文 | 韓寶云，羅芳

風(fēng)電項(xiàng)目可研階段發(fā)電量估算準(zhǔn)確性的影響因素分析及對(duì)策

文 | 韓寶云，羅芳

攝影：呂光華

根據(jù)中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，截至2013年年底，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量突破9000萬(wàn)千瓦。2013年，全國(guó)風(fēng)電上網(wǎng)電量1371億千瓦時(shí)，風(fēng)電在電力系統(tǒng)中的比重穩(wěn)步上升，風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益更加顯著。但是，經(jīng)過(guò)幾年的開(kāi)發(fā)，我國(guó)開(kāi)發(fā)難度較小、風(fēng)能資源豐富、接入條件好的區(qū)域已經(jīng)開(kāi)發(fā)建設(shè)完成，未來(lái)的風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)區(qū)域多處在風(fēng)能資源次豐富區(qū)或地形復(fù)雜、建設(shè)難度較大的地區(qū)。

風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)初期，需要論證分析風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的可行性。風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量作為分析風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)可行性最重要的內(nèi)容之一，是風(fēng)能規(guī)劃制訂、風(fēng)電場(chǎng)選址、電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃、風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)和管理的重要基礎(chǔ)，也是整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)、運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，在一定程度上反映了風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目的效益水平和風(fēng)險(xiǎn)程度，影響和決定著風(fēng)電場(chǎng)的投資決策。影響風(fēng)電場(chǎng)可行性研究階段發(fā)電量估算準(zhǔn)確性的因素較多，需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行分析研究，避免不必要的誤差，盡量使風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量預(yù)測(cè)結(jié)果更加精準(zhǔn)，為項(xiàng)目決策提供科學(xué)可靠依據(jù)。

影響風(fēng)電場(chǎng)可行性研究階段發(fā)電量估算準(zhǔn)確性的因素

根據(jù)《風(fēng)電場(chǎng)工程可行性研究報(bào)告編制辦法》，風(fēng)電機(jī)組選型和發(fā)電量估算是風(fēng)電場(chǎng)可行性研究報(bào)告中重要的章節(jié)，也關(guān)系到項(xiàng)目的財(cái)務(wù)評(píng)估和經(jīng)濟(jì)性分析。風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的計(jì)算主要借助于國(guó)內(nèi)、外風(fēng)能資源分析及評(píng)估軟件，影響可行性研究報(bào)告階段風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量計(jì)算的主要因素有：

一、風(fēng)能資源數(shù)據(jù)的代表性

根據(jù)《風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量方法》（GBT 1870－2002），風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前期一般都需建設(shè)若干座測(cè)風(fēng)塔，進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)風(fēng)能資源數(shù)據(jù)的采集，經(jīng)過(guò)至少一個(gè)完整年度的測(cè)量后，利用測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)行期年平均發(fā)電量的計(jì)算。造成測(cè)量到的風(fēng)能資源數(shù)據(jù)不具有代表性的原因主要是：

（1）測(cè)風(fēng)塔位置選擇不具有代表性，位置偏高或者偏低，或者在復(fù)雜區(qū)域建設(shè)的測(cè)風(fēng)塔太少，使測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)不能代表整個(gè)區(qū)域的風(fēng)能資源狀況；

（2）測(cè)風(fēng)年度處于“大風(fēng)年”或者“小風(fēng)年”，雖然一般測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)會(huì)和當(dāng)?shù)貧庀笳镜臍庀髷?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，但是一般氣象站距離城鎮(zhèn)較近，距離風(fēng)電場(chǎng)較遠(yuǎn)，而且風(fēng)速一般較小，此種對(duì)比分析只能說(shuō)明宏觀上的趨勢(shì)，無(wú)法驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，從而造成測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)偏大或者偏??；

（3）由于使用測(cè)量設(shè)備質(zhì)量不穩(wěn)定、精度差，或者使用沒(méi)有經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的測(cè)風(fēng)設(shè)備，造成測(cè)量數(shù)據(jù)和實(shí)際值有較大誤差，測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)不具代表性；

（4） 由于測(cè)風(fēng)設(shè)備故障，測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)完整性較差，測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)不具代表性。

由于風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行期一般為20年，如果風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源數(shù)據(jù)不具有代表性，偏大或者偏小，會(huì)造成風(fēng)電場(chǎng)計(jì)算發(fā)電量偏高和偏低，增加了風(fēng)電項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致風(fēng)電項(xiàng)目決策失誤。

二、計(jì)算軟件的適應(yīng)性

目前用于風(fēng)電項(xiàng)目發(fā)電量計(jì)算的軟件主要有：Wasp、Windfarm、WindPRO、Windsim、Meteodyn_WT和WEPAS等。

基于線性模型的Wasp只適合地形起伏較小的區(qū)域；Windfarm與WindPRO則以Wasp為計(jì)算引擎，只適合平坦地形；Windsim盡管適應(yīng)復(fù)雜地形，但是對(duì)物理現(xiàn)象的描述存在缺陷，如尾流及風(fēng)廓線形狀的確定等；基于CFD建立的Meteodyn_WT軟件能在Windsim的基礎(chǔ)上解決大氣邊界層問(wèn)題，能盡量減少?gòu)?fù)雜地形條件下評(píng)估的不確定性，通過(guò)求解全部的Navier－Stocks方程，得到整個(gè)場(chǎng)區(qū)的風(fēng)流情況。

