分成了11 項(xiàng)，并提出國內(nèi)風(fēng)電項(xiàng)目系數(shù)大致在20%～45%。根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)設(shè)計(jì)單位和第三方評估機(jī)構(gòu)在對折減因素的分類上略有差異，但綜合折減系數(shù)普遍在65%～80%，大多在70%左右。

目前，風(fēng)電行業(yè)普遍采用的發(fā)電量折減因素見表1。

表1 發(fā)電量折減的各項(xiàng)因素

海上風(fēng)電場的折減系數(shù)選取承襲了上述體系?！逗Ｉ巷L(fēng)力發(fā)電場設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GBT 51308-2019 中根據(jù)國內(nèi)已建海上風(fēng)電場運(yùn)維資料，建議取值如下：1）風(fēng)電機(jī)組功率曲線采用現(xiàn)場空氣密度下的動(dòng)態(tài)功率曲線，折減系數(shù)可取0.95；2）風(fēng)電機(jī)組可利用率根據(jù)所選風(fēng)電機(jī)組技術(shù)狀況和實(shí)際運(yùn)行業(yè)績，折減系數(shù)可取0.93～0.98；3）電力損耗通過計(jì)算場內(nèi)集電海底電纜、變壓器的損耗以及自用電量確定；4）測風(fēng)數(shù)據(jù)處理已計(jì)入冰凍影響的，冰凍折減系數(shù)可取為1.0，未計(jì)入冰凍影響的，可取為0.95～0.98；5）偏航控制和湍流折減系數(shù)可取0.95～0.98；6）運(yùn)行維護(hù)不可達(dá)折減系數(shù)根據(jù)離岸距離、大風(fēng)、大潮等影響因素決定，可取0.93～0.98；7）特殊氣候折減系數(shù)根據(jù)臺風(fēng)、鹽霧、雷暴等影響因素決定，可取0.97～0.98；8）葉片污染折減系數(shù)可取0.98～0.99；9）上述未計(jì)入的其他折減系數(shù)，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行綜合折減。

2.2 國外設(shè)計(jì)單位的方法

國外設(shè)計(jì)單位通常將發(fā)電量影響因素分為“折減”和“不確定性”2 類。其中，“折減”與國內(nèi)定義接近，而不確定性因素則影響凈發(fā)電量的概率分布。以國外某設(shè)計(jì)單位為例，其考慮的折減因素包括尾流影響、風(fēng)電機(jī)組可利用率、電氣效率、風(fēng)電機(jī)組性能、環(huán)境因素等，其分類方法與國內(nèi)較為接近，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)電場凈發(fā)電量通常為理論發(fā)電量的80%左右。而不確定性因素則包括風(fēng)資源數(shù)據(jù)測量精度、測風(fēng)數(shù)據(jù)的長年代表性、風(fēng)能的長期一致性、軟件的尾流計(jì)算精度、折減系數(shù)估算精度等。Matthew A. Lackner 等對不確定因素進(jìn)行了細(xì)致討論，認(rèn)為不確定性可分為風(fēng)能資源不確定性和發(fā)電量估算不確定性2 類，主要不確定因素分類見表2。

表2 主要不確定因素分類表

2.3 機(jī)遇和挑戰(zhàn)

2020 年，是我國風(fēng)電行業(yè)獲得爆發(fā)性增長的一年。2020年，全國風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機(jī)7167 萬kW，其中陸上風(fēng)電新增裝機(jī)6861 萬kW、海上風(fēng)電新增裝機(jī)306 萬kW。到2020 年底，全國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)2.81 億kW，其中陸上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)2.71億kW、海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)約900 萬kW。隨著風(fēng)電“全面平價(jià)時(shí)代”到來的是“雙碳目標(biāo)”的全面確立，以五大發(fā)電集團(tuán)為代表的主要發(fā)電企業(yè)紛紛提出了碳達(dá)峰時(shí)間表及主要清潔能源裝機(jī)規(guī)模目標(biāo)，新能源資源獲取競爭呈現(xiàn)白熱化狀態(tài)。而我國風(fēng)電已高速發(fā)展10 余年，資源和建設(shè)條件較好的項(xiàng)目，已得到一定程度的開發(fā)?！笆濉苯Y(jié)余和日后新增的項(xiàng)目在央企、國企的投資管理制度下，在考慮一定收益率的基礎(chǔ)上，對發(fā)電量提出了更高的要求。

采用國內(nèi)固定折減的方法計(jì)算發(fā)電量時(shí)，為降低投資決策失誤的風(fēng)險(xiǎn)，對存在較大不確定性因素的項(xiàng)目，若提高折減系數(shù)則評價(jià)結(jié)果過于保守，正常對待又難以反映風(fēng)險(xiǎn)，最終可能使投資決策面臨兩難選擇。實(shí)際上，設(shè)計(jì)單位出于風(fēng)險(xiǎn)控制在確定折減系數(shù)時(shí)通常傾向保守。

而采用歐美“折減”加“不確定性”的方法計(jì)算發(fā)電量時(shí)，雖然在風(fēng)電場設(shè)計(jì)過程中能將發(fā)電量和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，概率折減法本身也具備保證率屬性，但由于投資決策體系的差異，在真正應(yīng)用到國內(nèi)時(shí)又顯得“水土不服”，不能體現(xiàn)其優(yōu)勢。

實(shí)際上，不同項(xiàng)目開發(fā)商有不同的風(fēng)險(xiǎn)偏好，同一個(gè)項(xiàng)目開發(fā)商在不同設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度也可能發(fā)生改變，工程中往往通過修改折減系數(shù)的方式調(diào)整上網(wǎng)電量，但很難控制這種調(diào)整所蘊(yùn)含的風(fēng)險(xiǎn)。

