变化风速下的风电场经济效益分析

第31卷第1期2010年1月中图分类号：TK81

文献标志码：A

电力建设

ElectricPowerConstruction

文章编号：1000-7229（2010）01-0077-03

Vol.31，No.1

Jan，2010·77·

变化风速下的风电场经济效益分析

刘庆超1，张振刚2，焦云朋3

（1.国电机械设计研究院华电集团动力技术研究中心，杭州市，310030；2.华北电力大学经济管理学院，071003；3.石家庄经济学院计算机科学与技术系，石家庄市，050031）河北省保定市，

WindFarmEconomicEvaluationunderVariableWindSpeed

LIUQing-chao1，ZHANGZhen-gang2，JIAOYun-peng3

（1.StatePowerMachineryDesignandResearchInstitution,PowerResearchCenterofChinaHuadianCorporation,Hangzhou310030,China;2.DepartmentofEconomyandManagement,NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,HebeiProvince,China;

3.DepartmentofComputerandscience,ShijiazhuangUniversityofEconomics,Shijiazhuang050030,China）

ABSTRACT:Thewindresourcesasakindofnewenergywillbecomemoreandmorewidelyappliedtotheactualwindpowerprojects,theeconomicevaluationofwindpowerstationisdifferentfromthermalpowergeneration.Thewindpowercannotcontroltheavailabilityhours,whiletheannualpowergenerationistotallydependentonvariablewindspeedforadjustment.Itseconomicalevaluationbasedonvariablewindspeedwillbemorecredible.Intheprocessofforecastinganalysis,incombinationwithimprovedtheGM(1.1)modelbytimeseriestopredictvelocity,andonthisbasis,theeconomicevaluationofwindfarmandwindspeedsensitivityanalysisareimplemented,

andtheadvantagesof

life-cyclewindresourceassessmenttowindfarmevaluationandanalysisarecompared,soeconomicbenefitundervariablewindspeedcanbecomparedandanalyzedwithconventionaleconomicevaluatingmethods.

KEYWORDS:windresourceevaluation;economicevaluation;variablewindspeed;grayprediction;graytheory

摘要：风电场经济评价与火力发电有所不同，风电无法对利用小时数进行控制，年发电量完全依靠风速的变化来调节。以变化风速进行风电建设项目可研经济评价，更具有可信性。在预测分析过程中，通过结合时间序列改进的GM(1.1)模型对风速进行预测，并在此基础上进行风电场经济效益评价和风速变化敏感性分析，并比较全寿命风资源评估思想对风电场评价分析的优势，从而可以对变化风速下的风电场经济效益与常规经济效益评价方法进行对比分析。

关键词：风资源评估；经济评价；变化风速；灰色预测；灰色理论doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2010.01.020

即在风电场可行性研究中，应根据已有风速数据，运

用数理统计方法对未来20年风速进行预测分析，并进行发电量估算，从而可以更加真实地反应风电场经济效益。在风电建设项目可研经济评价中应该以动态的发电量来对项目进行经济效益分析，而不应以固定的测风年份的数据来计算在整个项目生命周期内各个年份的发电量[3-4]。

鉴于此，本文提出运用改进的灰色理论对风电场寿命期内各年风速进行长期预测，再根据测风年份的风资源及发电量分别计算预测年份的发电量，以此来进行项目的经济评价，从而使项目的经济效益在整个寿命期内更加接近实际水平，更加客观地判断项目是否在经济上可行。

1

1.1

基于改进灰色预测的风速变化分析

ES-GM(1,1)预测模型

灰色系统理论主要研究部分信息已知或未知的系统，通过对已知数据进行灰色生成，寻找系统中蕴含的内在规律，然后通过灰色关联分析、灰色建模、灰色预测等确定其系统中未知的部分，进而实现对数据的管理和控制等[5-6]。通过灰色生成或序列算子的作用弱化随机性，挖掘潜在的规律；经过灰色差分方程与灰色微分方程之间的互换，利用离散的数据序列建立连续的动态微分方程，从而为构造信息不完全的研究对象模型提供一条可行的途径[7-8]。由于风速的

0引言

2006年以来，我国风电建设发展迅速，2008年装机容量达到1215.3万kW，较2007年增长106%[1-2]。本文在工程实践基础上提出全寿命风资源评估理论，

影响因素很难衡量和量化,传统的GM(1,1)模型不能给出更好的预测结果。因此,提出采用指数平滑技术和灰色理论相结合的方法构建ES-GM(1,1)预测模型[5-6]，其计算步骤如下。

