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精细化设计助力风电竞价上网
日期:2019/4/4 8:52:10

(来源:2019-3-26  北极星电力网)

2018年国家能源局发布47号文《关于2018年度风电建设管理有关要求的通知》(简称“47号文”),提出从2019年起,新增核准的集中式陆上风电项目和海上风电项目应全部通过竞争方式配置和确定上网电价。标志着风电竞价时代已全面到来。

竞价成功,仅是风电场全周期的第一环节,项目最终落地,且在全生命周期中实现必要的经济价值,才是最终目标。

竞价不是盲目降价,需要全产业链各方、全生命周期各环节协同作用!

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截止2019年1月9日,相继有广东省、宁夏自治区、江苏省、陕西省、天津市、福建省、上海市等七个省直辖市正式出台了风电竞价配置办法(或征求意见稿),其余省份竞价细则也将陆续出台。

表1:竞争要素分值

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注:1.广东省电价不设最高分的省份,但不低于40分。

2. 江苏省通过技术评选的项目按申报电价的由低到高的顺序,分配年度新增(核准)建设规模。

3.上海市竞争要素无具体分值,待后续细则出台。

以上六类要素,可归纳为外部因素和内部因素两类。如:接入消纳条件、已开展前期工作可视为外部因素;企业能力、设备先进性、技术方案、电价则为内部因素。

2:竞争要素分值占比率

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由上图可知,技术方案、电价占比较高,而电价是“果”,受其他五“因”影响。

如何做到合理的电价,将是对每个风电投资企业和设计院的重大考验——算得准,能落地,有利润。

平价时代离我们有多远?

《国务院办公厅关于印发〈能源发展战略行动计划(2014-2020年)〉的通知》(国办发〔2014〕31号)明确指出,要大力发展风电,到2020年风电装机达到2亿千瓦,风电与煤电上网电价相当。

尤其是“十二五”~“十三五”的近十年中,相继出台一系列的政策,促进我国新能源规模持续扩大,技术水平不断进步,开发建设成本持续降低,目前部分资源条件好、投资环境良好、煤电标杆电价高的地区已基本具备无补贴平价上网的条件。

2:近十年风电上网电价变化(单位:元/kWh)

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Ⅰ类资源与当地的脱硫燃煤电价差异图,如图4所示。

4:Ⅰ类资源与当地的脱硫燃煤电价差异图

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从图4推出,在不考虑限电的情况下,Ⅰ类资源区离平价上网相差0.1171~0.15元之间。

Ⅱ类资源与当地的脱硫燃煤电价差异图,如图5所示。

5:Ⅱ类资源与当地的脱硫燃煤电价差异图

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从图5推出,在不考虑限电的情况下,Ⅱ类资源区离平价上网相差0.078~0.1522元之间。

Ⅲ类资源与当地的脱硫燃煤电价差异图,如图6所示。

6:Ⅲ类资源与当地的脱硫燃煤电价差异图

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从图6推出,在不考虑限电的情况下,Ⅲ类资源区离平价上网相差0.116~0.24元之间。

Ⅳ类资源与当地的脱硫燃煤电价差异图,如图7所示。

7:Ⅳ类资源与当地的脱硫燃煤电价差异图

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从图7推出,在不考虑限电的情况下,Ⅳ类资源区离平价上网相差0.117~0.2453元之间。

据国家发展改革委统计,截至2018年底,全国风电、光伏装机达到3.6亿千瓦,占全部装机比例近20%。风电、光伏全年发电量6000亿千瓦时,占全部发电量接近9%。2017年投产的风电、光伏电站平均建设成本比2012年分别降低了20%和45%。

由此可见,在资源条件优良、建设成本低、投资和市场条件好的地区,风电、光伏发电成本已达到燃煤标杆上网电价水平,具备了平价上网的条件。

竞价对风电开发(企业)的

影响

伴随着“47号文”的落地,对风电开发企业而言,开发思路需要改变,需要从“粗放式的前期开发”向“精细化开发”转换,以更好地应对风电竞价。

传统集中式风电场开发建设流程如下:

8:传统集中式风电场开发建设流程

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根据“47号文”,区分了两类项目主体的不同开发建设流程:

