探究風(fēng)電建設(shè)過程中機組優(yōu)化選型方法

儲備，朱勁波

（國網(wǎng)安徽綜合能源服務(wù)有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引言

一般情況下，風(fēng)電機組優(yōu)化選型可以在根本上提高風(fēng)電場投資效益，積極采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對風(fēng)電場整體投資加以估算，隨后通過創(chuàng)建完善化的效益模型對機組展開技術(shù)方面、經(jīng)濟(jì)方面的對比，進(jìn)而實現(xiàn)機組優(yōu)化選型。

1 風(fēng)電行業(yè)面臨的問題

從整體視角來看，對于日趨發(fā)展的市場環(huán)境來看，廣大人民群眾和社會對風(fēng)電市場提出更多需求與標(biāo)準(zhǔn)，我國各地區(qū)風(fēng)機制造企業(yè)由以往的10 余家逐步增長至80 余家。眾多風(fēng)機制造行業(yè)的出現(xiàn)為風(fēng)電場投資單位提供更多選擇與途徑。但是宏觀環(huán)境的改變也導(dǎo)致風(fēng)電投資者面臨著更多嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和亟待解決的問題。

首先，很多風(fēng)機制造行業(yè)彼此間的良性競爭在根本上推動了風(fēng)機制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程，然而因差異化企業(yè)單位所具備的技術(shù)水平、技術(shù)來源和制造基礎(chǔ)存在或多或少的差異性，導(dǎo)致市場范圍內(nèi)的風(fēng)機質(zhì)量參差不齊，對風(fēng)機制造行業(yè)的綜合發(fā)展?jié)摿Αa(chǎn)品類型、供應(yīng)鏈予以深層次掌握與了解，對于風(fēng)電產(chǎn)業(yè)投資者獲取最大化經(jīng)濟(jì)效益起到一定的促進(jìn)性作用。然而當(dāng)前國內(nèi)缺少科學(xué)完善的平臺，對于大規(guī)模發(fā)電集團(tuán)企業(yè)而言，想要全面掌握風(fēng)機制造單位的各類信息與數(shù)據(jù)存在一定的難度。

其次，因當(dāng)前風(fēng)電發(fā)展速度日益加快，投資風(fēng)電場數(shù)量也逐步增多，出質(zhì)保期的項目少之又少，這便在一定程度上致使風(fēng)電投資者沒有對風(fēng)機實際運行狀況給予足夠重視。但是風(fēng)機的質(zhì)量會對投資者的收益帶來一定影響，在風(fēng)電場機組運行數(shù)據(jù)庫的支持下可以獲取多樣化風(fēng)場機組選型及運行情況，對于新建風(fēng)場風(fēng)機選型來說可以起到不可忽視的參考性作用。

最后，越來越多的企業(yè)單位逐步融入風(fēng)機制造行業(yè)當(dāng)中，在根本上改變了風(fēng)機供求關(guān)系，進(jìn)而降低風(fēng)機造價。對于風(fēng)電投資者而言，獲取及時性、完整性的風(fēng)機價格變化趨勢等相關(guān)信息，并結(jié)合實際情況開展規(guī)模化風(fēng)機采購，對于在根本上減少風(fēng)電投資成本等方面起到關(guān)鍵性作用[1]。

2 風(fēng)電建設(shè)過程中的機組優(yōu)化選型

現(xiàn)如今，各地區(qū)發(fā)電集團(tuán)風(fēng)電機組需要通過一系列招標(biāo)審核與確定環(huán)節(jié)，招標(biāo)時間安排較為緊張，無法針對不同類型的機組技術(shù)經(jīng)濟(jì)性展開深層次分析與探究。所以相關(guān)單位部門需要在實際招標(biāo)階段中積極采用有限時間對不同類型機組開展技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的對比分析，其可以對最終評標(biāo)成果帶來不可忽視的影響作用。在風(fēng)電機組優(yōu)化選型期間，通常需要將容量系數(shù)、發(fā)電量和單位千瓦掃風(fēng)面積等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為關(guān)鍵優(yōu)化目標(biāo)，隨后結(jié)合實際情況創(chuàng)建出與之匹配的數(shù)學(xué)模型，并安排專業(yè)化、高素質(zhì)工作者對該模型加以分析，進(jìn)而在原有機型當(dāng)中篩選出最優(yōu)。然而在具體發(fā)展情況下，上述方法均體現(xiàn)為以“機組與風(fēng)能資源達(dá)到最優(yōu)匹配”作為核心要素，并沒有將風(fēng)電場發(fā)展年限與壽命周期等效益最大化要素納入考慮范圍內(nèi)。