3 案例分析

該文通過近期參與的多個(gè)陸上風(fēng)電場后評估項(xiàng)目，結(jié)合一手運(yùn)行資料，給出關(guān)于國內(nèi)發(fā)電量折減系數(shù)方面的一些取值建議。該文選取的風(fēng)電場總數(shù)量為22 個(gè)，總裝機(jī)規(guī)模為235 萬kW，覆蓋了東北、華北、西北、華東、華中、華南、西南等全國典型氣候環(huán)境區(qū)域，有較好的代表性。為了更有效地分析折減系數(shù)的取值分布和歸納總結(jié)折減系數(shù)的取值規(guī)律，該文對樣本風(fēng)電場做了3 點(diǎn)預(yù)處理：①優(yōu)先選取項(xiàng)目全生命周期均有測風(fēng)數(shù)據(jù)的樣本風(fēng)電場，將風(fēng)資源年際變化均做歸一化處理，至代表年水平；②由于場用電、線損等折減項(xiàng)與場站設(shè)計(jì)方案相關(guān)，且進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期后該項(xiàng)折減基本固定，因此根據(jù)實(shí)際運(yùn)行臺賬計(jì)列來分析該項(xiàng)折減；③如有限電情況，則復(fù)原到限電前。

具體處理方式如下。1）篩查項(xiàng)目關(guān)鍵信息。重點(diǎn)關(guān)注以下3 點(diǎn)。微觀選址設(shè)計(jì)機(jī)型與項(xiàng)目運(yùn)行階段機(jī)型是否一致、風(fēng)電場區(qū)域內(nèi)是否有可參考的連續(xù)測風(fēng)數(shù)據(jù)（至少涵蓋微觀選址設(shè)計(jì)階段至有效對比階段）、風(fēng)電場周邊環(huán)境是否發(fā)生重大變化。2）風(fēng)資源均一化處理。將運(yùn)行年實(shí)測風(fēng)資源數(shù)據(jù)與微觀選址階段代表年風(fēng)資源數(shù)據(jù)對比分析，修正理論發(fā)電量和設(shè)計(jì)年利用小時(shí)數(shù)，作為計(jì)算實(shí)際折減系數(shù)的基礎(chǔ)。3）核定確定性折減系數(shù)的取值。通過查詢風(fēng)電場全容量并網(wǎng)（移交生產(chǎn)驗(yàn)收后）實(shí)際運(yùn)行臺賬信息，將限電、場用電、線損等折減逐項(xiàng)剝離統(tǒng)計(jì)，分析其規(guī)律并歸納總結(jié)。4）經(jīng)過以上3 個(gè)步驟，最終得出實(shí)際運(yùn)行階段綜合折減系數(shù)取值，整理出22 個(gè)風(fēng)電場共57 個(gè)有效樣本點(diǎn)。

各樣本風(fēng)電場實(shí)際折減系數(shù)和微觀選址階段折減系數(shù)取值對比統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3，統(tǒng)計(jì)結(jié)果折線圖如圖1 所示，對應(yīng)的柱狀圖如圖2 所示。

表3 風(fēng)電場實(shí)際折減系數(shù)和微觀選址階段折減系數(shù)取值對比

圖1 風(fēng)電場實(shí)際折減系數(shù)和微觀選址階段折減系數(shù)取值對比

圖2 風(fēng)電場實(shí)際折減系數(shù)和微觀選址階段折減系數(shù)取值偏差對比

4 結(jié)論

該文對發(fā)電量折減系數(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和國內(nèi)外折減系數(shù)的應(yīng)用方法進(jìn)行了系統(tǒng)梳理。根據(jù)全國22 個(gè)運(yùn)行風(fēng)電場的實(shí)際上網(wǎng)電量數(shù)據(jù)，結(jié)合各風(fēng)電場的理論發(fā)電量計(jì)算出了57 個(gè)有效樣本點(diǎn)的實(shí)際折減數(shù)據(jù)，通過與項(xiàng)目微觀選址階段的量化對比分析，總結(jié)出一些規(guī)律?？傮w來說，項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行階段的折減系數(shù)略高于微觀選址設(shè)計(jì)階段，區(qū)間在70%～89%之間，中位數(shù)約為80%，反映出目前國內(nèi)的發(fā)電量評估體系總體偏保守；項(xiàng)目進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期后，場用電、線損等折減項(xiàng)趨近于基本固定；實(shí)際運(yùn)行階段與微觀選址階段的折減系數(shù)互有高低，約有80%的比例偏差不超過10%，約有50%的比例偏差不超過5%，說明總體微觀選址階段的折減系數(shù)已趨近于真實(shí)區(qū)間。因項(xiàng)目樣本較少，且數(shù)據(jù)的積累需要過程，結(jié)論僅供參考。

該文建議行業(yè)充分重視風(fēng)電項(xiàng)目后評估工作，在我國風(fēng)電行業(yè)10 余年高速發(fā)展的背景下，充分挖掘在運(yùn)風(fēng)電項(xiàng)目的運(yùn)行數(shù)據(jù)潛力。通過對實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的整理、分析、總結(jié)，提出更能代表“平價(jià)時(shí)代”風(fēng)電場發(fā)電量評估的代表性折減系數(shù)，為后續(xù)風(fēng)電場設(shè)計(jì)和投資決策提供更多的依據(jù)和支撐。