基于LCOE的风力发电项目设计优化应用研究

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引言

近年来，新能源发电项目快速发展取得显著成就。数据显示，至2018年底，国内新能源发电装机容量达3.6亿kW，占全国总装机比重达到19%，首次超越水电。其中年度新增装机6622万kW，占全国电源新增装机的54%，已连续两年超过火电。目前，新能源项目建设成本不断降低，已基本具备平价上网条件。

2019年国家发展改革委、能源局陆续发布几项促进平价上网政策，竞争性配置资源拉开帷幕，平价上网已然来临。本文将LCOE分析方法运用于风电项目设计，通过设计优化与评审，验证了该方法对提高项目投资收益水平和抗风险能力、应对平价上网挑战是可行的。

1 陆上风电新政策

2019年1-5月，国家发改委、能源局陆续发布《关于积极推进风电光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》要求在具备条件的地区建立一批平价上网新能源项目、《关于2019年风电光伏发电项目建设有关亊项的通知》明确采取竞争方式配置需国家补贴的风电光伏发电项目、《关于公布2019年第一批风电光伏发电平价上网项目的通知》共有16个省区市报送了平价项目名单，总装机规模2076万千瓦。

面对新形势，如何抓住发展机遇、提高发展质量，是风电行业面临新的巨大挑战。对于业内企业，降低成本和实施创新发展是必由之路。

2 项目评估指标选择

(1)内部收益率(IRR)。内部收益率(IRR)是指项目投资实际期望达到的收益率。它实质上是使项目全寿命周期内净现值等于零时的折现率。计算IRR输入条件：建设期投资、运营成本、发电量与给定的电价等。

(2)平准化度电成本(LCOE)。平准化度电成本(LCOE)，就是对项目生命周期内的成本和发电量进行平准化后计算得到的发电成本。LCOE表示了项目生命周期内贴现收入总和现值与贴现成本总和现值相等时的电价，也表示项目在支付债务投资者和权益投资者期望回报之后的保本电价。

计算LCOE输入条件：建设期投资、运营成本、税费、发电量与给定的折现率等。

(3)项目评价指标的选择。LCOE和IRR的差别：给定上网电价时可以计算IRR，而未给出/无法给出上网电价时则只能计算LCOE。

在指导价时期，上网电价由政府主管部门制定，且以投产/审批时间为节点核定，通常20年不变。这种情况，更适宜采用IRR计算收益率指标进行投资分析与评价。

采用竞价上网的国外风电项目，最终电价为市场电价，在前期对项目经济性评价时无法计算IRR，只可采用LCOE。随着我国平价上网时代的到来，IRR必将被LCOE所取代。

3 基于LCOE的项目设计优化

3.1 锁定收益率条件下的LCOE测算 山东省燃煤标杆电价为0.3949元/kWh。以该区域单位静态投资0.5～0.9万元/kW和年利用1700～2900小时为区间，锁定12%资本金内部收益率来测算各区间LCOE。

(1)设定边界条件。以目前风机主流机型及某平均运维成本和当前财税政策为基础，设定以下基准参数。

装机容量：50MW，单机2MW，共25台；建设工期12个月；生产期20年；定员10人，8万元/人/年，福利费60%；材料费：20元/kW(质保期)；40元/kW(质保期外)；其他费用30元/kW；修理费5.24元/kW(质保期)；40元/kW(质保期外)；折旧年限15年(残值5%)；资金筹措：资本金20%，银行贷款80%，贷款利率按现行五年期以上基准贷款利率4.9%。

增值税适应税率为13%，根据财税[2008]156号，享受“增值税即征即退50%”优惠政策；销售税金附加分别按增值税5%计征。所得税税率为25%，根据《企业所得税法实施条例》“三免三减半”优惠政策，运营期前3年税率为0，后3年12.5%，其余年份25%。

(2)测算结果

(LCOE分析表)