2.1 基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)電場投資估算

一般情況下，在風(fēng)電場建設(shè)期間，對于整體經(jīng)濟(jì)效益帶來影響的關(guān)鍵因素往往涉及機組價格、裝機容量、地形、集電線路長度、基礎(chǔ)形式、永久征地費用、風(fēng)機載荷等。對于裝機容量而言，其主要以百萬千瓦為單位；在地形方面來看，復(fù)雜性的山地區(qū)域需要取值為0.1，較為復(fù)雜的山地一般取值0.2，較為平坦的地形取值0.3，非常平坦的地形取值0.4，而沿海灘涂風(fēng)電場取值0.5；集電線路的形式往往取0.1 架空線、0.2 地纜；基礎(chǔ)彎矩載荷的單位是109N·m；永久征地費用的單位體現(xiàn)為千元每平方米；臨時征地費用單位是千元每平方米，輸出是風(fēng)電場整體投資，單位體現(xiàn)為百億元。風(fēng)機臺數(shù)需要以前臺作為參考單位。對于所收集的各類工程數(shù)據(jù)和參數(shù)來看，結(jié)合上述輸入、輸出因素創(chuàng)建出完善科學(xué)的樣本數(shù)據(jù)，在BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的支持下創(chuàng)建出科學(xué)合理的投資估算模型，進(jìn)而幫助相關(guān)人員對新工程、新項目實施快速投資估算。

2.2 創(chuàng)建效益模型

從整體視角來看，效益分析法在實踐應(yīng)用期間可以對項目投入與產(chǎn)出效益展開一系列分析對比，相關(guān)在規(guī)定時間范圍內(nèi)對工程項目的效益狀況、費用支出情況加以分析，進(jìn)一步探究分析建設(shè)項目所具備的經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合項目在經(jīng)濟(jì)業(yè)務(wù)方面的得與失、優(yōu)點與缺點展開一系列評價對比，為合理決策提供更多有效、科學(xué)的分析方法。站在工程層次上加以分析，在費用-效益理論的支持下，相關(guān)人員可以針對風(fēng)電場建設(shè)與運行基本情況，將其合理劃分為年發(fā)電成本與年發(fā)電收益。

（1）對于年發(fā)電成本來說，其可以有效劃分為建設(shè)投資成本、風(fēng)電場經(jīng)營成本、財務(wù)成本。建設(shè)投資成本一般可以體現(xiàn)為一次性投資，并將其分布于項目起始階段，大多數(shù)需要將折舊費納入總成本費用范疇內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電不會存在過多的燃料成本，其經(jīng)營成本往往涉及人員福利工資、風(fēng)電機組修理費、材料費、保險費。

（2）年發(fā)電收益往往與風(fēng)電場年發(fā)電量息息相關(guān)，相關(guān)人員可以結(jié)合風(fēng)電機組的功率特性曲線、風(fēng)電場風(fēng)速基本狀況展開一系列運算分析。結(jié)合上述分析成果來看，相關(guān)工作人員可以創(chuàng)建出以下費用-效益模型[2]。

式中：F——風(fēng)電場壽命范圍內(nèi)的收益凈現(xiàn)值；Pw——風(fēng)電場中的整體上網(wǎng)電量；p——電價；i——折現(xiàn)率；n——建設(shè)期與經(jīng)營期時長；Ij——第j 年的建設(shè)投資數(shù)額，其往往涉及安裝工程投資、設(shè)備投資、建筑工程投資總額、占地費用、價差預(yù)備費、建設(shè)階段中的利息等；Oj——以投資年作為入手點的第j 年修理費，一般情況下，修理費是固定資產(chǎn)價值與修理費率之間的乘積，差異化機組生產(chǎn)單位的修理費率各不相同，根據(jù)廠家單位相同類型機組壽命周期范圍內(nèi)的平均修理費率計算，對年維修費展開一系列估算取值，因當(dāng)前很多風(fēng)電開發(fā)商缺少科學(xué)完善的機組維修費用統(tǒng)計數(shù)據(jù)和相關(guān)資料，所以相關(guān)部門單位應(yīng)要求各地區(qū)廠家在投標(biāo)環(huán)節(jié)中詳細(xì)標(biāo)注機組維修費用的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)及參數(shù)信息，針對沒有清晰表明年維修費用的生產(chǎn)廠家而言，應(yīng)根據(jù)投標(biāo)最高價等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算，促使風(fēng)電開發(fā)商在根本上實現(xiàn)機組優(yōu)化選型基本目標(biāo)；Rj——第j 年貸款償還利息；Tj——第j 年的其他費用支出，其往往涵蓋著材料費、工資福利、額外費用和保險費等，各部門工作人員的工資與福利費=職工年平均工資×編制定員×（1+福利系數(shù)），材料費的計算單位通常以員/kW 加以計算，保險費=固定資產(chǎn)價值×保險費率，保險費率一般取值為0.25%，其余費用=風(fēng)電場裝機容量×其他額外費用定額。

