精細(xì)化設(shè)計(jì)助力風(fēng)電競價(jià)上網(wǎng)
日期：2019/4/4 8:52:10
（來源：2019-3-26 北極星電力網(wǎng)）
2018年國家能源局發(fā)布47號(hào)文《關(guān)于2018年度風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知》（簡稱“47號(hào)文”），提出從2019年起，新增核準(zhǔn)的集中式陸上風(fēng)電項(xiàng)目和海上風(fēng)電項(xiàng)目應(yīng)全部通過競爭方式配置和確定上網(wǎng)電價(jià)。標(biāo)志著風(fēng)電競價(jià)時(shí)代已全面到來。
競價(jià)成功，僅是風(fēng)電場全周期的第一環(huán)節(jié)，項(xiàng)目最終落地，且在全生命周期中實(shí)現(xiàn)必要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，才是最終目標(biāo)。
競價(jià)不是盲目降價(jià)，需要全產(chǎn)業(yè)鏈各方、全生命周期各環(huán)節(jié)協(xié)同作用！
截止2019年1月9日，相繼有廣東省、寧夏自治區(qū)、江蘇省、陜西省、天津市、福建省、上海市等七個(gè)省直轄市正式出臺(tái)了風(fēng)電競價(jià)配置辦法（或征求意見稿），其余省份競價(jià)細(xì)則也將陸續(xù)出臺(tái)。
表１：競爭要素分值
注：1.廣東省電價(jià)不設(shè)最高分的省份，但不低于40分。
2. 江蘇省通過技術(shù)評(píng)選的項(xiàng)目按申報(bào)電價(jià)的由低到高的順序，分配年度新增（核準(zhǔn)）建設(shè)規(guī)模。
3.上海市競爭要素?zé)o具體分值，待后續(xù)細(xì)則出臺(tái)。
以上六類要素，可歸納為外部因素和內(nèi)部因素兩類。如：接入消納條件、已開展前期工作可視為外部因素；企業(yè)能力、設(shè)備先進(jìn)性、技術(shù)方案、電價(jià)則為內(nèi)部因素。
圖2：競爭要素分值占比率
由上圖可知，技術(shù)方案、電價(jià)占比較高，而電價(jià)是“果”，受其他五“因”影響。
如何做到合理的電價(jià)，將是對(duì)每個(gè)風(fēng)電投資企業(yè)和設(shè)計(jì)院的重大考驗(yàn)——算得準(zhǔn)，能落地，有利潤。
一
平價(jià)時(shí)代離我們有多遠(yuǎn)？
《國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)〈能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）〉的通知》（國辦發(fā)〔2014〕31號(hào)）明確指出，要大力發(fā)展風(fēng)電，到2020年風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到2億千瓦，風(fēng)電與煤電上網(wǎng)電價(jià)相當(dāng)。
尤其是“十二五”~“十三五”的近十年中，相繼出臺(tái)一系列的政策，促進(jìn)我國新能源規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，技術(shù)水平不斷進(jìn)步，開發(fā)建設(shè)成本持續(xù)降低，目前部分資源條件好、投資環(huán)境良好、煤電標(biāo)桿電價(jià)高的地區(qū)已基本具備無補(bǔ)貼平價(jià)上網(wǎng)的條件。
表2：近十年風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)變化（單位：元/kWh）
Ⅰ類資源與當(dāng)?shù)氐拿摿蛉济弘妰r(jià)差異圖，如圖4所示。
圖4：Ⅰ類資源與當(dāng)?shù)氐拿摿蛉济弘妰r(jià)差異圖
從圖4推出，在不考慮限電的情況下，Ⅰ類資源區(qū)離平價(jià)上網(wǎng)相差0.1171~0.15元之間。
Ⅱ類資源與當(dāng)?shù)氐拿摿蛉济弘妰r(jià)差異圖，如圖5所示。
圖5：Ⅱ類資源與當(dāng)?shù)氐拿摿蛉济弘妰r(jià)差異圖
從圖5推出，在不考慮限電的情況下，Ⅱ類資源區(qū)離平價(jià)上網(wǎng)相差0.078~0.1522元之間。
Ⅲ類資源與當(dāng)?shù)氐拿摿蛉济弘妰r(jià)差異圖，如圖6所示。
圖6：Ⅲ類資源與當(dāng)?shù)氐拿摿蛉济弘妰r(jià)差異圖
從圖6推出，在不考慮限電的情況下，Ⅲ類資源區(qū)離平價(jià)上網(wǎng)相差0.116~0.24元之間。
Ⅳ類資源與當(dāng)?shù)氐拿摿蛉济弘妰r(jià)差異圖，如圖7所示。
圖7：Ⅳ類資源與當(dāng)?shù)氐拿摿蛉济弘妰r(jià)差異圖
從圖7推出，在不考慮限電的情況下，Ⅳ類資源區(qū)離平價(jià)上網(wǎng)相差0.117~0.2453元之間。
