陸上風電場技改優化效益探討

王素娟 劉霄 孫唯宓 周遵凱 呂龍剛

（1 中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司 福建福州 350003 2 水電水利規劃設計總院 北京 100120）

0 引言

隨著時間推移和技術進步，一些達到設計壽命的風電機組，或一些雖未達到設計壽命但效率低、安全性能差、維護成本高的機組，帶來了對舊有機組改造提升的需求和可行性。它們如何退役或改造，將是未來幾年國內陸上風電項目面臨的重要課題。伴隨我國風電裝機容量不斷攀升，10 年前的機組無論是在技術水平，還是質量水平上，與現今相比都有很大差距，通過對現役風電場進行技術改造進而提升發電量，成為增加收益的有效手段。

1 風電技改現狀

1.1 國內外風電場技改的常規做法

國際上對風電機組技改更新的研究起步較早，在20 世紀90 年代，美國和丹麥就開始了風電機組技改更新工作，此后荷蘭和德國也陸續開始進行風電機組技改更新。

根據歐洲風能協會的分類，風電項目到期后有全部更新、延壽和退役3 種選擇，其中延壽指對已有風電機組的部分部件（如發電機）升級、但風電場的整體外在布局（如輪轂高度、選址、面積）保持不變的情況。美國國家可再生能源實驗室（NREL）將風電機組的更新分為2 類，其中全部更新指在已有項目現場完全拆除并替換風電機組裝備（包含塔筒和基礎）；部分更新指在已有塔筒和基礎安裝新傳動系統和轉子、一些次要部件如變流器和電子器件也可能替換。相對于全部更新和新項目建設，部分更新的成本低且核準簡化，但發電量提升也小。

我國風電發展初期，風電機組以兆瓦級以下及1.5 MW 為主流。這些早期建設的老舊風機，受限于技術條件，性能相對落后，風資源優良但發電小時數不高。隨著風電場運行時間年限的增加，部分老化風電機組運行效率下降，故障率上升，發電效能變差，導致發電小時數會有一定程度的降低，國內風電場技改更新問題也逐漸凸顯。

目前國內老舊風電場或者風電機組技術改造工作總體可以分為技改增效和“以大換小”2 種方式：①技改增效，指在不改變原機組的風電機組基礎和底部塔筒的前提下進行技術改造，提高風電機組發電效率。此類項目技術改造難度和成本相對較低，對于處于運營期后期的風電項目改造效益提升相對較大。其中通過葉片加長的方式進行機組改造后，單臺機組年小時數可以提升20%左右。②“以大換小”，指在整體拆除老舊機組后，重新建設新型高效的風電機組提升風電場整場效益的改造方式。根據初步調研，“以大換小”的改造方式涉及到用地變更、環境評價、電力業務許可變更等政策問題，由于目前國家尚未出臺明確的政策或指導意見，因此“以大換小”的改造方式多處于在技術比選和方案推薦層面，此類項目技術改造難度和成本相對較高，但對項目效益的提升作用很大。

1.2 國內技改政策分析

相較于國外特別是歐美，國內對風電機組退役和更新的相關政策不多，國家層面和各地方能源主管部門開始逐步關注老舊風電場改造、退役相關問題。通過風電機組技改或“以大換小”等方式可以較好提升風電場整場的發電效率，提高項目收益，但在實際改造過程中會面臨一些政策機制和標準體系問題。

（1）風電場內大部分風電機組開展技改工作，風電項目會面臨項目新運營期需要重新界定的問題，但目前相關政策尚未出臺，同時風電場改造升級過程中可能會涉及到土地手續變更、重新開展環評工作以及電力業務許可證書變更問題，全部重新辦理則與新建風電項目差異不大，流程較為復雜。

（2）“以大換小”方式對風電場效益提升最大，但改造后風電場往往會超出原核準裝機規模，對于技改后風電場規模高于原核準規模的項目，電網有關政策尚未明確。

（3）對于風電場技改或“以大換小”的方式，尚未有明確評估機制和清晰的手續辦理流程指導開發企業開展工作。

（4）對于退役風電機組的廢棄設備，尚無明確的處理方式或技術處理標準。

目前，國家能源局已委托水電水利規劃設計總院承擔風電機組技改與退役管理辦法研究，從思路上支持與鼓勵風電機組退役與技改，在補貼政策延續、土地手續辦理、電力業務許可證延期方面也將給予較大力度的支持。

2 福建省某風電場運行情況評估

2.1 項目概況

以福建省某風電場為例，該場址屬于沿海丘陵地貌，裝機容量42 MW，安裝28 臺1.5 MW 風電機組，配套建設1 座110 kV升壓站。該風電場2011 年初并網發電，至今已運行11 a，全場平均等效滿負荷小時數1 600 h，其中等效滿負荷小時數低于1 200 h 的有8 臺風機。2018 年由于超強臺風影響，有2 個機位受損，已拆除不再運行。

2.2 項目存在問題及總體評估

由于風場處于沿海地帶，海邊鹽霧侵蝕嚴重，多臺風機壽命和可靠性嚴重降低，運行維護難度大，同時機組設計較早，發電效率不高。

風電場區域內部分機位風能資源較好，大部分機位發電效益較差，具有較大的資源利用優化空間。結合現有資源情況，考慮技術上的安全及可行性，擬對其進行技改。設計多種技改方案來優化資源空間，分部分技改和全場技改等方案進行對比分析評估，選用發電效率更好，單機容量更大的機型進行改造，提升整個風電場的效益，供項目業主決策參考。