设原始数据序列为变量x，基于GM(1,1)模型的改进灰色模型可用一阶常微分方程来表示：

·78·

电力建设

第31卷

(1)

式中x(2)为原始数据作2次累加生成变换所得。

其中

(2)

通过后验差检验方法进行计算，该模型的精度为一级，可以用此模型对该地区年平均进行预测。应用得到的灰色模型，对2007—2026年各年的风速进行预测，结果见表3。

表3

Tab.3

年份20072008

2007—2026年各年风速预测

年份2017201820192020202120222023202420252026

风速/（m·s-1）

1.831.811.791.771.771.751.711.711.681.67

Predictedannualmeanwindvelocityof2007~2026

风速/（m·s-1）

2.152.112.062.041.991.941.921.911.881.86

(3)

根据导数定义有

(4)

若以离散形式表示，微分项可写成

(5)

即[x(2)(k)+式中x(2)值只能取时刻k和k+1的平均值，

x(2)(k-1)]/2。

因此，式(5)可改写成

(6)

由式（6）可最终推出

(7)

20092010201120122013201420152016

2

2.1

变化风速下的风电场经济效益评价

式中：为最佳参数；k＝0,1,2,…1.2风速预测

以某地风电场1993—2006年14年来风速为例，运用灰色理论对其进行分析预测，原数据见表1。

表11993—2006年年平均风速值Tab.1

年份风速/(m·s-1)

年份风速/(m·s-1)

Annualmeanwindvelocityof1993-2006

19933.220002.4

19943.020012.4

19952.820022.4

19962.820032.4

19972.520042.3

19982.720052.3

19992.620062.2

按照上述模型计算顺序得。

根据ES-GM(1,1)模型，可得x(k)的模型值及计算误差，见表2。

表2模型值及计算误差

Tab.2Errorsbetweenmodelvalueandcalculatingvalue

年份1993199419951996199719981999

风速//误差

（m·s-1）（m·s-1）/%3.203.002.802.802.502.702.60

3.202.892.802.782.602.692.61

0.00-3.670.00-0.714.00-0.370.38

年份2000200120022003200420052006

风速//误差

（m·s-1）（m·s-1）/%2.402.402.402.402.302.302.20

2.412.402.392.372.312.292.19

0.420.00-0.42-1.250.43-0.43-0.45

固定风速下经济效益分析

该风电场一期安装30台1500kW风机，年上网电量1亿kW·h，根据当地电价0.645元/（kW·h）及《建设项目经济评价方法与参数》（第3版）[9]进行计算，全部投资所得税后内部收益率达到8.24%，财务净现值为795万元，资本金内部收益率为8.56%，净现值为719万元，整体上盈利，项目在经济上具有可行性。2.2基于变动风速的经济效益分析

在风资源评估中，风速的大小决定着风力发电机把风能转化为电能的多少，风功率计算公式为

（8）P=ρv3A/2

式中：P为功率；ρ为空气密度；v为风速；A为扫风面积。

由式（8）可知，在空气密度和扫风面积不变的情况下，风速与功率的3次方成正比，即风速增加1倍，则功率密度增加7倍，即发电量增加7倍。

根据1.2节中对未来20年风速的预测，可以得到各个年份的发电量，该发电量的计算是基于以下2个假设条件：（1）各个年份的空气密度不变，与测风年份的数据相同；（2）风速的年变化率，与各个bin值（每10min所采集的平均风速）的风速变化是等值的，即全年各个时段的风速变化均匀地以年风速变化幅度进行变化。

各个年份的发电量数据变化是以2006年平均风速为基数，根据比例分别做调整。基于以上分析可以测算出各个年份的发电量，见表4。按照表4中的年发电量进行测算，电价为0.645元/（kW·h），其他成本不变，经过计算，全部投

第1期刘庆超等：变化风速下的风电场经济效益分析

表4运营期内各年份发电量

表5风速敏感性分析表Tab.5

风速基于

上年度降低幅度/%

20406080

·79·

Tab.4Annualpowergenerationduringbusinessperiod

年份2007200820092010201120122013201420152016

上网电量/（万kW·h）

9409.739108.118837.218488.248133.247933.437699.887489.567298.346943.56

年份2017201820192020202120222023202420252026

上网电量/（万kW·h）

6847.336683.326482.236299.876109.545893.235687.455476.885300.345178.65

Windvelocitysensitivityanalysis

电价为0.645

元/（kW·h）时内部收益率/%

2.120.21-1.32-2.01

电价为0.645元/（kW·h）时净现值/万元

-7023-9635-13021-15098

电价*/[元·（kW·h）-1]

