文 | 宋育紅

中國(guó)風(fēng)電近十年來快速發(fā)展，全國(guó)總裝機(jī)容量自2010年以來一直穩(wěn)居榜首。風(fēng)電場(chǎng)的投資，不是買來風(fēng)電機(jī)組一裝了事，風(fēng)電機(jī)組選型直接關(guān)系到風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的效益，也決定著投資人的回報(bào)率。隨著風(fēng)電機(jī)組制造業(yè)日臻成熟，適合中國(guó)低風(fēng)速風(fēng)況的國(guó)產(chǎn)化長(zhǎng)葉片風(fēng)電機(jī)組已有很多型號(hào)可供選擇，不再處于若干年前東方人不得不穿歐版西服的尷尬境地。因此，一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)選用合適的機(jī)型，才能保證投入最少、產(chǎn)出最大。

在投資開發(fā)風(fēng)電場(chǎng)之初，需要根據(jù)歷史氣象數(shù)據(jù)資料選定擬開發(fā)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域，之后根據(jù)地形地勢(shì)豎桿立塔進(jìn)行測(cè)風(fēng)（通常至少測(cè)滿完整一年），并根據(jù)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行校核修訂，最后由設(shè)計(jì)院匯總出代表該區(qū)域風(fēng)能資源的主要數(shù)據(jù)資料，包括風(fēng)頻分布、主導(dǎo)風(fēng)向、50年一遇的極大風(fēng)速等數(shù)據(jù)，并出具風(fēng)能資源分析報(bào)告。這是風(fēng)電機(jī)組選型的基礎(chǔ)指標(biāo)，也是今后微觀選址布機(jī)的重要依據(jù)，我們通常稱之為風(fēng)電場(chǎng)的“基因”工程。

在獲得風(fēng)電場(chǎng)的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)分析報(bào)告之后，通常就可以據(jù)此進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組初步選型了。設(shè)計(jì)院在可研報(bào)告中也有相應(yīng)的章節(jié)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的選型進(jìn)行測(cè)算分析。風(fēng)電場(chǎng)立項(xiàng)之后，業(yè)主會(huì)將風(fēng)能資源數(shù)據(jù)放入風(fēng)電機(jī)組設(shè)備招標(biāo)文件中，由設(shè)備商據(jù)此投標(biāo)，通過組織評(píng)標(biāo)專家評(píng)審，最后選定中標(biāo)風(fēng)電機(jī)組。風(fēng)電項(xiàng)目投資中，風(fēng)電設(shè)備價(jià)格過去一直占總投資70%以上，雖然由于風(fēng)電機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化率提高以及制造水平日臻成熟，風(fēng)電機(jī)組設(shè)備價(jià)格逐步降低，但近幾年風(fēng)電機(jī)組設(shè)備價(jià)格仍占總投資的50%以上，比重不可小覷，因此風(fēng)電機(jī)組的選型尤為重要。設(shè)計(jì)院、評(píng)標(biāo)專家不可或缺，但投資人自己明白選型的核心價(jià)值更為重要。筆者通過十幾年的學(xué)習(xí)、工作和實(shí)踐，逐步建立、積累了一種簡(jiǎn)便的風(fēng)電機(jī)組選型測(cè)算方法，不僅能夠在風(fēng)電機(jī)組初選中把握方向，在最終的風(fēng)電機(jī)組評(píng)標(biāo)、合同談判中也能掌握主動(dòng)，做到心中有數(shù)、成竹在胸，有條不紊地做好風(fēng)電機(jī)組選型工作，為公司投資決策做好參謀。

方法概述

由于風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量、發(fā)電模式以及技術(shù)路線不同，單憑投標(biāo)價(jià)格不能選出風(fēng)電場(chǎng)最適用風(fēng)電機(jī)組，也就是說，不是投標(biāo)價(jià)格越低越好，也不是發(fā)電量越高越好。從投資人獲益最大化角度出發(fā)，應(yīng)該選擇投入產(chǎn)出最大的風(fēng)電機(jī)組，也就是度電成本最低的風(fēng)電機(jī)組。例如，1.5MW、2MW和3MW風(fēng)電機(jī)組報(bào)價(jià)各不相同，同樣單機(jī)容量因?yàn)殡p饋和直驅(qū)等不同技術(shù)路線價(jià)格也不相同，單機(jī)大容量的報(bào)價(jià)高，但單臺(tái)發(fā)電量也高，而在總?cè)萘恳欢ǖ那疤嵯屡_(tái)數(shù)會(huì)相對(duì)較少，相應(yīng)的風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)、場(chǎng)內(nèi)線路等工程量也會(huì)減少，此外，還應(yīng)考慮風(fēng)電機(jī)組20年生命周期內(nèi)的運(yùn)維費(fèi)用，針對(duì)每一款投標(biāo)風(fēng)電機(jī)組，把以上大賬算下來落到度電成本上再進(jìn)行比較，就能確定最適用風(fēng)電機(jī)組。