9:已确定投资主体的项目开发建设流程

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10:未确定投资主体的项目开发建设流程

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无论对于哪种投资主体,在风电竞价时代,合理的电价至关重要。

本文从设计角度谈谈,如何通过精细化设计确定最优技术方案,从而精准的测算电价。

精细化设计如何助力风电竞价

体现在三个关键词:精准、精细、精心

1精准的选址与资源分析

竞价上网项目为了更加精确评估项目的发电量和收益,前提是客观精准的资源分析,风资源的获取途径通常有以下几种方式:

Ø 测风塔数据

Ø 气象站数据

Ø 周边测风塔和已运行风电场的数据

Ø 中尺度数据

Ø 风能与气象平台

Ø 激光雷达测风

Ø 虚拟测风塔

想要做到精准的资源分析,需要结合项目的实际情况,采用相应的方法。同时对评估结果进行校验。

宏观选址阶段:实际设立测风塔数量及代表性不足,此时可参考风能气象平台与周围测风塔和已运行的风电场数据,并辅以中尺度数据对区域内的风资源进行初步分析判断。

可行性研究阶段:根据规范及行业一般做法,应设立足够数量的测风塔作为资源分析的基础依据,并收集气象站资料及中尺度数据进行分析。但随着风电柔性塔筒技术的推广,很多测风塔高度已经低于预装轮毂高度,使用测风数据需推算至轮毂高度处,风数据存在较大误差。应对评估区域内增加与轮毂高度相当的测风塔,进行风资源补测。

在微观选址阶段(初设):通常测风塔数量及代表性均以满足准确资源分析的条件。优先使用气象站数据进行代表年订正,其次使用中尺度数据进行订正。在地形复杂山地风电场,可以使用虚拟测风塔对实测数据进行验证。

在竞价上网政策下,风资源分析水平应到初设深度,为业主提供更为精准判断。以测风塔实测数据进行分析。收集气象站、中尺度或临近测风塔的长期数据和同期数据,与测风塔数据做相关分析,对风电场判定大小风年,订正合理的水平年数据。在条件允许下,采用激光雷达短期测风数据对测风塔长期数据进行校验。

影响风资源判断重要因素之一是测风塔选址是否具有代表性,测风塔选址的代表性取决于测风塔位置及数量,测风塔的位置与数量则是由风电场的地形与范围决定。

国标GBT 51096-2015《风力发电厂设计规范》3.2.1规定:

地形较为平坦的风力发电场可选择厂址中央处安装测量设备,一座测风塔控制半径不宜超过5km,地形较为复杂的风力发电场(含丘陵地区)应区分不同区域及地段,选择各地段有代表性的场址安装测量设备,一座测风塔控制半径不宜超过2km。

横向对比各大发电集团的企业标准,并根据我司20余年新能源工程咨询设计经验,建议采取如下精度为宜:

平坦地形测风塔控制半径为5km;丘陵低山地形测风塔的控制半径为3km;复杂山地地形测风塔的的控制半径为2km。

2精细化设计与优化工程量精细分析

更优化、更合理、更智能、更科学的设计方案,是参与风电竞价的基础。提高发电量、降低成本是两个主要途径。

01

提高发电量

选出最合适的机型、确定最合理的布机方案,是提高发电量的基本路径。

如何有针对性地选择最合适的机型,需要设计人员进行精细化的方案比选。

众所周知,提升塔筒高度可提高发电量正向影响收益,同时也会因增加成本反向影响收益。如何选择最优的塔筒高度,则需分析两者间的对冲关系。

案例一:

该风电场为安徽省某50MW风电项目,IV类资源区,场内有三座测风塔,场区海拔35~90m,风切变指数范围为0.1~0.2之间,为中等切变。

11:风电场测风塔数据

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3:各测风塔风切变一览表

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我们要通过多方案比选,验证提升轮毂高度获取更好的风能资源效果。

常规可行性研究阶段的机型比选方式如下:

在机型比选阶段,我们根据对5种机型进行发电量测算,在相同的平台上从静态分析和动态分析两个角度分别进行技术经济比较,具体经济指标见下表4。

4:技术经济比较表

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可得出:推荐经济效益最好、单机容量为2000kW的WTG1风力发电机组。