各種計(jì)算軟件都具有一定的適應(yīng)性，如果不根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際情況選擇計(jì)算軟件，會(huì)造成較大的計(jì)算誤差。特別是在地形復(fù)雜的風(fēng)電場(chǎng)，利用線性風(fēng)資源分析評(píng)估軟件和基于CFD建立的軟件進(jìn)行計(jì)算，發(fā)電量誤差高達(dá)20%以上，往往會(huì)給風(fēng)電項(xiàng)目的決策提供錯(cuò)誤的依據(jù)。

三、地形圖的精度

風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域的地形圖是風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量計(jì)算的必要條件，地形圖的精度就是地形圖的精確度，即地形圖的誤差大小，是衡量地形圖質(zhì)量的重要標(biāo)志之一。由于地形圖包含了該區(qū)域高程、地面粗糙度等重要信息，如果其精度較差，必然造成較大的計(jì)算誤差。在風(fēng)電項(xiàng)目可研階段，特別是初可研階段，業(yè)主一般都不會(huì)委托專(zhuān)業(yè)地勘公司進(jìn)行高精度地形圖的繪制，而是利用GoogleEarth、GlobeMap等軟件下載制作風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域地形圖。對(duì)于地形平坦、地面粗糙度一致性好、地形不復(fù)雜的區(qū)域計(jì)算誤差較小，而對(duì)于地面附著物較多、海撥高差大、地形復(fù)雜的區(qū)域計(jì)算誤差就會(huì)較大。

四、風(fēng)電機(jī)組額定功率曲線的準(zhǔn)確性

風(fēng)電機(jī)組的功率曲線確定了機(jī)組的功率特性和運(yùn)行特點(diǎn),可以用來(lái)進(jìn)行機(jī)組年發(fā)電量和發(fā)電效率的評(píng)估。功率曲線確定了機(jī)組的主要運(yùn)行參數(shù)：切入風(fēng)速、切出風(fēng)速、額定功率和額定風(fēng)速，額定風(fēng)速太高，機(jī)組將很少達(dá)到額定功率，傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的成本將偏高，提高了發(fā)電成本；額定風(fēng)速過(guò)低，風(fēng)輪及其相關(guān)部件的成本相對(duì)發(fā)電量也會(huì)顯得過(guò)高。

風(fēng)電項(xiàng)目可行性研究階段發(fā)電量的計(jì)算均利用風(fēng)電機(jī)組的額定功率曲線計(jì)算。風(fēng)電機(jī)組額定功率曲線數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性決定了發(fā)電量計(jì)算的準(zhǔn)確性。目前國(guó)外風(fēng)電機(jī)組的功率曲線數(shù)據(jù)較為保守，計(jì)算發(fā)電量與實(shí)際發(fā)電量較為接近。國(guó)產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組往往為了在可研階段具有競(jìng)爭(zhēng)性，其計(jì)算發(fā)電量比實(shí)際發(fā)電量要大。

五、計(jì)算時(shí)折減系數(shù)的選擇

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，利用風(fēng)能資源分析評(píng)估軟件計(jì)算的是風(fēng)電場(chǎng)各機(jī)組理想狀態(tài)下的發(fā)電量，也叫風(fēng)電場(chǎng)理論發(fā)電量。風(fēng)電場(chǎng)上網(wǎng)電量還需扣除影響風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際出力的各個(gè)因素造成的電量減少數(shù)值，這些減少的電量稱(chēng)為風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量折減。折減因素包括但不限于以下因素：

（1）空氣密度的修正：軟件會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐目諝饷芏群筒煌嗇灨叨茸詣?dòng)修正功率曲線。

（2）風(fēng)電機(jī)組利用率：根據(jù)目前不同風(fēng)電機(jī)組的制造水平和本風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際條件，進(jìn)行機(jī)組可利用率修正。

（3）風(fēng)電機(jī)組功率曲線保證率：因風(fēng)電機(jī)組廠家功率曲線的準(zhǔn)確性引起的誤差修正。

（4）控制與湍流影響折減：當(dāng)風(fēng)向發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的葉片與機(jī)艙也逐漸要隨著轉(zhuǎn)變，但實(shí)際運(yùn)行中的風(fēng)電機(jī)組控制總是落后于風(fēng)的變化，因此在計(jì)算電量時(shí)要考慮此項(xiàng)折減。

（5）葉片污染折減：葉片表層污染使葉片表面粗糙度提高，翼型的氣動(dòng)特性下降。

（6）氣候影響停機(jī)：因考慮氣候原因造成的機(jī)組停機(jī)而進(jìn)行的折減。

（7）場(chǎng)用電、線損及電網(wǎng)波動(dòng)等能量損耗：風(fēng)電場(chǎng)自用電和輸電線路、箱式變電站損耗和電網(wǎng)波動(dòng)引起的電量損失。

