中國儲能網(wǎng)訊：“三北”地區(qū)是我國風(fēng)電開發(fā)的傳統(tǒng)重點區(qū)域。但近年來隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的快速增長，“三北”地區(qū)出現(xiàn)了消納難、送出難，“棄風(fēng)”限電等問題，并愈發(fā)嚴(yán)重。相比之下，南方地區(qū)的風(fēng)電項目通常距離電力負(fù)荷較近，消納能力強，故“棄風(fēng)”限電較少。同時伴隨著低風(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)價值。南方地區(qū)已成為風(fēng)電開發(fā)的新興熱點。
北方地區(qū)的風(fēng)電項目多位于平原或丘陵地區(qū)，而南方地區(qū)的風(fēng)電項目多選址在風(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)組的布置方案對項目發(fā)電量大小具有決定性影響;
(3)項目交通條件差、施工難度大、吊裝成本高、設(shè)備安裝困難，風(fēng)電機(jī)組的布置方案對項目設(shè)計方案、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)電項目的裝機(jī)容量發(fā)生改變時，風(fēng)電機(jī)組的布置方案也隨之發(fā)生改變，導(dǎo)致項目的發(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)評價指標(biāo)發(fā)生變化?；谝陨显?，山地風(fēng)電項目的可行性研究應(yīng)當(dāng)對多種裝機(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。而目前我國風(fēng)電項目可行性研究尚缺乏此方面內(nèi)容。
針對以上情況，本文提出了一種山地風(fēng)電項目的裝機(jī)容量優(yōu)化方法，并以湖南某山地風(fēng)電項目為例，嘗試開展裝機(jī)容量的優(yōu)化工作。
方法介紹
山地風(fēng)電項目的裝機(jī)容量裝優(yōu)化方法分為以下六個步驟：步驟一，計算項目場址的風(fēng)能資源圖譜。使用風(fēng)能資源評估軟件載入現(xiàn)場測風(fēng)塔的風(fēng)況數(shù)據(jù)、場址的等高線地圖、場址的地表粗糙度分布圖等資料，進(jìn)行外推模擬得到項目場址的風(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)步驟一得到的項目場址的風(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，兼顧施工安裝場地、道路交通等因素，選擇合適的點位布置風(fēng)電機(jī)組;
步驟三，測算不同裝機(jī)容量情況下的發(fā)電量。采用風(fēng)能資源評估軟件載入步驟一得到的項目場址的風(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，計算得到項目的理論年發(fā)電量，經(jīng)過各項折減后得到項目的年上網(wǎng)電量及年利用小時數(shù);
步驟四，測算不同裝機(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，完成項目的設(shè)計圖紙、匡算工程量、編制設(shè)備材料清單，根據(jù)設(shè)計概算編制規(guī)定、定額和行業(yè)主管部門發(fā)布的計價依據(jù)，計算項目的動態(tài)總投資及單位千瓦動態(tài)投資;
步驟五，測算項目在不同裝機(jī)容量情況下的財務(wù)評價指標(biāo)。以項目裝機(jī)容量、年利用小時數(shù)和單位千瓦動態(tài)投資為基礎(chǔ)，根據(jù)項目可行性研究報告確定的投資計劃與資金籌措、總成本費用、發(fā)電效益計算等邊界條件，計算項目各年的現(xiàn)金流入量和流出量，測算項目的主要財務(wù)評價指標(biāo)，包括項目投資財務(wù)內(nèi)部收益率及凈現(xiàn)值(所得稅前)、資本金財務(wù)內(nèi)部收益率及凈現(xiàn)值。
根據(jù)《建設(shè)項目經(jīng)濟(jì)評價方法與參數(shù)》(第三版)(簡稱《方法與參數(shù)》)的相關(guān)要求，風(fēng)電項目的項目投資財務(wù)內(nèi)部收益率(所得稅前)應(yīng)在5%以上，資本金財務(wù)內(nèi)部收益率應(yīng)在8%以上;
步驟六，對不同裝機(jī)容量進(jìn)行比選，給出最優(yōu)裝機(jī)容量。對于投資者而言，權(quán)益資本的投資回報水平是項目決策時需考慮的最為重要的因素之一。故采用凈現(xiàn)值法對不同裝機(jī)容量進(jìn)行比選，在無資金限制時，采用資本金財務(wù)凈現(xiàn)值最高的裝機(jī)容量作為最優(yōu)裝機(jī)容量。
項目介紹
本文所研究的山地風(fēng)電項目案例位于湖南省北部山區(qū)，場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。
場內(nèi)已設(shè)有三座測風(fēng)塔，編號分別為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，目前均已測風(fēng)滿一年。風(fēng)電場的場址范圍及測風(fēng)塔位置如圖1所示。
根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)能資源評估結(jié)果，6393#、8093#及8888#測風(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)可行性研究報告(簡稱“可研報告”)，場址規(guī)劃安裝28臺單機(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址內(nèi)風(fēng)能資源相對豐富的區(qū)域，以實現(xiàn)全場發(fā)電量最大化;同時機(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。
可研報告經(jīng)風(fēng)電機(jī)組選型章節(jié)評估，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)能資源評估軟件計算，項目的理論年發(fā)電量為15376kWh，綜合折減系數(shù)為0.70，年上網(wǎng)電量為10763kWh，年利用小時數(shù)為1922h。