3 風電場技改方案設想

為整體提升該風電場發電量、解決機組安全隱患、改善項目運營狀況，以項目經濟性條件最優并解決機組安全性為目的，對低效風機進行技術改造。根據設計驗算，推薦以下3 種技改方案。

3.1 方案一：更換葉片

保留原26 臺風機塔筒和基礎，僅加長葉片，把原有風機77 m 葉片拆除，重新安裝82 m 葉片，輪轂高度不變，涉及機位施工平臺以及場區部分運輸道路改造拓寬，改造后風電場等效滿負荷小時數為1 856 h，提升百分比16.0%。

3.2 方案二：等容換新

風電場裝機容量42 MW 不變，拆除原有13 臺1.5 MW 風機、塔筒及箱變；13 臺風機基礎表層混凝土拆除、覆土綠化；新建12 臺3.2 MW 和1 臺3.6 MW 風機、塔筒、箱變及風機基礎，涉及機位施工平臺以及場區部分運輸道路改造拓寬，新建集電線路，新增道路用地等；其余13 臺原機停運；改造后風電場等效滿負荷小時數為3 009 h，提升百分比88.1%。

3.3 方案三：擴容換新

風電場裝機容量擴容至57.6 MW，拆除原有18 臺1.5 MW風機、塔筒及箱變；18 臺風機基礎表層混凝土拆除、覆土綠化；新建18 臺3.2 MW 風機、塔筒、箱變及風機基礎，涉及機位施工平臺以及場區部分運輸道路改造拓寬，新建集電線路，升壓站電氣設備擴容，新增道路用地等；其余8 臺原機停運；改造后風電場等效滿負荷小時數為2 835 h，提升百分比77.2%。

4 技改方案投資估算

投資估算依據國家、部門現行的有關文件規定、費用定額、費率標準等編制，風機、塔筒等設備價格依據供應商報價，其他設備價格參考國內現行市場價格水平計算。3 種技改方案投資估算見表1。

表1 技改方案投資估算匯總表

5 技改方案效益分析

在國家現行財稅制度和價格體系下，計算項目范圍內的財務效益和費用，分析項目的盈利能力和清償能力，評價項目在財務上的可行性。根據3 個技改方案，開展各方案的經濟評價工作，進行項目財務指標測算［1-2］。

5.1 技改方案壽命期及上網電價

根據 《關于促進非水可再生能源發電健康發展的若干意見有關事項的補充通知》（財建〔2019〕426 號），為確保存量項目合理收益，基于核定電價時全生命周期發電小時數等因素，風電一類、二類、三類、四類資源區項目全生命周期合理利用小時數分別為48 000 h、44 000 h、40 000 h 和36 000 h。按照426 號文規定，該項目36 000 h 內的上網電價按核準電價0.61 元/kWh，后續上網電價按福建省燃煤發電上網基準電價0.393 2 元/kWh，對項目的經濟指標進行測算。項目核準裝機規模為42 MW（28 臺1.5 MW），全壽命周期電價補貼電量為151 200 萬kWh。

維持現狀，截至2021 年底，項目累計運行約11 a，結合陸上風機設計壽命，項目全生命運行周期按20 a 考慮，即項目可再運行9 a。根據國家財政部最新要求，陸上風電每年補貼電量不超過1 800 h（36 000 h/20 a），因此維持現狀的剩余上網電量可全部執行項目核準時電價0.61 元/kWh。

方案一，計劃從2022 年1 月技改開工，2022 年3 月完成技改并網發電，項目累計運行約11 a，項目技改后全生命運行周期按25 a 考慮，即技改后項目可再運行14 a，剩余電價可以繼續補貼年限9 a，每年補貼電量按1 800 h，其余上網電量按煤電基準價。

方案二，計劃從2022 年1 月技改開工，2022 年12 月完成技改并網發電，項目累計運行約12 a，項目技改后全生命運行周期按30 a 考慮，即技改后項目可再運行18 a，剩余電價可以繼續補貼年限8 a，每年補貼電量按1 800 h，其余上網電量按煤電基準價。

方案三，計劃從2022 年1 月技改開工，2022 年12 月完成技改并網發電，項目累計運行約12 a，項目技改后全生命運行周期按30 a 考慮，即技改后項目可再運行18 a，因為方案三裝機容量比方案二大，剩余電價可以繼續補貼年限7.643 a，每年補貼電量按1 800 h，其余上網電量按煤電基準價。

5.2 項目技改評價基礎數據

3 種技改方案均涉及既有風機未到退役年限的拆除，經濟測算未考慮該部分拆除設備的資產處置，僅考慮技改后項目期末殘值，技改方案財務評價用基礎數據見表2。

表2 評價基礎數據表

5.3 財務指標分析

截至2021 年底，該項目固定資產凈值約2.4 億元。根據技改方案發電小時數和技改后壽命周期，經測算的維持現狀和3種技改方案財務指標見表3。

表3 財務指標匯總表

6 結語

本文以福建省某運行超過10 a 的風電場為例，給出3 種技改方案設想及經濟性分析，經測算，通過技改方案對比現狀都相應提高了項目收益率指標，給項目業主增加收益，因此技改方案在技術經濟上是可行的。國家層面也正在研究老舊風電場技術改造及退役的相關標準和政策，鼓勵企業積極進行技術改造，讓需要技術改造的老舊風電場充分利用場址的風能資源，產生更好的經濟效益及節能減排、增加綠色能源供給量的社會效益。