結(jié)合上述內(nèi)容來看，在受到外界因素和限制條件的影響下，如果風(fēng)電場規(guī)劃容量完全一致，則差異化型號的風(fēng)電機組，其占地面積、發(fā)電量、整體數(shù)目和投資成本各不相同，投資人員需要結(jié)合多方面因素和風(fēng)電場壽命周期效益最大化予以考慮。

2.3 決策系統(tǒng)設(shè)計

對于新時代背景下的行業(yè)發(fā)展趨勢下，相關(guān)單位需要結(jié)合國內(nèi)、國外研究現(xiàn)狀，對于風(fēng)電機組優(yōu)化選型方法來說，主要設(shè)計思路體現(xiàn)為需要以風(fēng)電投資者需求作為核心導(dǎo)向，進(jìn)一步提高風(fēng)電場的整體經(jīng)濟(jì)效益和運行安全性，進(jìn)而實現(xiàn)風(fēng)電機組的優(yōu)化選型。首先，對風(fēng)電機組展開初步選擇處理，以此來篩選出滿足風(fēng)電場建設(shè)各項需求的機組類型，其次，通過運行經(jīng)濟(jì)分析選擇出風(fēng)機運行狀態(tài)良好、發(fā)電量充足的機組，并借助技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析并選擇出風(fēng)電場適宜性、經(jīng)濟(jì)性比較好的機組，最后利用風(fēng)電機組選型輔助決策軟件系統(tǒng)創(chuàng)建出科學(xué)適宜的風(fēng)機制造廠商商務(wù)、技術(shù)資料庫，結(jié)合實際情況創(chuàng)建出科學(xué)化、全面化的風(fēng)電場機組運行數(shù)據(jù)庫，在根本上實現(xiàn)科學(xué)合理的風(fēng)機價格變化趨勢分析功能，科學(xué)劃分相應(yīng)的風(fēng)場類型，與此同時完成相同類型風(fēng)場機組選型查詢功能。將風(fēng)機制造企業(yè)資料、風(fēng)電場機組運行數(shù)據(jù)、風(fēng)機價格變化趨勢等多樣化層次全面融合至完善化的綜合平臺當(dāng)中，進(jìn)而實現(xiàn)對風(fēng)電機組多樣化、全面性信息數(shù)據(jù)的進(jìn)一步對比和了解，以此來對新建風(fēng)電場實現(xiàn)風(fēng)機優(yōu)化選型。

一般情況下，構(gòu)建特點如下：①為了全面掌握和了解風(fēng)機制造廠商全方位信息，系統(tǒng)可以通過對主流風(fēng)機廠商的全面化調(diào)研分析，根據(jù)當(dāng)前發(fā)展背景下的市場調(diào)查資料，相關(guān)人員需要全面收集風(fēng)機制造廠商技術(shù)資料，創(chuàng)建出完善化、科學(xué)化的制造廠商數(shù)據(jù)庫和風(fēng)電機組數(shù)據(jù)庫。②為了獲取相同類型風(fēng)場機組選型、運行狀況，系統(tǒng)需要與風(fēng)電投資人員、制造廠商達(dá)成長期性、良好的合作溝通，進(jìn)而及時獲取國內(nèi)市場中正處于建設(shè)狀態(tài)或投產(chǎn)的建設(shè)風(fēng)電項目地形條件、海拔高度、風(fēng)資源、使用機組型號、參數(shù)、年發(fā)電量等信息數(shù)據(jù)，創(chuàng)建出完善化、科學(xué)化風(fēng)電場建設(shè)數(shù)據(jù)庫，通過對風(fēng)場類型展開一系列科學(xué)劃分，促使系統(tǒng)呈現(xiàn)出相同類型風(fēng)場機組協(xié)調(diào)一致的選型查詢功能。③為了在根本上獲取及時性、完善化的風(fēng)機價格變化趨勢等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)可以通過對近年來風(fēng)電機組招投標(biāo)價格數(shù)據(jù)加以匯總分析，進(jìn)而探究國內(nèi)、國外主流生產(chǎn)單位風(fēng)機千瓦造價變化規(guī)律，創(chuàng)建出相應(yīng)的風(fēng)電主機造假數(shù)據(jù)庫，以此來達(dá)成風(fēng)機價格走勢分析等功能目標(biāo)[3]。