據(jù)國家發(fā)展改革委統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，全國風(fēng)電、光伏裝機(jī)達(dá)到3.6億千瓦，占全部裝機(jī)比例近20%。風(fēng)電、光伏全年發(fā)電量6000億千瓦時(shí)，占全部發(fā)電量接近9%。2017年投產(chǎn)的風(fēng)電、光伏電站平均建設(shè)成本比2012年分別降低了20%和45%。
由此可見，在資源條件優(yōu)良、建設(shè)成本低、投資和市場條件好的地區(qū)，風(fēng)電、光伏發(fā)電成本已達(dá)到燃煤標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)水平，具備了平價(jià)上網(wǎng)的條件。
二
競價(jià)對(duì)風(fēng)電開發(fā)（企業(yè)）的
影響
伴隨著“47號(hào)文”的落地，對(duì)風(fēng)電開發(fā)企業(yè)而言，開發(fā)思路需要改變，需要從“粗放式的前期開發(fā)”向“精細(xì)化開發(fā)”轉(zhuǎn)換，以更好地應(yīng)對(duì)風(fēng)電競價(jià)。
傳統(tǒng)集中式風(fēng)電場開發(fā)建設(shè)流程如下：
圖8：傳統(tǒng)集中式風(fēng)電場開發(fā)建設(shè)流程
根據(jù)“47號(hào)文”，區(qū)分了兩類項(xiàng)目主體的不同開發(fā)建設(shè)流程：
圖9：已確定投資主體的項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)流程
圖10：未確定投資主體的項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)流程
無論對(duì)于哪種投資主體，在風(fēng)電競價(jià)時(shí)代，合理的電價(jià)至關(guān)重要。
本文從設(shè)計(jì)角度談?wù)?，如何通過精細(xì)化設(shè)計(jì)確定最優(yōu)技術(shù)方案，從而精準(zhǔn)的測算電價(jià)。
三
精細(xì)化設(shè)計(jì)如何助力風(fēng)電競價(jià)
體現(xiàn)在三個(gè)關(guān)鍵詞：精準(zhǔn)、精細(xì)、精心
1精準(zhǔn)的選址與資源分析
競價(jià)上網(wǎng)項(xiàng)目為了更加精確評(píng)估項(xiàng)目的發(fā)電量和收益，前提是客觀精準(zhǔn)的資源分析，風(fēng)資源的獲取途徑通常有以下幾種方式：
? 測風(fēng)塔數(shù)據(jù)
? 氣象站數(shù)據(jù)
? 周邊測風(fēng)塔和已運(yùn)行風(fēng)電場的數(shù)據(jù)
? 中尺度數(shù)據(jù)
? 風(fēng)能與氣象平臺(tái)
? 激光雷達(dá)測風(fēng)
? 虛擬測風(fēng)塔
想要做到精準(zhǔn)的資源分析，需要結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況，采用相應(yīng)的方法。同時(shí)對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)。
宏觀選址階段：實(shí)際設(shè)立測風(fēng)塔數(shù)量及代表性不足，此時(shí)可參考風(fēng)能氣象平臺(tái)與周圍測風(fēng)塔和已運(yùn)行的風(fēng)電場數(shù)據(jù)，并輔以中尺度數(shù)據(jù)對(duì)區(qū)域內(nèi)的風(fēng)資源進(jìn)行初步分析判斷。
可行性研究階段：根據(jù)規(guī)范及行業(yè)一般做法，應(yīng)設(shè)立足夠數(shù)量的測風(fēng)塔作為資源分析的基礎(chǔ)依據(jù),并收集氣象站資料及中尺度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。但隨著風(fēng)電柔性塔筒技術(shù)的推廣，很多測風(fēng)塔高度已經(jīng)低于預(yù)裝輪轂高度，使用測風(fēng)數(shù)據(jù)需推算至輪轂高度處，風(fēng)數(shù)據(jù)存在較大誤差。應(yīng)對(duì)評(píng)估區(qū)域內(nèi)增加與輪轂高度相當(dāng)?shù)臏y風(fēng)塔，進(jìn)行風(fēng)資源補(bǔ)測。
在微觀選址階段（初設(shè)）：通常測風(fēng)塔數(shù)量及代表性均以滿足準(zhǔn)確資源分析的條件。優(yōu)先使用氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行代表年訂正，其次使用中尺度數(shù)據(jù)進(jìn)行訂正。在地形復(fù)雜山地風(fēng)電場，可以使用虛擬測風(fēng)塔對(duì)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。
