海上風(fēng)電場延長運(yùn)營年限經(jīng)濟(jì)評價分析

戴璐 張文平

2020年年初，《關(guān)于促進(jìn)非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》的發(fā)布，讓海上風(fēng)電“國補(bǔ)”取消的傳聞最終變?yōu)楝F(xiàn)實。“國補(bǔ)”取消、“省補(bǔ)”未知，中國海上風(fēng)電很可能會從高電價一步邁入平價上網(wǎng)，其與陸上風(fēng)電一樣，將面臨降本的巨大壓力。為保證風(fēng)電健康穩(wěn)定發(fā)展，行業(yè)需要積極探尋降本增效的有效途徑。

事實上，除了政策環(huán)境的驅(qū)動，風(fēng)電行業(yè)要提升競爭力，推動可再生能源完成由替代能源向主力能源的轉(zhuǎn)變，降本更是其內(nèi)在的必然要求。目前，除了通過技術(shù)手段實現(xiàn)降本增效的傳統(tǒng)方案，延長風(fēng)電場的運(yùn)營年限也被認(rèn)為可以為業(yè)主帶來可觀收益預(yù)期、提高項目收益水平，其可細(xì)分為作用于新增風(fēng)電場的增壽方案及作用于已投運(yùn)風(fēng)電場的延壽方案兩類。隨著越來越多的陸上風(fēng)電場臨近運(yùn)營終點，低效問題已經(jīng)突顯，許多標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范陸續(xù)出臺；而對于暫未直面大批量機(jī)組退役危機(jī)的海上風(fēng)電場而言，受自然環(huán)境條件、施工復(fù)雜程度等多種因素影響，增壽和延壽的經(jīng)濟(jì)性尚未得到系統(tǒng)評估。為給海上風(fēng)電項目延長運(yùn)營年限的可行性提供依據(jù)，本文選取兩種典型場景，對海上風(fēng)電場增壽和延壽的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評估。

延長海上風(fēng)電場運(yùn)營年限場景

一座完整的海上風(fēng)電場一般由一定數(shù)量的風(fēng)電機(jī)組和輸電系統(tǒng)構(gòu)成。簡單來說，當(dāng)前典型的海上風(fēng)電場主要由6個部分構(gòu)成：風(fēng)電機(jī)組、機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)（含塔架和基礎(chǔ)）、集電海纜、海上升壓站、送出海纜、陸上集控中心。

根據(jù)現(xiàn)行的《海上風(fēng)力發(fā)電場設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51308―2019）、《海上風(fēng)電場工程風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（NB/T 10105―2018）、《海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防腐規(guī)范》（GB/T 33630―2017）等標(biāo)準(zhǔn)及機(jī)組說明書中的規(guī)定，海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)計壽命不應(yīng)少于25年；風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計使用年限應(yīng)與風(fēng)電機(jī)組設(shè)計使用壽命相匹配，如無特殊規(guī)定，不應(yīng)少于25年（極端環(huán)境載荷應(yīng)采用50年設(shè)計基準(zhǔn)期）；海上升壓站鋼結(jié)構(gòu)平臺設(shè)計使用年限應(yīng)為50年（極端環(huán)境載荷應(yīng)采用100年設(shè)計基準(zhǔn)期）；防腐設(shè)計年限應(yīng)不少于25年；海底電纜的設(shè)計年限通常在30年左右。

一、海上風(fēng)電場增壽

海上風(fēng)電場增壽，即在設(shè)計初期增加海上風(fēng)電場的設(shè)計壽命。考慮到增壽海上風(fēng)電場的評估和開發(fā)流程與傳統(tǒng)風(fēng)電場相同，只是在設(shè)備選型時，所選取風(fēng)電機(jī)組和輸電系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計年限需確保至少超過增壽后海上風(fēng)電場的運(yùn)營年限。根據(jù)以上提到的海上風(fēng)電場主要構(gòu)成及現(xiàn)有設(shè)計年限評估，海上風(fēng)電機(jī)組及其支撐結(jié)構(gòu)、海上升壓站基礎(chǔ)的設(shè)計及防腐壽命等部分需要在設(shè)計初期加強(qiáng)或后續(xù)加固，故初始投資會存在一定上浮，但幅度可控。