按20年生命周期計(jì)算是最系統(tǒng)最全面的，但對(duì)于我們非設(shè)計(jì)單位的“業(yè)余人士”而言，風(fēng)電機(jī)組選型只比出性價(jià)比高的即可，沒必要計(jì)算得那么嚴(yán)格精準(zhǔn)。因此，上面將所說的度電成本比較法改為度電費(fèi)用比較法更為貼切、簡(jiǎn)便。如果將風(fēng)電場(chǎng)涉及的所有支出都詳盡列入費(fèi)用計(jì)算，那么度電費(fèi)用就會(huì)更加逼近度電成本了。

案例分析

下面以河北省圍場(chǎng)縣風(fēng)電項(xiàng)目設(shè)備招投標(biāo)為例，介紹一種測(cè)算度電費(fèi)用的方法，并據(jù)此選出最適用風(fēng)電機(jī)組設(shè)備。

圍場(chǎng)項(xiàng)目位于河北境內(nèi)，此項(xiàng)目測(cè)風(fēng)滿一年，并經(jīng)氣象站五十年相關(guān)數(shù)據(jù)校核，匯總出風(fēng)電場(chǎng)的重要風(fēng)能資源數(shù)據(jù)（表1）載明于招標(biāo)文件；圍場(chǎng)項(xiàng)目有A、B、C三家設(shè)備商投標(biāo)，各家風(fēng)電機(jī)組參數(shù)（表2）載明于投標(biāo)文件中。我們可根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)和設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算分析并得出風(fēng)電機(jī)組選型結(jié)論。

表1 圍場(chǎng)風(fēng)電項(xiàng)目資源參數(shù)

一 、錄入風(fēng)電場(chǎng)重要參數(shù)：不同測(cè)風(fēng)高度對(duì)應(yīng)的風(fēng)頻分布、空氣密度、輪轂高度、50年一遇極大風(fēng)速和最大風(fēng)速等

二、計(jì)算各投標(biāo)風(fēng)電機(jī)組單機(jī)年發(fā)電量

（1）為投標(biāo)設(shè)備商建立一個(gè)excel表（表2），輸入各已知參數(shù)，根據(jù)測(cè)風(fēng)高度、風(fēng)頻分布、輪轂高度計(jì)算出輪轂高度的風(fēng)速；

（2）根據(jù)（1）和功率曲線計(jì)算出相應(yīng)的出力；

（3）根據(jù)（2）和風(fēng)頻分布計(jì)算出單機(jī)年發(fā)電量。

三、計(jì)算出風(fēng)電場(chǎng)費(fèi)用總價(jià)（A、B、C合表計(jì)算）

建立表3，以風(fēng)電機(jī)組供貨商A、B和C為例，分別將其機(jī)組設(shè)備的主要參數(shù)列出，其中“單機(jī)理論年發(fā)電量”為表2的計(jì)算結(jié)果，根據(jù)供貨臺(tái)數(shù)和折減經(jīng)驗(yàn)計(jì)算出“總發(fā)電量”。后面根據(jù)供貨投標(biāo)設(shè)備所提供的塔筒重量和高度、風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖等分別計(jì)算出塔筒的價(jià)格、基礎(chǔ)的費(fèi)用以及吊裝、箱變基礎(chǔ)等相關(guān)工程的費(fèi)用，最后得出“費(fèi)用總價(jià)”。

由于該項(xiàng)目招標(biāo)時(shí)國(guó)內(nèi)兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組剛剛起步，還未有運(yùn)營(yíng)多年的生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用數(shù)據(jù)，現(xiàn)在許多風(fēng)電機(jī)組已有運(yùn)行10年的成本數(shù)據(jù)，同行們可在表3的“其他費(fèi)用”中錄入并計(jì)算出最終的“費(fèi)用總價(jià)”。重要的相關(guān)費(fèi)用涵蓋越多，度電費(fèi)用就越貼近實(shí)際，設(shè)備選型也就越準(zhǔn)確。

四、計(jì)算出風(fēng)電場(chǎng)度電費(fèi)用

建立表4，以風(fēng)電機(jī)組供貨商A、B和C為例，由于風(fēng)電場(chǎng)生命周期為20年，分別列出各發(fā)電設(shè)備20年各年度理論發(fā)電量，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)理論，計(jì)算出20年折現(xiàn)“發(fā)電量”，再用各自相應(yīng)的“費(fèi)用總價(jià)”去除，繼而得出度電費(fèi)用。