在競價(jià)上網(wǎng)政策下，風(fēng)資源分析水平應(yīng)到初設(shè)深度，為業(yè)主提供更為精準(zhǔn)判斷。以測風(fēng)塔實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。收集氣象站、中尺度或臨近測風(fēng)塔的長期數(shù)據(jù)和同期數(shù)據(jù)，與測風(fēng)塔數(shù)據(jù)做相關(guān)分析，對(duì)風(fēng)電場判定大小風(fēng)年，訂正合理的水平年數(shù)據(jù)。在條件允許下，采用激光雷達(dá)短期測風(fēng)數(shù)據(jù)對(duì)測風(fēng)塔長期數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。
影響風(fēng)資源判斷重要因素之一是測風(fēng)塔選址是否具有代表性，測風(fēng)塔選址的代表性取決于測風(fēng)塔位置及數(shù)量，測風(fēng)塔的位置與數(shù)量則是由風(fēng)電場的地形與范圍決定。
國標(biāo)GBT 51096-2015《風(fēng)力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》3.2.1規(guī)定：
地形較為平坦的風(fēng)力發(fā)電場可選擇廠址中央處安裝測量設(shè)備，一座測風(fēng)塔控制半徑不宜超過5km,地形較為復(fù)雜的風(fēng)力發(fā)電場（含丘陵地區(qū)）應(yīng)區(qū)分不同區(qū)域及地段，選擇各地段有代表性的場址安裝測量設(shè)備，一座測風(fēng)塔控制半徑不宜超過2km。
橫向?qū)Ρ雀鞔蟀l(fā)電集團(tuán)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)我司20余年新能源工程咨詢設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，建議采取如下精度為宜:
平坦地形測風(fēng)塔控制半徑為5km；丘陵低山地形測風(fēng)塔的控制半徑為3km；復(fù)雜山地地形測風(fēng)塔的的控制半徑為2km。
2精細(xì)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化工程量精細(xì)分析
更優(yōu)化、更合理、更智能、更科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，是參與風(fēng)電競價(jià)的基礎(chǔ)。提高發(fā)電量、降低成本是兩個(gè)主要途徑。
01
提高發(fā)電量
選出最合適的機(jī)型、確定最合理的布機(jī)方案，是提高發(fā)電量的基本路徑。
如何有針對(duì)性地選擇最合適的機(jī)型，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行精細(xì)化的方案比選。
眾所周知，提升塔筒高度可提高發(fā)電量正向影響收益，同時(shí)也會(huì)因增加成本反向影響收益。如何選擇最優(yōu)的塔筒高度，則需分析兩者間的對(duì)沖關(guān)系。
案例一：
該風(fēng)電場為安徽省某50MW風(fēng)電項(xiàng)目，IV類資源區(qū)，場內(nèi)有三座測風(fēng)塔，場區(qū)海拔35~90m，風(fēng)切變指數(shù)范圍為0.1~0.2之間，為中等切變。
圖11：風(fēng)電場測風(fēng)塔數(shù)據(jù)
表3：各測風(fēng)塔風(fēng)切變一覽表
我們要通過多方案比選，驗(yàn)證提升輪轂高度獲取更好的風(fēng)能資源效果。
常規(guī)可行性研究階段的機(jī)型比選方式如下：
在機(jī)型比選階段，我們根據(jù)對(duì)5種機(jī)型進(jìn)行發(fā)電量測算，在相同的平臺(tái)上從靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析兩個(gè)角度分別進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，具體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見下表4。
表4：技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表
可得出：推薦經(jīng)濟(jì)效益最好、單機(jī)容量為2000kW的WTG1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。
然而，為了分析得出最優(yōu)的塔筒高度方案，還需對(duì)每個(gè)機(jī)位點(diǎn)的資源情況進(jìn)行深入的精細(xì)化分析，從而選出最優(yōu)的塔筒高度，如下：
表5：選定機(jī)型不同輪轂高度技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表
由上表可知，通過引入不同輪轂高度機(jī)組參與方案比選，我們找到了更優(yōu)的布機(jī)方案。
如此比選的意義何在？對(duì)此我們做了經(jīng)濟(jì)性分析，如下：
表6：方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比
經(jīng)測算，通過引入不同塔筒的高度的方案較單一高度方案，資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率IRR提高了0.32%，通過反算后與當(dāng)?shù)氐拿摿蛉济弘妰r(jià)相差為0.57-0.567=0.003元/kWh。
