“三北”地區(qū)是我國風電開發(fā)的傳統(tǒng)重點區(qū)域。但近年來隨著風電裝機容量的快速增長，“三北”地區(qū)出現(xiàn)了消納難、送出難，“棄風”限電等問題，并愈發(fā)嚴重。相比之下，南方地區(qū)的風電項目通常距離電力負荷較近，消納能力強，故“棄風”限電較少。同時伴隨著低風速風電機組的日趨成熟，南方地區(qū)的低風速風能資源也逐步具備了開發(fā)價值。南方地區(qū)已成為風電開發(fā)的新興熱點。

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

(1)場址范圍有限、地形條件復雜，風電機組的布置方案受多種因素制約影響;

(2)不同位置的風速受地形地貌的影響較大、風能資源分布不均勻，風電機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、設備安裝困難，風電機組的布置方案對項目設計方案、工程量大小及投資數(shù)額具有重要影響。

因此當山地風電項目的裝機容量發(fā)生改變時，風電機組的布置方案也隨之發(fā)生改變，導致項目的發(fā)電量及投資數(shù)額發(fā)生變化，并最終影響技術經(jīng)濟評價指標發(fā)生變化。基于以上原因，山地風電項目的可行性研究應當對多種裝機容量進行比選和優(yōu)化，并確定技術經(jīng)濟指標最優(yōu)的方案。而目前我國風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電項目的裝機容量優(yōu)化方法，并以湖南某山地風電項目為例，嘗試開展裝機容量的優(yōu)化工作。

方法介紹

山地風電項目的裝機容量裝優(yōu)化方法分為以下六個步驟：步驟一，計算項目場址的風能資源圖譜。使用風能資源評估軟件載入現(xiàn)場測風塔的風況數(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，進行外推模擬得到項目場址的風能資源圖譜;

步驟二，完成不同裝機容量情況下的風電機組布置方案。根據(jù)步驟一得到的項目場址的風能資源圖譜，按風電機組布置的相關規(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電機組;

步驟三，測算不同裝機容量情況下的發(fā)電量。采用風能資源評估軟件載入步驟一得到的項目場址的風能資源圖譜、步驟二得到的風電機組布置方案，及風電機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，測算不同裝機容量情況下的投資數(shù)額。根據(jù)步驟二得到的風電機組的布置方案，完成項目的設計圖紙、匡算工程量、編制設備材料清單，根據(jù)設計概算編制規(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容量情況下的財務評價指標。以項目裝機容量、年利用小時數(shù)和單位千瓦動態(tài)投資為基礎，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評價指標，包括項目投資財務內(nèi)部收益率及凈現(xiàn)值(所得稅前)、資本金財務內(nèi)部收益率及凈現(xiàn)值。

根據(jù)《建設項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》(第三版)(簡稱《方法與參數(shù)》)的相關要求，風電項目的項目投資財務內(nèi)部收益率(所得稅前)應在5%以上，資本金財務內(nèi)部收益率應在8%以上;

步驟六，對不同裝機容量進行比選，給出最優(yōu)裝機容量。對于投資者而言，權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)值法對不同裝機容量進行比選，在無資金限制時，采用資本金財務凈現(xiàn)值最高的裝機容量作為最優(yōu)裝機容量。

項目介紹

本文所研究的山地風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)已設有三座測風塔，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，目前均已測風滿一年。風電場的場址范圍及測風塔位置如圖1所示。

根據(jù)風電場風能資源評估結果，6393#、8093#及8888#測風塔代表年平均風速分別為6.7m/s(70m高度)、

7.1m/s(50m高度)和5.7m/s(80m高度)。三座測風塔的風速差異較大，海拔較高的塔風速較大，海拔較低的塔風速較小，體現(xiàn)了山地風電項目的風能資源分布呈現(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臺單機容量為2.0MW的風電機組，總裝機容量為56MW。風電場的風能資源分布及風電機組布置圖如圖2所示。風電機組的布置方案集中在場址內(nèi)風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)風電機組選型章節(jié)評估，最終推薦上海電氣風電設備有限公司生產(chǎn)的w105-2.0MW型低風速風電機組。經(jīng)風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)，風電項目的標桿上網(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，測算出主要財務評價指標，如表1所示。項目投資財務內(nèi)部收益率(所得稅前)在5%以上，資本金財務內(nèi)部收益率在8%以上，均達到《方法與參數(shù)》的相關要求。

結果分析

項目裝機容量的變化范圍主要關注30MW-78MW區(qū)間。當裝機容量小于30MW(即15臺2MW風電機組)時，場內(nèi)安裝的風電機組臺數(shù)過少，風能資源未得到充分利用，且經(jīng)濟性較差，故不予考慮;當裝機容量大于78MW(即39臺2MW風電機組)時，風電機組的臺數(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)隨著裝機容量增加，年利用小時數(shù)逐步降低。主要原因在于：裝機容量較小時，風電機組的布置集中在場內(nèi)風能資源最為豐富的位置，故機組發(fā)電量較高。同時機組的臺數(shù)少、間距大，機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;而裝機容量較大時，風電機組布置逐步采用風能資源欠豐富的位置，機組發(fā)電量開始降低。另一方面機組的臺數(shù)多，間距小，機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，總投資中存在一定比例的固定投入，如進場道路、升壓站等，隨著項目裝機容量的增加，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項目的主要財務評價指標序號指標數(shù)值1裝機容量(MW)562年利用小時數(shù)(h)19223單位千瓦動態(tài)投資(元/kW)83354項目投資財務內(nèi)部收益率(所得稅前)(%)8.715項目投資財務凈現(xiàn)值(所得稅前)(萬元)(基準折現(xiàn)率=5%)193396資本金財務內(nèi)部收益率(%)12.897資本金財務凈現(xiàn)值(萬元)(基準折現(xiàn)率=8%)4916圖3不同裝機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，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評價指標。