0.73080.85730.93540.9987

*内部收益率为8%。

资内部收益率为-1.23，财务净现值为-7432万元，在

经济上不可行。当电价为0.823元/（kW·h）时，内部

经济上才具有可行性。收益率达到8%，

2.3风速变化敏感性分析

在实际中，并非所有风速均是按照年平均风速变化幅度而平均降低，也可能是由于极大风速的减少而降低，使极端风速达到可利用风速，此情况并不影响年发电量，而且还有可能会提高年发电量，同时还可能使可利用风速降低到无法利用风速，或者使能达到

根据文献[10]调研结论，我国平额定风速的情况减少。

均的小风或中小风速（小于3m/s）的日数呈增加趋

势变化，中大风速（不小于3m/s）的日数呈减少趋势变化，全国年平均风速的减少趋势主要由中大风或大风日数减少造成的。综合分析风速变化情况，风速变化幅度对机组的发电的影响程度在年风速降低范围内，因此在进行敏感性分析时，对各年份与上测风年度的风速变化幅度均分为5档，每档降低幅度为20%，分别进行经济性分析，评价结果数据见表5。

根据以上分析，如果按照预测风速进行分析，项目无法在经济上满足其可行性，因此需要以全寿命风资源评估思想对风资源进行全面分析，最终得出合理的评价结论。

评价，更加接近风电项目的真实效益。

（2）以改进灰色预测理论预测风速，再进行经济评价，是基于每个bin段的风速按照年平均风速变化幅度同比例变化，而在实际中变化的大小需要再进行验证具体的变化幅度，是今后研究的重点。

（3）本项目为计算实际有效风速的降低幅度，因此应该以历年的风速为基础再运用改进灰色预测理论对其进行预测，再进行经济评价，将更加接近实际运行经济效益。

4参考文献

[1]王承煦，张源.风力发电[M].北京：中国电力出版社，2007.[2]李俊峰.中国风电发展报告[R].北京：中国环境科学出版社，2008.[3]国家电力公司电力建设研究所.GB/T18709—2002风电场风能资

国家质量监督检验检疫总局，2002.源测量方法[S].北京：

[4]中国水利水电建设工程咨询公司.GB/T18710—2002风电场风能

国家质量监督检验检疫总局，2002.资源评估方法[S].北京：

[5]邓聚龙.灰色系统基本方法[M].武汉：华中理工大学出版社，1987.

科学技术文献出版社，1992.[6]傅立.灰色系统理论及应用[M].北京：

[7]熊岗,陈章潮.灰色预测模型的缺陷及改进方法[J].系统工程，

2004(6)：16-21.

[8]陈章潮,熊岗.应用改进的灰色模型进行长期电力需求预测[J].电

2003，27(14)：15-20.力系统自动化，

[9]杨庆蔚，王晓涛，罗国三.建设项目经济评价方法与参数[M].3版

北京：中国计划出版社，2006.

罗勇，赵宗慈.近50年中国风速变化及原因分析[C].中国[10]江滢，

2007：80-89.气象学会2007年年会，收稿日期：2009-07-15修回日期：2009-09-08

作者简介：刘庆超（1983—），男，主要从事经济评价和工程概预算研

E-mail：liuqingchao2003@。究，

3结论

（1）以全寿命风资源评估思想对项目进行经济（责任编辑：何鹏）

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发展清洁能源成为我国电力结构调整主攻方向

【本刊讯】我国电力结构调整，把发展风电、水电、太阳能等非化石清洁能源作为主攻方向。新型能源占能源结构的比重越来越大。目前在我国风电场已经接近300个，发电装机规模比去年增长了1倍。今年我国利用政策引导，重点发展风电、水电、核电、太阳能光伏发电等非化石的清洁能源，仅国家的投资就达1630多亿元。正在建设的风电规模1000万kW，比去年增长1倍；水电达到6800万kW，是已建成总量的1/3；核电规

相当于我国前20年总和的4倍。与这些快速发展的清洁能源相反的是，我国传统的以烧煤模3400多万kW，

炭为主的火力发电所占的比重正在快速下降，今年正在建设的火电规模在总规模中下降到42%，前10个月投产的发电机组中，火电的比重也比前几年下降了10%。

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