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風電設備優(yōu)化選型與電價關系分析
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http://shiquanmuye.com 發(fā)稿日期:2008-7-31
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1、風力發(fā)電的發(fā)展狀況
隨著化石能源的日益稀缺，全球環(huán)境的惡化，開發(fā)可再生清潔能源成為各國的能源目標，世界各國鼓勵發(fā)展風力發(fā)電。中國有豐富的風能資源，可開發(fā)利用的風能資源總量為253GW，但由于風力發(fā)電本身建設投資過高的原因，造成上網(wǎng)電價高，影響投資者和辦電部門的積極性�，F(xiàn)在，世界上建設風力發(fā)電的單位造價大約為1000美元／kW，而我國較大容量風機設備主要靠進口，而風力發(fā)電場建設的60％～70％投資又在風機設備上。中國近年風力發(fā)電單位造價約為人民幣8000～9000元／kW，這個費用為燃煤火力發(fā)電單位造價的2～2．5倍。
風力發(fā)電設備選型的好壞不僅影響建設造價，還影響投產(chǎn)后的發(fā)電量和運營成本，最終影響上網(wǎng)電價。因此，在風力發(fā)電場設計和建設中，風力發(fā)電機組（以下簡稱風機）的選型就顯得很重要。
2、優(yōu)化選型因素分析
2．1性能價格比原則
風機“性能價格比最優(yōu)”，永遠是項目設備選擇決策的重要原則。
2．1．1風力發(fā)電機單機容量大小的影響
從單機容量為0．25MW到2．5MW的各種機型中，單位千瓦造價隨單機容量的變化呈U型趨勢，目前600kW風機的單位千瓦造價正處在U型曲線的最低點。隨著單機容量的增加或減少，單位千瓦的造價都會有一定程度上的增加。如600kW以上大，風輪直徑、塔架的高度、設備的重量都會增加。風輪直徑和塔架高度的增加會引起風機疲勞載荷和極限載荷的增加，要有專門加強型的設計，在風機的控制方式上也要作相應的調(diào)整，從而引起單位千瓦造價上升。據(jù)了解，目前的1．3MW風力發(fā)電機還不十分成熟，某風場在選擇了1．3MW風機后，僅調(diào)試就用了長達4個多月的時間，投運后發(fā)電量和設備可利用率情況并不理想，故障較多。
2．1．2選擇機型需考慮的相關因素a）考慮運輸與吊裝的條件和成本
1．3MW風機需使用3MN標稱負荷的吊車，葉片長度達29m，運輸成本相當高，相關資料見表1所示。由于運輸轉(zhuǎn)變半徑要求較大，對項目現(xiàn)場的道路寬度、周圍的障礙物均有較高要求。起吊重量越大的吊車本身移動時對橋梁道路要求也越高，租金較貴。
兆瓦級風機維修成本高
一旦發(fā)生部件損壞，需要較強的專業(yè)安裝隊伍及吊裝設備，更換部件、聯(lián)系吊車，會造成較長的停電時間。單機容量越大，機組停電所造成的影響也越大。
目前情況下選擇兆瓦機風機所需要的運行維護人員的技術條件及裝備相應也高，有一定的難度。
目前國內(nèi)尚未形成兆瓦級主流機型，選擇兆瓦機風機所需要的零部件供應難度也較大，將來備品備件問題很難解決。
2．1．3某風場1．3MW機組綜合分析a）運行
塔架大量油跡，機組漏油嚴重，機組在大風時由于電機、齒輪箱溫度過高，頻繁停機，機組可利用率不高，經(jīng)濟效益不理想。
安裝
從項目一開始安裝至并網(wǎng)發(fā)電歷經(jīng)數(shù)月，問題較多，機組安裝完全依靠外方，國內(nèi)還沒有此經(jīng)驗的運行維護和安裝人員。
c）運輸
葉片長度近30m，葉片依靠兩輛平板車抬著運到現(xiàn)場，難度很大。
2．1．4背景差異
歐洲土地面積有限，政府有明確的政策支持，鼓勵單機容量大的風機項目。國外風力發(fā)電市場的趨勢是發(fā)展海上風力發(fā)電場，因此鼓勵大型風機的研制。歐洲工業(yè)制造基礎、風力發(fā)電技術服務基礎和資金環(huán)境能夠支持大型風機的長期穩(wěn)定運行。運輸、吊裝能力能夠支持大型風力發(fā)電機組的市場動作。歐洲的制造商都十分清楚兆瓦級風機的性能價格比是不如600kW級風力發(fā)電機的。600kW以上的機型并不會由于單機容量的增加而引起單位千瓦造價的降低，但是由于它不同的背景情況，大型風機仍然發(fā)展的很快，所以在不同情況、不同時間，要注意背景的差異是必要的。
2．2發(fā)電成本因素
單位發(fā)電成本C是建設投資成本C1與運行維修費用C2之和，即
式中：F———風機容量系數(shù)；
Q———單位投資；
t———投資回收時間；
r———貸款年利率；
m———年運行維修費與風場投資比。