（8）電網(wǎng)保障性收購(gòu)折減：因電網(wǎng)原因造成的電量損失折減。

（9）其他因素影響：因風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行中遇到一些其他的影響因素造成的電量損失折減。

由于我國(guó)各地區(qū)自然條件差異較大，以上折減系數(shù)一般都需要根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電項(xiàng)目折減系數(shù)范圍大致在20%－45%之間，如此大的范圍，一旦風(fēng)電項(xiàng)目折減系數(shù)選擇不當(dāng)，則會(huì)造成風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性較差。

提高風(fēng)電場(chǎng)可研階段發(fā)電量估算準(zhǔn)確性的對(duì)策

針對(duì)以上影響風(fēng)電場(chǎng)可行性研究階段發(fā)電量估算準(zhǔn)確性的主要因素，可以采取下列措施提高風(fēng)電項(xiàng)目發(fā)電量估算的準(zhǔn)確性，為風(fēng)電項(xiàng)目的決策提供可靠依據(jù)。

一、使用具有代表性的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)

在風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量階段，保證測(cè)量風(fēng)能資源數(shù)據(jù)具備代表性的主要措施有：

（1）委托專(zhuān)業(yè)人員選擇測(cè)風(fēng)塔的建設(shè)位置，不將測(cè)風(fēng)塔建設(shè)在區(qū)域最高位置或者最低位置，并避免周?chē)ㄖ锏挠绊?；在?fù)雜區(qū)域建設(shè)多個(gè)測(cè)風(fēng)塔，計(jì)算時(shí)進(jìn)行多塔綜合計(jì)算，避免測(cè)風(fēng)誤差太大；

（2）通過(guò)和當(dāng)?shù)貧庀笳镜耐跉庀髷?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，或者對(duì)比本區(qū)域其他測(cè)風(fēng)塔的數(shù)據(jù)，判斷工程代表年是否處于“大風(fēng)年”或者“小風(fēng)年”。如果是“大風(fēng)年”，計(jì)算后增加折減系數(shù)；如果是“小風(fēng)年”，則減少發(fā)電量折減系數(shù)；

（3）使用質(zhì)量穩(wěn)定、精度好，并經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的測(cè)風(fēng)設(shè)備，原始測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)導(dǎo)出時(shí)應(yīng)按照校驗(yàn)證書(shū)進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，避免測(cè)量數(shù)據(jù)和實(shí)際值有較大誤差；

（4）及時(shí)維護(hù)測(cè)風(fēng)設(shè)備，保證測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)完整性。測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)完整性達(dá)不到規(guī)范要求的完整性時(shí)，應(yīng)利用氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)訂正。

二、根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)地形，選擇合適的計(jì)算軟件

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際地形情況選擇合適的計(jì)算軟件，特別是在地形復(fù)雜的風(fēng)電場(chǎng)，避免使用線性風(fēng)能資源分析評(píng)估軟件，而應(yīng)該使用基于CFD建立的風(fēng)能資源分析評(píng)估軟件進(jìn)行計(jì)算，如果條件許可，可利用2種以上的軟件進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，避免較大的發(fā)電量計(jì)算誤差。

三、使用精度高的地形圖

鑒于地形圖在風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量計(jì)算中的重要性，為了避免造成較大的計(jì)算誤差，建議使用由專(zhuān)業(yè)地勘公司繪制的1∶5000或者1∶2000高精度地形圖，特別是進(jìn)行地形復(fù)雜或者處在林區(qū)附近的風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量計(jì)算時(shí)，要到風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域?qū)嵉乜疾?，根?jù)考察情況分區(qū)域合理設(shè)定地面粗糙度。

四、使用修正過(guò)的風(fēng)電機(jī)組功率曲線

利用風(fēng)電機(jī)組廠商提供的當(dāng)?shù)乜諝饷芏葪l件下的功率曲線或者已經(jīng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)修正過(guò)的風(fēng)電機(jī)組實(shí)際功率曲線進(jìn)行計(jì)算，減少因風(fēng)電機(jī)組的功率曲線精度較差造成的發(fā)電量計(jì)算誤差。

五、選擇適當(dāng)?shù)陌l(fā)電量折減系數(shù)

根據(jù)風(fēng)電項(xiàng)目當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件、電網(wǎng)運(yùn)行狀況、負(fù)荷限制等實(shí)際情況，客觀、合理地設(shè)置各因素發(fā)電量折減系數(shù)，避免為了使項(xiàng)目可行人為地減少折減系數(shù)或者為滿足項(xiàng)目CDM申請(qǐng)的需要增大折減系數(shù)，造成風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量計(jì)算結(jié)果不客觀。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析影響風(fēng)電項(xiàng)目可行性研究階段發(fā)電量估算準(zhǔn)確性的各種因素，提出了相應(yīng)的解決措施，提高了風(fēng)電項(xiàng)目發(fā)電量計(jì)算的準(zhǔn)確性，減小了項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)，為項(xiàng)目決策提供科學(xué)可靠依據(jù)。

（作者單位：寧夏新能源研究院（有限公司））