陆上风电场技改优化效益探讨

王素娟 刘霄 孙唯宓 周遵凯 吕龙刚

（1 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 福建福州 350003 2 水电水利规划设计总院 北京 100120）

0 引言

随着时间推移和技术进步，一些达到设计寿命的风电机组，或一些虽未达到设计寿命但效率低、安全性能差、维护成本高的机组，带来了对旧有机组改造提升的需求和可行性。它们如何退役或改造，将是未来几年国内陆上风电项目面临的重要课题。伴随我国风电装机容量不断攀升，10 年前的机组无论是在技术水平，还是质量水平上，与现今相比都有很大差距，通过对现役风电场进行技术改造进而提升发电量，成为增加收益的有效手段。

1 风电技改现状

1.1 国内外风电场技改的常规做法

国际上对风电机组技改更新的研究起步较早，在20 世纪90 年代，美国和丹麦就开始了风电机组技改更新工作，此后荷兰和德国也陆续开始进行风电机组技改更新。

根据欧洲风能协会的分类，风电项目到期后有全部更新、延寿和退役3 种选择，其中延寿指对已有风电机组的部分部件（如发电机）升级、但风电场的整体外在布局（如轮毂高度、选址、面积）保持不变的情况。美国国家可再生能源实验室（NREL）将风电机组的更新分为2 类，其中全部更新指在已有项目现场完全拆除并替换风电机组装备（包含塔筒和基础）；部分更新指在已有塔筒和基础安装新传动系统和转子、一些次要部件如变流器和电子器件也可能替换。相对于全部更新和新项目建设，部分更新的成本低且核准简化，但发电量提升也小。

我国风电发展初期，风电机组以兆瓦级以下及1.5 MW 为主流。这些早期建设的老旧风机，受限于技术条件，性能相对落后，风资源优良但发电小时数不高。随着风电场运行时间年限的增加，部分老化风电机组运行效率下降，故障率上升，发电效能变差，导致发电小时数会有一定程度的降低，国内风电场技改更新问题也逐渐凸显。

目前国内老旧风电场或者风电机组技术改造工作总体可以分为技改增效和“以大换小”2 种方式：①技改增效，指在不改变原机组的风电机组基础和底部塔筒的前提下进行技术改造，提高风电机组发电效率。此类项目技术改造难度和成本相对较低，对于处于运营期后期的风电项目改造效益提升相对较大。其中通过叶片加长的方式进行机组改造后，单台机组年小时数可以提升20%左右。②“以大换小”，指在整体拆除老旧机组后，重新建设新型高效的风电机组提升风电场整场效益的改造方式。根据初步调研，“以大换小”的改造方式涉及到用地变更、环境评价、电力业务许可变更等政策问题，由于目前国家尚未出台明确的政策或指导意见，因此“以大换小”的改造方式多处于在技术比选和方案推荐层面，此类项目技术改造难度和成本相对较高，但对项目效益的提升作用很大。

1.2 国内技改政策分析

相较于国外特别是欧美，国内对风电机组退役和更新的相关政策不多，国家层面和各地方能源主管部门开始逐步关注老旧风电场改造、退役相关问题。通过风电机组技改或“以大换小”等方式可以较好提升风电场整场的发电效率，提高项目收益，但在实际改造过程中会面临一些政策机制和标准体系问题。

（1）风电场内大部分风电机组开展技改工作，风电项目会面临项目新运营期需要重新界定的问题，但目前相关政策尚未出台，同时风电场改造升级过程中可能会涉及到土地手续变更、重新开展环评工作以及电力业务许可证书变更问题，全部重新办理则与新建风电项目差异不大，流程较为复杂。

（2）“以大换小”方式对风电场效益提升最大，但改造后风电场往往会超出原核准装机规模，对于技改后风电场规模高于原核准规模的项目，电网有关政策尚未明确。

（3）对于风电场技改或“以大换小”的方式，尚未有明确评估机制和清晰的手续办理流程指导开发企业开展工作。

（4）对于退役风电机组的废弃设备，尚无明确的处理方式或技术处理标准。

目前，国家能源局已委托水电水利规划设计总院承担风电机组技改与退役管理办法研究，从思路上支持与鼓励风电机组退役与技改，在补贴政策延续、土地手续办理、电力业务许可证延期方面也将给予较大力度的支持。

2 福建省某风电场运行情况评估

2.1 项目概况

以福建省某风电场为例，该场址属于沿海丘陵地貌，装机容量42 MW，安装28 台1.5 MW 风电机组，配套建设1 座110 kV升压站。该风电场2011 年初并网发电，至今已运行11 a，全场平均等效满负荷小时数1 600 h，其中等效满负荷小时数低于1 200 h 的有8 台风机。2018 年由于超强台风影响，有2 个机位受损，已拆除不再运行。

2.2 项目存在问题及总体评估

由于风场处于沿海地带，海边盐雾侵蚀严重，多台风机寿命和可靠性严重降低，运行维护难度大，同时机组设计较早，发电效率不高。

风电场区域内部分机位风能资源较好，大部分机位发电效益较差，具有较大的资源利用优化空间。结合现有资源情况，考虑技术上的安全及可行性，拟对其进行技改。设计多种技改方案来优化资源空间，分部分技改和全场技改等方案进行对比分析评估，选用发电效率更好，单机容量更大的机型进行改造，提升整个风电场的效益，供项目业主决策参考。