風力發(fā)電機的工作受到自然條件制約，不可能實現(xiàn)全運轉(zhuǎn)，即容量系數(shù)始終小于1。所以在選型過程中力求在同樣風資源情況下，發(fā)電最多的機型為最佳。風力發(fā)電的一次能源費用可視為零，因此得出結(jié)論，發(fā)電成本就是建場投資（含維護費用）與發(fā)電量之比。節(jié)省建場投資又多發(fā)電，無疑是降低上網(wǎng)電價的有利手段之一。與火力和核電發(fā)電相比，風力發(fā)電有以下特點：第一，風機的輸出受風力發(fā)電場的風速分布影響；第二，風力發(fā)電雖然運行費用較低、建設工期短，但建風場的一次性投資大，明顯表現(xiàn)出風力發(fā)電項目需要相對較長的資本回收期，風險較大。因此，在風機選型時，可按發(fā)電成本最小原則作為指標，因為它考慮了風力發(fā)電的投入和效益。同時，在某些特殊情況下，如果風力發(fā)電間的相差不大，則風力機選型時發(fā)電成本最小原則就可轉(zhuǎn)化為容量系數(shù)最大原則。綜上所述，業(yè)主在投資發(fā)展風力發(fā)電項目時，考慮風力發(fā)電場的設計，對風力機的選型就有非常重要的意義，以上這些因素影響整個項目投資效益，運行成本和運行風險，因為風力機設備同時決定了建場投資和發(fā)電量。良好的風力機選型就是要在這兩者之間選擇一個最佳配合，這也是風機與風力發(fā)電場的優(yōu)化匹配。
2．3財務預測結(jié)果
針對國內(nèi)各風力發(fā)電場資源狀況不同，可選擇的風機性能、工程造價及經(jīng)營成本也不同。按我國風力發(fā)電發(fā)展的現(xiàn)狀統(tǒng)計數(shù)據(jù)，電價一直是制約中國風力發(fā)電發(fā)展的最關鍵因素。要鼓勵風力發(fā)電發(fā)展，應保證風力發(fā)電項目投資的合理利潤，依據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范，風力發(fā)電項目利潤水平的主要標準：投資利潤率、財務內(nèi)部收益率、財務凈現(xiàn)值。
2．3．1案例
現(xiàn)以裝機容量為24MW的風力發(fā)電項目為例，分析風電電價與項目可性性之間的關系，其經(jīng)濟指標見表2。
該風力發(fā)電場裝機容量24MW；設備年利用小時2400h；建設期1a；生產(chǎn)期20a；單位造價0．8萬元／kW；總投資19200萬元（其中：資本金30％；貸款70％，年利率7％）；年運行管理費用140萬元；增值稅率8．5％；城建稅率7％；教育附加費3％。
2．3．2敏感性分析
當電價為0．57元／kWh以上時，在±5％時不會出現(xiàn)內(nèi)部收益率小于10％和凈現(xiàn)值小于0的情況。
如果電價過于偏低，在±5％時內(nèi)部收益率小于10％及凈現(xiàn)值小于0，項目抗風險能力差。
3 綜合與展望關系到投資者的切身利益，關系到風力發(fā)電是否順利發(fā)展的大問題。風力發(fā)電電價問題，不是電價高低問題，而是合理電價與具有競爭力的風力發(fā)電生存電價的問題。為了提高風力發(fā)電的競爭力，促進風力發(fā)電的發(fā)展，還需要爭取一定的寬松環(huán)境，因此建議：
政府出臺支持風力發(fā)電政策，并確保政策的完整性與連續(xù)性；
風機設備走國產(chǎn)化，降低設備價格和售后服務，減少風場運營成本；
抓好前期工作，準確掌握風能資源，為工程的順利開展創(chuàng)造可靠基礎；
加快審批程序，縮短建設周期。
4 結(jié)束語
風力發(fā)電是一個新興有前途的產(chǎn)業(yè)，對常規(guī)能源而言，它的競爭力仍處于十分不利的地位。因此，需要人們對它的認識與接收，也需要國家的政策支持與保護。充分利用風力資源，按照產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化發(fā)展的一般規(guī)律，加大建設規(guī)模，開展規(guī)模經(jīng)營，進一步降低成本，才能不斷提高在電力市場上的競爭力，使其真正成為電力生產(chǎn)中的一支重要力量，在保護環(huán)境、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方面發(fā)揮作用。
目前，我國電力總裝機容量已超過300GW，按裝機容量和耗電量約3％同步速度增長和上述1％的指標進行測算，至2006年底，全國電力總裝機容量將達到350GW，其風力發(fā)電裝機應為3．5GW，即全國風力發(fā)電5年之內(nèi)要發(fā)展到目前的8．75倍以上，將有3．1GW的風力發(fā)電場投入建設和運行，風力發(fā)電前景樂觀。
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