可研報告工程概算章節(jié)顯示，項目的靜態(tài)總投資45331萬元，動態(tài)總投資46678萬元，折合單位千瓦動態(tài)投資8335元/kW。項目所在地湖南省位于IV類資源區(qū)，風(fēng)電項目的標(biāo)桿上網(wǎng)電價按0.61元/kWh。項目資本金比例按總投資的20%計，剩余資金采用銀行貸款，貸款利率6.55%。在確定投資計劃與資金籌措、總成本費用、發(fā)電效益等各項邊界條件后，測算出主要財務(wù)評價指標(biāo)，如表1所示。項目投資財務(wù)內(nèi)部收益率(所得稅前)在5%以上，資本金財務(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2MW風(fēng)電機(jī)組)時，場內(nèi)安裝的風(fēng)電機(jī)組臺數(shù)過少，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2MW風(fēng)電機(jī)組)時，風(fēng)電機(jī)組的臺數(shù)過多，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數(shù)與單位千瓦動態(tài)投資。
(1)隨著裝機(jī)容量增加，年利用小時數(shù)逐步降低。主要原因在于：裝機(jī)容量較小時，風(fēng)電機(jī)組的布置集中在場內(nèi)風(fēng)能資源最為豐富的位置，故機(jī)組發(fā)電量較高。同時機(jī)組的臺數(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。因而年利用小時數(shù)較高;而裝機(jī)容量較大時，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。故年利用小時數(shù)較低。
(2)隨著裝機(jī)容量增加，單位千瓦動態(tài)投資逐步減少。主要原因在于項目具備規(guī)模效應(yīng)，總投資中存在一定比例的固定投入，如進(jìn)場道路、升壓站等，隨著項目裝機(jī)容量的增加，固定投入均攤到單位千瓦逐步降低，千瓦動態(tài)投資也逐步減少。表1項目的主要財務(wù)評價指標(biāo)序號指標(biāo)數(shù)值1裝機(jī)容量(MW)562年利用小時數(shù)(h)19223單位千瓦動態(tài)投資(元/kW)83354項目投資財務(wù)內(nèi)部收益率(所得稅前)(%)8.715項目投資財務(wù)凈現(xiàn)值(所得稅前)(萬元)(基準(zhǔn)折現(xiàn)率=5%)193396資本金財務(wù)內(nèi)部收益率(%)12.897資本金財務(wù)凈現(xiàn)值(萬元)(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數(shù)及單位千瓦動態(tài)投資
以項目裝機(jī)容量、年利用小時數(shù)和單位千瓦動態(tài)投資等數(shù)值為基礎(chǔ)，根據(jù)可研報告確定其它各項邊界條件后，測算出項目的主要財務(wù)評價指標(biāo)。
圖4為不同裝機(jī)容量下的項目投資財務(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，項目投資財務(wù)內(nèi)部收益率(所得稅前)均大于5%，該項指標(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，項目投資財務(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，項目投資財務(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，項目投資財務(wù)凈現(xiàn)值(所得稅前)逐步增加。在裝機(jī)容量為78MW時，項目投資財務(wù)凈現(xiàn)值(所得稅前)達(dá)到最大，為22098萬元。
圖5給出了不同裝機(jī)容量下的資本金財務(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，資本金財務(wù)內(nèi)部收益率均大于8%，該項指標(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，資本金財務(wù)內(nèi)部收益率先升高后降低。在裝機(jī)容量為46MW時，資本金財務(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，資本金財務(wù)凈現(xiàn)值較為平穩(wěn)，波動不大;在裝機(jī)容量為66MW時，資本金財務(wù)凈現(xiàn)值達(dá)到最大，為5069萬元。
最后對不同裝機(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)值法對不同裝機(jī)容量比選。在無資金限制時，采用資本金財務(wù)凈現(xiàn)值最高的裝機(jī)容量作為最優(yōu)裝機(jī)容量。
資本金財務(wù)凈現(xiàn)值一方面與項目各年的現(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)電項目為8%)的基礎(chǔ)上，也可根據(jù)自身發(fā)展戰(zhàn)略、經(jīng)營策略、項目目標(biāo)、投資收益的期望、機(jī)會成本等因素，確定具體的資本金基準(zhǔn)折現(xiàn)率。目前國內(nèi)各大風(fēng)電投資商對資本金基準(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，資本金財務(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，資本金財務(wù)凈現(xiàn)值均為負(fù)值。資本金財務(wù)凈現(xiàn)值為負(fù)值的情況表明項目投資收益水平未達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，財務(wù)評價是不可行的，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(資本金財務(wù)凈現(xiàn)值最大)逐步減小?；鶞?zhǔn)折現(xiàn)率從8%-12%時，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，評估各項財務(wù)評價指標(biāo)，為項目投資決策提供科學(xué)依據(jù)，也可據(jù)此對可研報告的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行補充和完善。
結(jié)論
本文提出了一種山地風(fēng)電項目的裝機(jī)容量優(yōu)化方法，并以湖南某山地風(fēng)電項目為例，開展了裝機(jī)容量的優(yōu)化工作。可研報告原定的裝機(jī)容量為56MW，經(jīng)過比選和優(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)電項目的裝機(jī)容量優(yōu)化方法是可行的。該方法彌補了目前風(fēng)電項目的可行性研究工作中相關(guān)空白，對于科學(xué)利用風(fēng)能資源、提高項目投資收益具有重要意義，同時具備較高的推廣價值。
原標(biāo)題:山地風(fēng)電項目的裝機(jī)容量優(yōu)化方法研究