3 风电场技改方案设想

为整体提升该风电场发电量、解决机组安全隐患、改善项目运营状况，以项目经济性条件最优并解决机组安全性为目的，对低效风机进行技术改造。根据设计验算，推荐以下3 种技改方案。

3.1 方案一：更换叶片

保留原26 台风机塔筒和基础，仅加长叶片，把原有风机77 m 叶片拆除，重新安装82 m 叶片，轮毂高度不变，涉及机位施工平台以及场区部分运输道路改造拓宽，改造后风电场等效满负荷小时数为1 856 h，提升百分比16.0%。

3.2 方案二：等容换新

风电场装机容量42 MW 不变，拆除原有13 台1.5 MW 风机、塔筒及箱变；13 台风机基础表层混凝土拆除、覆土绿化；新建12 台3.2 MW 和1 台3.6 MW 风机、塔筒、箱变及风机基础，涉及机位施工平台以及场区部分运输道路改造拓宽，新建集电线路，新增道路用地等；其余13 台原机停运；改造后风电场等效满负荷小时数为3 009 h，提升百分比88.1%。

3.3 方案三：扩容换新

风电场装机容量扩容至57.6 MW，拆除原有18 台1.5 MW风机、塔筒及箱变；18 台风机基础表层混凝土拆除、覆土绿化；新建18 台3.2 MW 风机、塔筒、箱变及风机基础，涉及机位施工平台以及场区部分运输道路改造拓宽，新建集电线路，升压站电气设备扩容，新增道路用地等；其余8 台原机停运；改造后风电场等效满负荷小时数为2 835 h，提升百分比77.2%。

4 技改方案投资估算

投资估算依据国家、部门现行的有关文件规定、费用定额、费率标准等编制，风机、塔筒等设备价格依据供应商报价，其他设备价格参考国内现行市场价格水平计算。3 种技改方案投资估算见表1。

表1 技改方案投资估算汇总表

5 技改方案效益分析

在国家现行财税制度和价格体系下，计算项目范围内的财务效益和费用，分析项目的盈利能力和清偿能力，评价项目在财务上的可行性。根据3 个技改方案，开展各方案的经济评价工作，进行项目财务指标测算［1-2］。

5.1 技改方案寿命期及上网电价

根据 《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见有关事项的补充通知》（财建〔2019〕426 号），为确保存量项目合理收益，基于核定电价时全生命周期发电小时数等因素，风电一类、二类、三类、四类资源区项目全生命周期合理利用小时数分别为48 000 h、44 000 h、40 000 h 和36 000 h。按照426 号文规定，该项目36 000 h 内的上网电价按核准电价0.61 元/kWh，后续上网电价按福建省燃煤发电上网基准电价0.393 2 元/kWh，对项目的经济指标进行测算。项目核准装机规模为42 MW（28 台1.5 MW），全寿命周期电价补贴电量为151 200 万kWh。

维持现状，截至2021 年底，项目累计运行约11 a，结合陆上风机设计寿命，项目全生命运行周期按20 a 考虑，即项目可再运行9 a。根据国家财政部最新要求，陆上风电每年补贴电量不超过1 800 h（36 000 h/20 a），因此维持现状的剩余上网电量可全部执行项目核准时电价0.61 元/kWh。

方案一，计划从2022 年1 月技改开工，2022 年3 月完成技改并网发电，项目累计运行约11 a，项目技改后全生命运行周期按25 a 考虑，即技改后项目可再运行14 a，剩余电价可以继续补贴年限9 a，每年补贴电量按1 800 h，其余上网电量按煤电基准价。

方案二，计划从2022 年1 月技改开工，2022 年12 月完成技改并网发电，项目累计运行约12 a，项目技改后全生命运行周期按30 a 考虑，即技改后项目可再运行18 a，剩余电价可以继续补贴年限8 a，每年补贴电量按1 800 h，其余上网电量按煤电基准价。

方案三，计划从2022 年1 月技改开工，2022 年12 月完成技改并网发电，项目累计运行约12 a，项目技改后全生命运行周期按30 a 考虑，即技改后项目可再运行18 a，因为方案三装机容量比方案二大，剩余电价可以继续补贴年限7.643 a，每年补贴电量按1 800 h，其余上网电量按煤电基准价。

5.2 项目技改评价基础数据

3 种技改方案均涉及既有风机未到退役年限的拆除，经济测算未考虑该部分拆除设备的资产处置，仅考虑技改后项目期末残值，技改方案财务评价用基础数据见表2。

表2 评价基础数据表

5.3 财务指标分析

截至2021 年底，该项目固定资产净值约2.4 亿元。根据技改方案发电小时数和技改后寿命周期，经测算的维持现状和3种技改方案财务指标见表3。

表3 财务指标汇总表

6 结语

本文以福建省某运行超过10 a 的风电场为例，给出3 种技改方案设想及经济性分析，经测算，通过技改方案对比现状都相应提高了项目收益率指标，给项目业主增加收益，因此技改方案在技术经济上是可行的。国家层面也正在研究老旧风电场技术改造及退役的相关标准和政策，鼓励企业积极进行技术改造，让需要技术改造的老旧风电场充分利用场址的风能资源，产生更好的经济效益及节能减排、增加绿色能源供给量的社会效益。