二、海上風(fēng)電場延壽

海上風(fēng)電場延壽，即評估達(dá)標(biāo)后，允許部分或全部機(jī)組在超過設(shè)計壽命后繼續(xù)運(yùn)營有效年份。隨著風(fēng)電場運(yùn)營時間的推移，盡管風(fēng)電機(jī)組在長期載荷作用下會存在疲勞損傷的問題，但一般情況下，項目實際運(yùn)行時的空氣密度、湍流強(qiáng)度等與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工況有所不同，早年的風(fēng)電場設(shè)計往往偏保守，因此，預(yù)計目前這些設(shè)計壽命為25年的風(fēng)電機(jī)組在經(jīng)過25年的運(yùn)營周期后，仍會存留可觀的壽命和價值，存在延壽的可能性。海上風(fēng)電場延壽可以被進(jìn)一步區(qū)分為兩類場景：（1）風(fēng)電場相關(guān)設(shè)施設(shè)備在設(shè)計時較為保守，安全余量較多，經(jīng)過重新檢測評估后可以繼續(xù)服役指定年限；（2）風(fēng)電場主要設(shè)施設(shè)備經(jīng)評估無安全隱患且具備服役能力，只需對部分部件進(jìn)行更換或技改，即可通過延壽評估，繼續(xù)服役指定年限。本文主要討論第一種場景。

海上風(fēng)電場延壽評估，除需要滿足國家對延壽的規(guī)范要求外，還應(yīng)滿足現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。具體步驟是通過對風(fēng)電機(jī)組及其支撐結(jié)構(gòu)（含塔架和基礎(chǔ)）、海上升壓站結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)、海底電纜、陸上集控中心結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)以及相關(guān)電氣設(shè)備等海上風(fēng)電場主要構(gòu)成進(jìn)行延壽檢查，并對結(jié)果進(jìn)行分析，評估其是否具備繼續(xù)服役的能力。設(shè)備設(shè)施的壽命是多變量耦合的結(jié)果，如對其進(jìn)行評估，需要依據(jù)最新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對整機(jī)各大小部件進(jìn)行延壽檢查，結(jié)合項目所在地的外部條件、機(jī)組原始設(shè)計資料、運(yùn)行階段測量數(shù)據(jù)，通過建模仿真和有限元分析、等級分析等，確定當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組的健康狀況，評估機(jī)組的損耗壽命和剩余壽命，為延壽提供數(shù)據(jù)支撐。若可直接延壽，則結(jié)合項目工況，計算其剩余使用壽命，并進(jìn)一步制定延壽期間的檢修維護(hù)項及其方法和間隔；若不可直接延壽，則判斷是否可以通過更換和技改實現(xiàn)延壽，如更換陽極塊、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等。

除了需對設(shè)備設(shè)施本身的性能進(jìn)行系統(tǒng)性評估外，還要評估延壽成本以及延壽后可為業(yè)主帶來的效益。盡管評估非常復(fù)雜和困難，但對于施工難度大、周期長、成本高的海上風(fēng)電項目來說，還是具有非常重大的意義。

海上風(fēng)電場增壽和延壽經(jīng)濟(jì)評價

風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)評價包括財務(wù)評價和國民經(jīng)濟(jì)評價，遵循“有無對比”的原則，本文的測算主要為財務(wù)評價部分。2019年，《國家發(fā)展改革委 國家能源局關(guān)于積極推進(jìn)風(fēng)電、光伏發(fā)電無補(bǔ)貼平價上網(wǎng)有關(guān)工作的通知》和《關(guān)于深化燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價形成機(jī)制改革的指導(dǎo)意見》先后印發(fā)，分別定義了平價“不需要國家補(bǔ)貼執(zhí)行燃煤標(biāo)桿上網(wǎng)電價”的概念和“將現(xiàn)行燃煤發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價機(jī)制改為‘基準(zhǔn)價+上下浮動的市場化價格機(jī)制。基準(zhǔn)價按當(dāng)?shù)噩F(xiàn)行燃煤發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價確定，浮動幅度為上浮不超過10%、下浮原則上不超過15%”。本文以我國東部沿海省份綜合平價水平作為測算依據(jù)，暫不考慮燃煤標(biāo)桿電價的上、下浮動情況。此外，為確保可參考性，本文選取同類型近海風(fēng)電場作為測算案例，考慮到增壽與延壽分別代表新增投資和追加投資兩種情況，測算時分別采用當(dāng)今及早年的投資水平，即14000元/千瓦與16000元/千瓦。