然而,为了分析得出最优的塔筒高度方案,还需对每个机位点的资源情况进行深入的精细化分析,从而选出最优的塔筒高度,如下:

5:选定机型不同轮毂高度技术经济比较表

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由上表可知,通过引入不同轮毂高度机组参与方案比选,我们找到了更优的布机方案。

如此比选的意义何在?对此我们做了经济性分析,如下:

6:方案经济性对比

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经测算,通过引入不同塔筒的高度的方案较单一高度方案,资本金财务内部收益率IRR提高了0.32%,通过反算后与当地的脱硫燃煤电价相差为0.57-0.567=0.003元/kWh。

可见,通过精细化的优化设计,可分析得出更具竞争力的竞标电价。

而单一案例是否具有代表性?我们又根据某实际案例为基础,进行了一系列的拓展模型分析,如下:

案例二:

某山西省低海拔山区,装机容量为50MW,风机选型:2.5MW, 轮毂高度分别为90、100、120、140m。项目接入110kV电压等级,配套新建一座110kV升压站,不考虑送出工程费用。出资方式:资本金20%,银行贷款80%,贷款利率4.9%,建设期1年。概算水平测算数据如表7所示。

7:概算水平测算数据表

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通过塔筒高度的不同程度提升,增加的发电量带来的收益能否抵消对应增加的投资?

90m为初始轮毂高度,依次提升到目标轮毂高度100m、120m和140m,通过对比塔筒高差提高的小时数和投资增加后达到相同收益率需提高的小时数,分析两者间的对冲关系。

8:塔筒高度选型对财务收益影响

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可见,不同资源区,风切变不同时,通过提升轮毂高度对财务收益的影响差异较大。

为了更准确的分析差异。我们经过一系列的模型测算,将不同资源条件下,不同资源区内的对比情况统计如下:

9:塔筒高度选型对电价的影响(α=0.143)

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10:塔筒高度选型对电价的影响(α=0.2)

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由以上两表可知,在同等造价水平,保证收益率不变前提下,切变较大时,在III、IV类资源区,通过更高轮毂高度的方案竞配更低电价的效果更明显。

02

降低工程造价

我国陆上风电场的建设成本及占比见下图:

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注:数据来自于随机选取50个2016~2018年国有发电集团收口版可研样本。

其中,方案的优劣、设计精细化程度则主要体现在建筑工程成本之中。

降低成本主要从如下方面着手设计:

1)采用集成化电气设备:如采用预装式变电站;在塔筒内设置箱变等。

2)优化道路路径和工程量:采用三维设计,使道路工程量更贴合实际;路面材料就地或就近选用等。

3)优化集电线路路径、选择合理塔型和相应的基础形式。合理选择单、双回路径,优先采用单回路铁塔;依据导线型号、气象条件选择相应的塔型;根据地勘报告,配置相应的基础形式。

4) 风机基础进行多方案比选,选取最优方案:在符合安全的前提下选用适合场地地质,工程量少造价较低的基础方案。

以上各项均对建筑工程造价有着较大影响,以下案例尤为典型。

案例三:

该项目为IV类资源区的山西省,可研、初设阶段,所选机型发生变化,且因两阶段,该企业对地质勘查工作技术要求程度不同,造成不同阶段掌握到的地质情况准确程度有一定差异,对技术方案及工程造价影响不容小觑。

11:不同机型基础造价差异表

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经过方案优化,仅风机基础方案一项,在保证相同收益时,电价可降低3分钱,这对于竞价项目而言,非常可观。

结语

我国风电“井喷式发展”的时代一去不返,逐步走上“以质取胜”的健康之路。实施“竞价”,迎接“平价”是全体中国风电人面临的新考验。风电竞价不是盲目降价,要做好“应对竞价”、“迎接平价”,需全产业链各方、全生命周期各环节协同作用!

精准的资源分析、精细的方案设计仅是手段不同,精细化设计的本质是要求设计方要有高强的服务意识,通过精心的设计为投资方提供高品质、高水准的咨询设计成果,从而真正发挥智库作用,助力风电竞价,助力我国风电事业的健康发展。