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風(fēng)電設(shè)備優(yōu)化選型與電價關(guān)系分析
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http://china-zesir.com 發(fā)稿日期:2008-7-31
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1、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r
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(biāo)，世界各國鼓勵發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。中國有豐富的風(fēng)能資源，可開發(fā)利用的風(fēng)能資源總量為253GW，但由于風(fēng)力發(fā)電本身建設(shè)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。現(xiàn)在，世界上建設(shè)風(fēng)力發(fā)電的單位造價大約為1000美元／kW，而我國較大容量風(fēng)機設(shè)備主要靠進口，而風(fēng)力發(fā)電場建設(shè)的60％～70％投資又在風(fēng)機設(shè)備上。中國近年風(fēng)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(fēng)力發(fā)電設(shè)備選型的好壞不僅影響建設(shè)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(fēng)力發(fā)電場設(shè)計和建設(shè)中，風(fēng)力發(fā)電機組（以下簡稱風(fēng)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(fēng)機“性能價格比最優(yōu)”，永遠(yuǎn)是項目設(shè)備選擇決策的重要原則。
2．1．1風(fēng)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(fēng)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(fēng)輪直徑、塔架的高度、設(shè)備的重量都會增加。風(fēng)輪直徑和塔架高度的增加會引起風(fēng)機疲勞載荷和極限載荷的增加，要有專門加強型的設(shè)計，在風(fēng)機的控制方式上也要作相應(yīng)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(fēng)力發(fā)電機還不十分成熟，某風(fēng)場在選擇了1．3MW風(fēng)機后，僅調(diào)試就用了長達(dá)4個多月的時間，投運后發(fā)電量和設(shè)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(guān)因素a）考慮運輸與吊裝的條件和成本
1．3MW風(fēng)機需使用3MN標(biāo)稱負(fù)荷的吊車，葉片長度達(dá)29m，運輸成本相當(dāng)高，相關(guān)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(fēng)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(shè)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(fēng)機所需要的運行維護人員的技術(shù)條件及裝備相應(yīng)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(fēng)機所需要的零部件供應(yīng)難度也較大，將來備品備件問題很難解決。
2．1．3某風(fēng)場1．3MW機組綜合分析a）運行
塔架大量油跡，機組漏油嚴(yán)重，機組在大風(fēng)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(fēng)機項目。國外風(fēng)力發(fā)電市場的趨勢是發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電場，因此鼓勵大型風(fēng)機的研制。歐洲工業(yè)制造基礎(chǔ)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)服務(wù)基礎(chǔ)和資金環(huán)境能夠支持大型風(fēng)機的長期穩(wěn)定運行。運輸、吊裝能力能夠支持大型風(fēng)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(fēng)機的性能價格比是不如600kW級風(fēng)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(fēng)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(shè)投資成本C1與運行維修費用C2之和，即
式中：F———風(fēng)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(fēng)場投資比。
風(fēng)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(fēng)資源情況下，發(fā)電最多的機型為最佳。風(fēng)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(fēng)力發(fā)電有以下特點：第一，風(fēng)機的輸出受風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)速分布影響；第二，風(fēng)力發(fā)電雖然運行費用較低、建設(shè)工期短，但建風(fēng)場的一次性投資大，明顯表現(xiàn)出風(fēng)力發(fā)電項目需要相對較長的資本回收期，風(fēng)險較大。因此，在風(fēng)機選型時，可按發(fā)電成本最小原則作為指標(biāo)，因為它考慮了風(fēng)力發(fā)電的投入和效益。同時，在某些特殊情況下，如果風(fēng)力發(fā)電間的相差不大，則風(fēng)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(fēng)力發(fā)電項目時，考慮風(fēng)力發(fā)電場的設(shè)計，對風(fēng)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(fēng)險，因為風(fēng)力機設(shè)備同時決定了建場投資和發(fā)電量。良好的風(fēng)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(fēng)機與風(fēng)力發(fā)電場的優(yōu)化匹配。
2．3財務(wù)預(yù)測結(jié)果
針對國內(nèi)各風(fēng)力發(fā)電場資源狀況不同，可選擇的風(fēng)機性能、工程造價及經(jīng)營成本也不同。按我國風(fēng)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(fēng)力發(fā)電發(fā)展的最關(guān)鍵因素。要鼓勵風(fēng)力發(fā)電發(fā)展，應(yīng)保證風(fēng)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(fēng)力發(fā)電項目利潤水平的主要標(biāo)準(zhǔn)：投資利潤率、財務(wù)內(nèi)部收益率、財務(wù)凈現(xiàn)值。
2．3．1案例
現(xiàn)以裝機容量為24MW的風(fēng)力發(fā)電項目為例，分析風(fēng)電電價與項目可性性之間的關(guān)系，其經(jīng)濟指標(biāo)見表2。
該風(fēng)力發(fā)電場裝機容量24MW；設(shè)備年利用小時2400h；建設(shè)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(dāng)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(fēng)險能力差。
3 綜合與展望關(guān)系到投資者的切身利益，關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電是否順利發(fā)展的大問題。風(fēng)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(fēng)力發(fā)電生存電價的問題。為了提高風(fēng)力發(fā)電的競爭力，促進風(fēng)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(fēng)力發(fā)電政策，并確保政策的完整性與連續(xù)性；
風(fēng)機設(shè)備走國產(chǎn)化，降低設(shè)備價格和售后服務(wù)，減少風(fēng)場運營成本；
抓好前期工作，準(zhǔn)確掌握風(fēng)能資源，為工程的順利開展創(chuàng)造可靠基礎(chǔ)；
加快審批程序，縮短建設(shè)周期。
4 結(jié)束語
風(fēng)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(rèn)識與接收，也需要國家的政策支持與保護。充分利用風(fēng)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(shè)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(biāo)進行測算，至2006年底，全國電力總裝機容量將達(dá)到350GW，其風(fēng)力發(fā)電裝機應(yīng)為3．5GW，即全國風(fēng)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(fēng)力發(fā)電場投入建設(shè)和運行，風(fēng)力發(fā)電前景樂觀。
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