一、海上風(fēng)電場增壽經(jīng)濟(jì)評價

海上風(fēng)電場增壽的經(jīng)濟(jì)評價與傳統(tǒng)風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)評價無異，只需要在評價時調(diào)整測算入?yún)ⅲㄈ邕\(yùn)營年限、融資年限、折舊年限、攤銷年限、發(fā)電能力、工程造價、運(yùn)維費(fèi)用等），綜合評估增壽后的投入產(chǎn)出，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性的定量測算和關(guān)鍵指標(biāo)（平準(zhǔn)化度電成本、項目全部投資內(nèi)部收益率、項目自有資金內(nèi)部收益率等）分析。

（一）測算假設(shè)

以我國東部海域某300MW典型近海風(fēng)電場為例，測算假設(shè)如下：（1）上網(wǎng)電價選取東部沿海省份燃煤標(biāo)桿電價中間水平0.4000元/千瓦時；（2）運(yùn)營年限從25年逐年增至30年；（3）年等效利用小時數(shù)維持3300h不變；（4）考慮增壽可能會引起的初始投資增加，單位千瓦動態(tài)投資從25年的14000元/千瓦逐年以250元/千瓦等額遞增；（5）折舊年限等于運(yùn)營年限；（6）還款年限（含建設(shè)期）為18年；（7）經(jīng)濟(jì)評價參數(shù)參照《風(fēng)電場項目經(jīng)濟(jì)評價規(guī)范》（NB/T 31085―2016）中海上風(fēng)電場的取值要求，并將增壽5年內(nèi)的修理費(fèi)率提高至4%；（8）銀行貸款比例為70%，長期貸款利率為4.9%，分別測算增壽前和增壽后的項目經(jīng)濟(jì)性。

（二）增壽建議

上述案例的測算結(jié)果如表1所示。由表可知，海上風(fēng)電場增壽方案會直接影響項目的收益水平，但在文中假設(shè)的前提下，增壽年份與收益水平并不是正相關(guān)關(guān)系，存在拐點，即并不是增壽時間越長，收益水平就越高，這主要是因為增壽會帶來一定程度的初始投資上漲，且經(jīng)營年限拉長會等比拉長故障的浴盆曲線，導(dǎo)致后續(xù)高額運(yùn)維費(fèi)用持續(xù)周期較長。在本案例中，增壽至27 年的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，繼續(xù)增壽的收益率反呈下降趨勢。

在同等假設(shè)條件下反算單位千瓦動態(tài)投資，若希望維持與25年經(jīng)營年度時同樣的收益水平5.08%，增壽至26～30年的單位千瓦動態(tài)投資分別不得高于14307元/千瓦、14595元/千瓦、14699元/千瓦、14791元/千瓦、14891元/千瓦（圖1），若超過該值，則增壽方案不具有經(jīng)濟(jì)性。可以看出，增壽年限越長，可以接受的初始投資水平越高。本案例中，在收益水平相同的情況下，30年運(yùn)營期的單位千瓦動態(tài)投資限值相較于25年，可為已經(jīng)面臨重重壓力的海上風(fēng)電場工程造價爭取額外891元/千瓦的釋壓空間。

若希望全部投資財務(wù)內(nèi)部收益率達(dá)到8%的水平，且在其他假設(shè)條件不變的情況下，運(yùn)營年限在25～30年的單位千瓦動態(tài)初始投資需要分別控制在11297元/千瓦、11443元/千瓦、11573元/千瓦、11635元/千瓦、11693元/千瓦、11751元/千瓦（圖2）。相較于25年，增壽至30年可以爭取額外454元/千瓦的釋壓空間。同樣可以看出，當(dāng)前水平與收益預(yù)期水平下的單位千瓦動態(tài)投資仍存在約3000元的差距，降本任務(wù)道阻且長。