测算结果为，在不同静态投资和发电利用小时数组合的LCOE数据。测算方式可作为在给定期望收益条件下，结合企业实际成本与项目实际资源情况，参与地区竞价配置资源计算保本电价与投标定价的参考。

3.2 实例分析与应用 以山东滨州地区某风电项目运用以上结果进行设计优化分析。

(1)项目基本情况分析。按照可研阶段设计方案，项目建设24台2.0MW直驱机组，概算静态投资6864元/kW，动态7055元/kW，年平均利用小时1980h，核准电价0.6元/k Wh，20年总经营成本15074万元，税金及附加18702万元，年均上网电量95059MWh，发电利润总额55672万元，总投资收益率8.63%。

考虑到国内新能源产业政策性强、政府发电补贴不到位、补贴退坡、电价市场化改革等风险，经分年迭代计算的LCOE为0.419元/kWh。测算LCOE虽低于项目核准电价，但仍高于山东省上网标杆电价(0.3949元/kWh)，面对平价上网，项目未来竞争优势显然不足。查表分析，要降低LCOE值，需要降低投资或提高发电利用小时数，以优化设计降本或增效等措施进一步提高项目平价竞争力。

(2)设计优化措施。以当期设备、项目所在地机物料及用工价格水平，降低造价空间有限。比较而言，通过设计优化提高装备效率和资源利用率是较优选择。

2019年4月，组织金风、明阳、湘电等主流厂家及北京院、山东院、西勘院等电力设计院分别对项目风资源与设备选型进行了多方案优化设计，并委托专家组进行评审。主要措施：①按中尺度模型对各机位点风资源进行重新细化计算；②根据各机位点风功率密度、风切变、湍流等参数校核各优化主机方案经济性、安全性；③根据确定方案及节约用地原则分别开展风基础、平台、道路、集电线等优化设计；④按“远程集控、少人值守”模式展开升压站厂区布置、建筑结构、控制系统优化设计；⑤对优化后方案组织专家组逐一评审再优化；⑥根据技术先进、LCOE最优确定最终方案，并交业主审定后作为投资决策依据。

(3)效果评估。经设计优化，①原方案中10台选用2.2MW/131m的大功率、较大叶轮直径机型，提高了捕风能力和发电功率，总装机增加2MW；②鉴于场区地势平坦、高耸障碍物较少特点，在利用大件设备举升倒运措施下，道路宽度由5m优化为3.5-4m，吊装平台由45X50减少为40X40，节约征地费用；③采用钢管塔替代角钢塔减少农地占用，优化集电线路径降低线路长度，综合降低了线路投资；④SVG、配电装置等设备采用集装箱式，优化场内布置，减少了混凝土工程量，节约了征地面积和投资费用。

经设计优化，建设容量增加2MW，概算投资下降了225元/kW；年平均发电利用小时提高了250小时；20年总经营成本下降了1303万元；税金及附加下降了4286万元；年平均上网电量提高了16441MWh；发电利润总额提高了11819万元；总投资收益率(ROI)11.41%，盈利能力大幅提高。

经计算LCOE为0.37元/kWh，较山东省燃煤电站标杆电价降低了0.049元/kWh，项目抗风险能力和平价竞争力有较大提高。

(4)推广应用。按照以上方式，对山西、山东、湖南区域10个风电项目进行设计优化。通过深化微观选址、主机选型、工艺流程比选，采用新设备、新技术等提高了设备先进性、运维方便性，节余机位47台，降低了项目总投资和全寿命期运维成本，提高了发电能力。10个项目投资较原概算节4亿元，LCOE平均下降0.05元/kWh，年发电利用小时数提高259h，装机容量增加5.5MW，提高年发电量1.42亿kWh，增加年收益8500余万元。

4 结语

基于LCOE的风电成本评价模式必将成为国内平价上网投资风电项目的重要手段。测算与成果的实例应用，验证了通过项目优化设计达到LCOE最优化，满足平价上网条件，提高了项目赢利能力和竞价能力，促进了投资项目全寿命周期收益最大化，取得了很好经济技术效果。