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山地风电项目的装机容量优化方法研究
发布时间:2015-03-02     来源: 中国风能协会 作者:张双益、王益群、吕宙安、马亮
本文摘要:“三北”地区是我国风电开发的传统重点区域。但近年来随着风电装机容量的快速增长,“三北”地区出现了消纳难、送出难,“弃风”限电等问题,并愈发严重。相比之下,南方地区的风电项目通常距离电力负荷较近,消纳能力强,故“弃风”限电较少。同时伴随着低风速风电机组的日趋成熟,南方地区的低风速风能资源也逐步具备了开发价值。南方地区已成为风电开发的新兴热点。
 
  项目介绍
 
  本文所研究的山地风电项目案例位于湖南省北部山区,场址中心地理位置为东经113°50′、北纬28°44′,面积大小约30k㎡,海拔高程1000-1500m。场内地形条件复杂、起伏较大;地表植被覆盖茂密,以灌木和森林为主。
 
  场内已设有三座测风塔,编号分别为6393#、8093#及8888#,塔体高度分别为70m、50m和80m,海拔高程分别为1465m、1586m和1326m,目前均已测风满一年。风电场的场址范围及测风塔位置如图1所示。
 
  根据风电场风能资源评估结果,6393#、8093#及8888#测风塔代表年平均风速分别为6.7m/s(70m高度)、
 
  7.1m/s(50m高度)和5.7m/s(80m高度)。三座测风塔的风速差异较大,海拔较高的塔风速较大,海拔较低的塔风速较小,体现了山地风电项目的风能资源分布呈现不均匀性。
 
  根据可行性研究报告(简称“可研报告”),场址规划安装28台单机容量为2.0MW的风电机组,总装机容量为56MW。风电场的风能资源分布及风电机组布置图如图2所示。风电机组的布置方案集中在场址内风能资源相对丰富的区域,以实现全场发电量最大化;同时机组之间保持了一定的距离,以使尾流损失控制在合理范围。

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  可研报告经风电机组选型章节评估,最终推荐上海电气风电设备有限公司生产的w105-2.0MW型低风速风电机组。经风能资源评估软件计算,项目的理论年发电量为15376kWh,综合折减系数为0.70,年上网电量为10763kWh,年利用小时数为1922h。
 
  可研报告工程概算章节显示,项目的静态总投资45331万元,动态总投资46678万元,折合单位千瓦动态投资8335元/kW。项目所在地湖南省位于IV类资源区,风电项目的标杆上网电价按0.61元/kWh。项目资本金比例按总投资的20%计,剩余资金采用银行贷款,贷款利率6.55%。在确定投资计划与资金筹措、总成本费用、发电效益等各项边界条件后,测算出主要财务评价指标,如表1所示。项目投资财务内部收益率(所得税前)在5%以上,资本金财务内部收益率在8%以上,均达到《方法与参数》的相关要求。
 
  结果分析
 
  项目装机容量的变化范围主要关注30MW-78MW区间。当装机容量小于30MW(即15台2MW风电机组)时,场内安装的风电机组台数过少,风能资源未得到充分利用,且经济性较差,故不予考虑;当装机容量大于78MW(即39台2MW风电机组)时,风电机组的台数过多,布置方案超出了既定的规划范围,故也需剔除。
 
  图3为在不同装机容量下的年利用小时数与单位千瓦动态投资。
 
  (1)随着装机容量增加,年利用小时数逐步降低。主要原因在于:装机容量较小时,风电机组的布置集中在场内风能资源最为丰富的位置,故机组发电量较高。同时机组的台数少、间距大,机组之间的尾流影响较小,造成的发电量损失较少。因而年利用小时数较高;而装机容量较大时,风电机组布置逐步采用风能资源欠丰富的位置,机组发电量开始降低。另一方面机组的台数多,间距小,机组之间的尾流影响较大,造成发电量损失较多。故年利用小时数较低。
 
  (2)随着装机容量增加,单位千瓦动态投资逐步减少。主要原因在于项目具备规模效应,总投资中存在一定比例的固定投入,如进场道路、升压站等,随着项目装机容量的增加,固定投入均摊到单位千瓦逐步降低,千瓦动态投资也逐步减少。表1项目的主要财务评价指标序号指标数值1装机容量(MW)562年利用小时数(h)19223单位千瓦动态投资(元/kW)83354项目投资财务内部收益率(所得税前)(%)8.715项目投资财务净现值(所得税前)(万元)(基准折现率=5%)193396资本金财务内部收益率(%)12.897资本金财务净现值(万元)(基准折现率=8%)4916图3不同装机容量下的年利用小时数及单位千瓦动态投资

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