二、海上風(fēng)電場延壽經(jīng)濟(jì)評價

進(jìn)行海上風(fēng)電場延壽經(jīng)濟(jì)評價時，需在該風(fēng)電場已有經(jīng)濟(jì)評價的基礎(chǔ)上，增加測算入?yún)ⅲㄈ缪訅矍暗臋z查費(fèi)用、延壽年內(nèi)的修理費(fèi)率等），并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性的定量測算和關(guān)鍵指標(biāo)（平準(zhǔn)化度電成本、項目全部投資內(nèi)部收益率、項目自有資金內(nèi)部收益率等）分析。

（一）測算假設(shè)

以我國東部海域某300MW典型近海風(fēng)電場為例，測算假設(shè)如下：（1）前25年的上網(wǎng)電價為0.8500元/千瓦時，延壽5年的上網(wǎng)電價選取東部沿海省份燃煤標(biāo)桿電價中間水平0.4000元/千瓦時；（2）運(yùn)營年限從25年逐年增至30年；（3）前25年的年等效利用小時數(shù)維持3300h不變，后5年按3000h取值；（4）初始投資選取早年近海沿岸的造價水平16000元/千瓦；（5）考慮直接延壽，但在第21～25年年均發(fā)生延壽檢查費(fèi)用50元/千瓦；（6）折舊年限等于運(yùn)營年限；（7）還款年限（含建設(shè)期）為18年；（8）經(jīng)濟(jì)評價參數(shù)參照《風(fēng)電場項目經(jīng)濟(jì)評價規(guī)范》（NB/T 31085―2016）中海上風(fēng)電場的取值要求，并將延壽5年內(nèi)的修理費(fèi)率提高至4%；（9）銀行貸款比例為70%，長期貸款利率為4.9%，分別測算延壽前和延壽后的項目經(jīng)濟(jì)性。

（二）延壽建議

上述案例的測算結(jié)果如表2和圖3所示。由圖表可知，海上風(fēng)電場延壽方案會直接影響項目的收益水平，且在文中假設(shè)的前提下，延壽年份與收益水平為正相關(guān)關(guān)系，即在其他條件相同的前提下，風(fēng)電場的可運(yùn)營年限越長，收益水平越高。這主要是由于收益水平對發(fā)電能力更為敏感，延壽所產(chǎn)生的費(fèi)用足以被增發(fā)的電量收益覆蓋。

結(jié)論

經(jīng)論證可知，延長運(yùn)營年限是海上風(fēng)電場增值的有效手段。但截至目前，運(yùn)營年限的延長仍舊受到多重因素限制。在政策方面，雖然行業(yè)已出臺數(shù)項機(jī)組、設(shè)備的增壽和延壽規(guī)范，但尚無明確的政策支撐；在技術(shù)方面，海上升壓站結(jié)構(gòu)平臺等海上風(fēng)電場主要構(gòu)成的設(shè)計壽命遠(yuǎn)超過海上風(fēng)電場的運(yùn)營年限，從理論上來說，如果可以延長風(fēng)電場的運(yùn)營年限將更有利于對原有設(shè)備設(shè)施的再利用，但在技術(shù)方面有待論證；在成本方面，不論是在設(shè)計時就參考更長的設(shè)計壽命進(jìn)行設(shè)計，還是對海上風(fēng)電場原有的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行大修或更換，都需要詳細(xì)評估設(shè)備成本和施工費(fèi)用，是否具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，必須經(jīng)系統(tǒng)性評估后才能得出結(jié)論。

當(dāng)前的海上風(fēng)電，僅靠技術(shù)手段進(jìn)行降本增效遠(yuǎn)不足以應(yīng)對行業(yè)所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，需要引入更多的思路和模式才有可能盤活當(dāng)前的局面。不論是規(guī)模化的開發(fā)、運(yùn)營年限的延長、棄風(fēng)限電的規(guī)避，還是融資成本的降低、收益預(yù)期的下調(diào)等，都需要國家從政策方面給予大力的支持。

（作者單位：北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司）