可見，通過精細(xì)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可分析得出更具競爭力的競標(biāo)電價(jià)。
而單一案例是否具有代表性？我們又根據(jù)某實(shí)際案例為基礎(chǔ)，進(jìn)行了一系列的拓展模型分析，如下：
案例二：
某山西省低海拔山區(qū)，裝機(jī)容量為50MW，風(fēng)機(jī)選型：2.5MW, 輪轂高度分別為90、100、120、140m。項(xiàng)目接入110kV電壓等級(jí)，配套新建一座110kV升壓站，不考慮送出工程費(fèi)用。出資方式：資本金20%，銀行貸款80%，貸款利率4.9%，建設(shè)期1年。概算水平測算數(shù)據(jù)如表7所示。
表7：概算水平測算數(shù)據(jù)表
通過塔筒高度的不同程度提升，增加的發(fā)電量帶來的收益能否抵消對(duì)應(yīng)增加的投資？
以90m為初始輪轂高度，依次提升到目標(biāo)輪轂高度100m、120m和140m，通過對(duì)比塔筒高差提高的小時(shí)數(shù)和投資增加后達(dá)到相同收益率需提高的小時(shí)數(shù)，分析兩者間的對(duì)沖關(guān)系。
表8：塔筒高度選型對(duì)財(cái)務(wù)收益影響
可見，不同資源區(qū)，風(fēng)切變不同時(shí)，通過提升輪轂高度對(duì)財(cái)務(wù)收益的影響差異較大。
為了更準(zhǔn)確的分析差異。我們經(jīng)過一系列的模型測算，將不同資源條件下，不同資源區(qū)內(nèi)的對(duì)比情況統(tǒng)計(jì)如下：
表9：塔筒高度選型對(duì)電價(jià)的影響（α=0.143）
表10：塔筒高度選型對(duì)電價(jià)的影響（α=0.2）
由以上兩表可知，在同等造價(jià)水平，保證收益率不變前提下，切變較大時(shí)，在III、IV類資源區(qū)，通過更高輪轂高度的方案競配更低電價(jià)的效果更明顯。
02
降低工程造價(jià)
我國陸上風(fēng)電場的建設(shè)成本及占比見下圖：
注：數(shù)據(jù)來自于隨機(jī)選取50個(gè)2016~2018年國有發(fā)電集團(tuán)收口版可研樣本。
其中，方案的優(yōu)劣、設(shè)計(jì)精細(xì)化程度則主要體現(xiàn)在建筑工程成本之中。
降低成本主要從如下方面著手設(shè)計(jì)：
（1）采用集成化電氣設(shè)備：如采用預(yù)裝式變電站；在塔筒內(nèi)設(shè)置箱變等。
（2）優(yōu)化道路路徑和工程量：采用三維設(shè)計(jì)，使道路工程量更貼合實(shí)際；路面材料就地或就近選用等。
（3）優(yōu)化集電線路路徑、選擇合理塔型和相應(yīng)的基礎(chǔ)形式。合理選擇單、雙回路徑，優(yōu)先采用單回路鐵塔；依據(jù)導(dǎo)線型號(hào)、氣象條件選擇相應(yīng)的塔型；根據(jù)地勘報(bào)告，配置相應(yīng)的基礎(chǔ)形式。
（4） 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行多方案比選，選取最優(yōu)方案：在符合安全的前提下選用適合場地地質(zhì)，工程量少造價(jià)較低的基礎(chǔ)方案。
以上各項(xiàng)均對(duì)建筑工程造價(jià)有著較大影響，以下案例尤為典型。
案例三：
該項(xiàng)目為IV類資源區(qū)的山西省，可研、初設(shè)階段，所選機(jī)型發(fā)生變化，且因兩階段，該企業(yè)對(duì)地質(zhì)勘查工作技術(shù)要求程度不同，造成不同階段掌握到的地質(zhì)情況準(zhǔn)確程度有一定差異，對(duì)技術(shù)方案及工程造價(jià)影響不容小覷。
表11：不同機(jī)型基礎(chǔ)造價(jià)差異表
經(jīng)過方案優(yōu)化，僅風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)方案一項(xiàng)，在保證相同收益時(shí)，電價(jià)可降低3分錢，這對(duì)于競價(jià)項(xiàng)目而言，非常可觀。
四
結(jié)語
我國風(fēng)電“井噴式發(fā)展”的時(shí)代一去不返，逐步走上“以質(zhì)取勝”的健康之路。實(shí)施“競價(jià)”，迎接“平價(jià)”是全體中國風(fēng)電人面臨的新考驗(yàn)。風(fēng)電競價(jià)不是盲目降價(jià)，要做好“應(yīng)對(duì)競價(jià)”、“迎接平價(jià)”，需全產(chǎn)業(yè)鏈各方、全生命周期各環(huán)節(jié)協(xié)同作用！
精準(zhǔn)的資源分析、精細(xì)的方案設(shè)計(jì)僅是手段不同，精細(xì)化設(shè)計(jì)的本質(zhì)是要求設(shè)計(jì)方要有高強(qiáng)的服務(wù)意識(shí)，通過精心的設(shè)計(jì)為投資方提供高品質(zhì)、高水準(zhǔn)的咨詢設(shè)計(jì)成果，從而真正發(fā)揮智庫作用，助力風(fēng)電競價(jià)，助力我國風(fēng)電事業(yè)的健康發(fā)展。