圖4為不同裝機容量下的項目投資財務內(nèi)部收益率及凈現(xiàn)值(所得稅前)，其中基準折現(xiàn)率取5%。

(1)裝機容量在30MW-78MW區(qū)間時，項目投資財務內(nèi)部收益率(所得稅前)均大于5%，該項指標達到《方法與參數(shù)》的相關要求。

(2)隨著裝機容量增加，項目投資財務內(nèi)部收益率(所得稅前)先升高后降低。裝機容量為46MW時，項目投資財務內(nèi)部收益率(所得稅前)達到最高，為10.27%。

(3)隨著裝機容量增加，項目投資財務凈現(xiàn)值(所得稅前)逐步增加。在裝機容量為78MW時，項目投資財務凈現(xiàn)值(所得稅前)達到最大，為22098萬元。

圖5給出了不同裝機容量下的資本金財務內(nèi)部收益率及凈現(xiàn)值，其中基準折現(xiàn)率取8%。

(1)裝機容量在30MW-78MW區(qū)間時，資本金財務內(nèi)部收益率均大于8%，該項指標達到《方法與參數(shù)》的相關要求。

(2)隨著裝機容量增加，資本金財務內(nèi)部收益率先升高后降低。在裝機容量為46MW時，資本金財務內(nèi)部收益率達到最高，為13.61%。

(3)隨著裝機容量增加，資本金財務凈現(xiàn)值先升高后降低。當裝機容量在50MW-68MW區(qū)間，資本金財務凈現(xiàn)值較為平穩(wěn)，波動不大;在裝機容量為66MW時，資本金財務凈現(xiàn)值達到最大，為5069萬元。

最后對不同裝機容量進行比選，給出最優(yōu)裝機容量。本文采用凈現(xiàn)值法對不同裝機容量比選。在無資金限制時，采用資本金財務凈現(xiàn)值最高的裝機容量作為最優(yōu)裝機容量。

資本金財務凈現(xiàn)值一方面與項目各年的現(xiàn)金流量水平相關，另一方面也和資本金的基準折現(xiàn)率有關。投資者可以在國家行政主管部門統(tǒng)一發(fā)布的行業(yè)基準收益率確定的資本金基準折現(xiàn)率(風電項目為8%)的基礎上，也可根據(jù)自身發(fā)展戰(zhàn)略、經(jīng)營策略、項目目標、投資收益的期望、機會成本等因素，確定具體的資本金基準折現(xiàn)率。目前國內(nèi)各大風電投資商對資本金基準折現(xiàn)率的取值一般在8%-12%的區(qū)間。

圖6給出了不同裝機容量下的資本金財務凈現(xiàn)值情況(資本金基準折現(xiàn)率從8%-12%)。

(1)隨著資本金基準折現(xiàn)率逐步提高，資本金財務凈現(xiàn)值逐步減少。資本金基準折現(xiàn)率在8%-10%的情況下，資本金財務凈現(xiàn)值均為正值;資本金基準折現(xiàn)率在11%的情況下，裝機容量為78MW時，資本金財務凈現(xiàn)值為負值;而資本金基準折現(xiàn)率為12%的情況下，裝機容量在70MW及以上時，資本金財務凈現(xiàn)值均為負值。資本金財務凈現(xiàn)值為負值的情況表明項目投資收益水平未達到預期標準，財務評價是不可行的，應予以剔除。

(2)隨著資本金基準折現(xiàn)率逐步提高，最優(yōu)裝機容量(資本金財務凈現(xiàn)值最大)逐步減小。基準折現(xiàn)率從8%-12%時，最優(yōu)裝機容量分別為66MW、50MW、50MW、46MW、46MW。

投資者可根據(jù)自身確定的資本金基準折現(xiàn)率分別選取最優(yōu)裝機容量，評估各項財務評價指標，為項目投資決策提供科學依據(jù)，也可據(jù)此對可研報告的相關內(nèi)容進行補充和完善。

結論

本文提出了一種山地風電項目的裝機容量優(yōu)化方法，并以湖南某山地風電項目為例，開展了裝機容量的優(yōu)化工作?？裳袌蟾嬖ǖ难b機容量為56MW，經(jīng)過比選和優(yōu)化后，根據(jù)資本金基準折現(xiàn)率從8%-12%的不同，最優(yōu)裝機容量分別確定為66MW、50MW、50MW、46MW和46MW。

綜上所述，本文提出的山地風電項目的裝機容量優(yōu)化方法是可行的。該方法彌補了目前風電項目的可行性研究工作中相關空白，對于科學利用風能資源、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。