攝影：肖紅波

表2 三家設(shè)備商所提供風(fēng)電機(jī)組參數(shù)及發(fā)電量計(jì)算

b.設(shè)備商B風(fēng)電機(jī)組參數(shù)及發(fā)電量計(jì)算機(jī)型 B77-1500 測(cè)風(fēng)高度（m） 65 風(fēng)速轉(zhuǎn)換系數(shù) 1 塔重（t） 109.49風(fēng)輪直徑（m）77單機(jī)容量（kW）/臺(tái)數(shù)1500/33風(fēng)電場(chǎng)容量（萬千瓦）4.95 50年極大風(fēng)速（m/s）52.5輪轂高度（m）65年平均風(fēng)速（m/s）6.73 風(fēng)電場(chǎng)密度（ kg/m3）1.067標(biāo)準(zhǔn)密度（ kg/m3）1.225序號(hào)風(fēng)速(m/s) 風(fēng)頻分布（h）/65m功率曲線（kW）對(duì)應(yīng)功率曲線風(fēng)速（m/s）輪轂風(fēng)速（m/s）/65m相應(yīng)出力（kW）/pd+(pg-pd)＊0.x 相應(yīng)發(fā)電量（kWh）/W=P＊T 1 0 0 0 0 0 0 0 2 172 0 1 1 0 0 3 2 296 0 2 2 0 0 1 4 507 6 3.5 3 6 3042 5 4 605 37 4 4 37 22385 3 6 776 109 5 5 109 84584 7 6 988 212 6 6 212 209456 5 8 1085 357 7 7 357 387345 9 8 1014 549 8 8 549 556686 7 10 9 860 784 9 9 784 674240 11 10 713 1041 10 10 1041 742233 12 11 515 1293 11 11 1293 665895 13 12 335 1438 12 12 1438 481730 14 13 283 1497 13 13 1497 423651 15 14 195 1500 14 14 1500 292500 16 15 139 1500 15 15 1500 208500 17 16 70 1500 16 16 1500 105000 18 17 71 1500 17 17 1500 106500 19 18 48 1500 18 18 1500 72000 20 19 27 1500 19 19 1500 40500 21 20 25 1500 20 20 1500 37500 22 21 17 1500 21 21 1500 25500 23 22 9 1500 22 22 1500 13500 24 23 4 1500 23 23 1500 6000 25 24 5 1500 24 24 1500 7500 1 0 25 0 0 0單機(jī)年發(fā)電量（kWh） 5166247

c.設(shè)備商C風(fēng)電機(jī)組參數(shù)及發(fā)電量計(jì)算機(jī)型 C1.5 測(cè)風(fēng)高度（m） 65 風(fēng)速轉(zhuǎn)換系數(shù) 1 塔重（t） 104.66風(fēng)輪直徑（m） 82.04 單機(jī)容量（kW）/臺(tái)數(shù) 1500/33 風(fēng)電場(chǎng)容量(萬千瓦) 4.95 50年極大風(fēng)速（m/s） 52.5輪轂高度（m）65年平均風(fēng)速（m/s）6.73 風(fēng)電場(chǎng)密度（kg/m3）1.067標(biāo)準(zhǔn)密度（kg/m3）1.225序號(hào) 風(fēng)速(m/s) 風(fēng)頻分布(h)/65m功率曲線(kW)對(duì)應(yīng)功率曲線風(fēng)速(m/s)輪轂風(fēng)速(m/s)/65m相應(yīng)出力(kW)/pd+(pg-pd)＊0.x相應(yīng)發(fā)電量（kWh）/W=P＊T 1 0 0 0 0 0 0 0 2 172 0 1 1 0 0 3 2 296 0 2 2 0 0 1 4 507 3.02 3 3 3.02 1531.14 5 4 605 47.14 4 4 47.14 28519.7 3 6 776 115.2 5 5 115.2 89395.2 7 6 988 227.18 6 6 227.18 224453.84 5 8 1085 387.97 7 7 387.97 420947.45 9 8 1014 604.57 8 8 604.57 613033.98 7 10 9 860 882.28 9 9 882.28 758760.8 11 10 713 1168.82 10 10 1168.82 833368.66 12 11 515 1437.68 11 11 1437.68 740405.2 13 12 335 1500 12 12 1500 502500 14 13 283 1500 13 13 1500 424500 15 14 195 1500 14 14 1500 292500 16 15 139 1500 15 15 1500 208500 17 16 70 1500 16 16 1500 105000 18 17 71 1500 17 17 1500 106500 19 18 48 1500 18 18 1500 72000 20 19 27 1500 19 19 1500 40500 21 20 25 1500 20 20 1500 37500 22 21 17 1500 21 21 1500 25500 23 22 9 1500 22 22 1500 13500 24 23 4 1500 23 23 1500 6000 25 24 5 1500 24 24 1500 7500 1 0 25 0 0 0單機(jī)年發(fā)電量（kWh） 5552415.97

