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三
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:
测风塔数据
气象站数据
周边测风塔和已运行风电场的数据
中尺度数据
风能与气象平台
激光雷达测风
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。
图11:风电场测风塔数据
表3:各测风塔风切变一览表
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。
表4:技术经济比较表
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:
表5:选定机型不同轮毂高度技术经济比较表
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:
表6:方案经济性对比
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。
表7:概算水平测算数据表
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?
以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。
表8:塔筒高度选型对财务收益影响
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。
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