五、風(fēng)電機(jī)組初選型

建立表5，以風(fēng)電機(jī)組供貨商A、B和C為例，將上述各表的主要指標(biāo)和計(jì)算結(jié)果匯總。根據(jù)上述計(jì)算和匯總，可以粗算出三家投標(biāo)廠家的度電費(fèi)用，表5中供貨商C的度電費(fèi)用最低，對(duì)該項(xiàng)目而言，應(yīng)為最佳推薦機(jī)型。

另外還有以下幾點(diǎn)需要關(guān)注：

（1）關(guān)于空氣密度。招標(biāo)時(shí)我們都要求設(shè)備商提供設(shè)計(jì)認(rèn)證和型式認(rèn)證報(bào)告，以及針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)空氣密度下的保證功率曲線。值得注意的是風(fēng)電機(jī)組認(rèn)證報(bào)告中的功率曲線是在標(biāo)準(zhǔn)空氣密度（1.225kg/m3）下的數(shù)值，我們?cè)谟?jì)算發(fā)電量時(shí)要使用實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)的空氣密度下的功率曲線（設(shè)備商提供的保證功率曲線）。以圍場(chǎng)風(fēng)電場(chǎng)為例，該風(fēng)電場(chǎng)空氣密度為1.067 kg/m3，低于標(biāo)準(zhǔn)空氣密度，因此修正完的風(fēng)電場(chǎng)功率曲線應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)功率曲線值低，依此計(jì)算的發(fā)電量也低。過往風(fēng)電機(jī)組招標(biāo)就出現(xiàn)過投標(biāo)人直接用標(biāo)準(zhǔn)功率曲線作為保證功率曲線投標(biāo)的情況，因此在計(jì)算發(fā)電量前應(yīng)先審核保證功率曲線的真實(shí)準(zhǔn)確性。

表3 風(fēng)電機(jī)組設(shè)備商風(fēng)電場(chǎng)費(fèi)用數(shù)據(jù)列表

表4 設(shè)備商投標(biāo)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的度電費(fèi)用（折現(xiàn)率：8%）

（2）關(guān)于安全性。IEC標(biāo)準(zhǔn)有2類安全風(fēng)速，一是平均風(fēng)速，用以考量風(fēng)電機(jī)組的疲勞載荷；二是極大風(fēng)速（3s平均）或最大風(fēng)速（10min平均），又稱生存風(fēng)速，二者是1.4倍關(guān)系，通常分析一個(gè)即可，用以考量極端載荷。以圍場(chǎng)風(fēng)電場(chǎng)為例，實(shí)際空氣密度下50年一遇的極大風(fēng)速是52.2m/s，折合到標(biāo)準(zhǔn)空氣密度下的極大風(fēng)速應(yīng)低于52.2m/s，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)電場(chǎng)平均風(fēng)速6.73m/s，屬三類風(fēng)電場(chǎng)，抗極大風(fēng)速為52.5m/s，大于前折算極大風(fēng)速值，因此投標(biāo)的風(fēng)電機(jī)組均處于安全范圍內(nèi)。

表5 風(fēng)電機(jī)組設(shè)備主要指標(biāo)和計(jì)算結(jié)果匯總

結(jié)論

本文介紹了風(fēng)電機(jī)組設(shè)備初選型的一種方法，要點(diǎn)就是通過提供的風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)頻分布、極限風(fēng)速等主要數(shù)據(jù)和風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的功率曲線、輪轂高度、單機(jī)容量、投標(biāo)價(jià)格等主要數(shù)據(jù)分別計(jì)算出擬選風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的總發(fā)電量和總費(fèi)用，進(jìn)而計(jì)算出風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的度電費(fèi)用，最低者為最佳，應(yīng)將業(yè)主發(fā)一度電投入最少的風(fēng)電機(jī)組設(shè)備作為首選。

以上引例介紹的是風(fēng)電機(jī)組初選型的一種方法，該方法也可用于風(fēng)電機(jī)組預(yù)選型分析，即可以建一個(gè)風(fēng)電機(jī)組資源庫(kù)，將國(guó)內(nèi)外可獲取主流風(fēng)電機(jī)組的型號(hào)、單機(jī)容量、輪轂高度、功率曲線等參數(shù)一一列入，隨時(shí)查用；另外，在評(píng)標(biāo)中也可校核投標(biāo)機(jī)型的數(shù)據(jù)是否真實(shí)可信。中國(guó)風(fēng)能設(shè)備分會(huì)每年都會(huì)匯編一冊(cè)風(fēng)電機(jī)組匯總資料，大家可以據(jù)此建庫(kù)。

攝影：何海青