為了在根本上加快系統(tǒng)實踐應(yīng)用，通過風(fēng)電機組優(yōu)化選型輔助決策軟件系統(tǒng)的投入使用可以為實現(xiàn)風(fēng)電機組選型提供更多優(yōu)質(zhì)化、高效率工作平臺。結(jié)合系統(tǒng)的創(chuàng)建思路來看，其往往涉及五個功能模塊，主要體現(xiàn)為風(fēng)電機組數(shù)據(jù)庫、制造廠商數(shù)據(jù)庫、國內(nèi)風(fēng)電場建設(shè)數(shù)據(jù)庫、風(fēng)電主機造價數(shù)據(jù)庫、同類風(fēng)電場機組選型查詢模塊等。

2.4 優(yōu)化選型

一般情況下，對于風(fēng)電場年上網(wǎng)電量的估算來說，相關(guān)人員可以積極運用計算機模型估算法，主要涉及美迪軟件、WASP 軟件。在估算環(huán)節(jié)中需要結(jié)合實際情況展開多方面修正及完善，如尾流修正、空氣密度修正、控制等。運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以針對已經(jīng)建設(shè)完畢的輸入、輸出數(shù)據(jù)展開一系列模擬分析和探究，進(jìn)而估算和探究出項目工程的整體投資數(shù)目。針對不同類型的待選機型實施風(fēng)電場全壽命周期費用-效益對比，進(jìn)而明確最終的機組選型。

2.4.1 結(jié)構(gòu)型式選擇

對于水平軸風(fēng)力發(fā)電機組來說，其是當(dāng)前國內(nèi)外使用頻率較高的結(jié)構(gòu)型式，優(yōu)點體現(xiàn)為風(fēng)輪可以有效架設(shè)于與地面相距較遠(yuǎn)的位置，在根本上減少因地面擾動對風(fēng)輪動態(tài)特性帶來的負(fù)面影響，此類型機組的機械部件往往聚焦于機艙當(dāng)中，如齒輪箱、發(fā)電機、主軸、液壓系統(tǒng)和調(diào)向裝置等。主軸也可以細(xì)致劃分為緊湊型和長軸布置型，前者主要指的是風(fēng)輪與齒輪箱低速軸有效銜接，齒輪箱高速軸輸出端可以在彈性聯(lián)軸節(jié)與發(fā)電機的支持下相互連接。后者指的是風(fēng)輪通過機艙主框架主軸與齒輪箱的低速軸相互銜接，在此情況下主軸體現(xiàn)為單獨化軸承支撐，該結(jié)構(gòu)優(yōu)點是減少齒輪箱低速軸所受到的復(fù)雜力矩，減少成本費用。

2.4.2 單機容量選擇

對于風(fēng)力發(fā)電場單機容量選擇，與場址建設(shè)條件存在不可忽視的關(guān)聯(lián)性，地形地質(zhì)條件、道路運輸、風(fēng)機吊裝等關(guān)鍵因素與風(fēng)機單機容量大小，在風(fēng)電場地形平坦、安裝條件允許和交通條件便捷性較高的情況下，相關(guān)單位可以篩選出較大的單機容量，有利于全面運用風(fēng)電場土地資源和風(fēng)力資源，進(jìn)而提高項目經(jīng)濟(jì)性。對于地形條件較為復(fù)雜的項目而言，需要在借助現(xiàn)有交通運輸條件的情況下不斷增加建設(shè)成本，根據(jù)風(fēng)電機組市場發(fā)展趨勢并結(jié)合多方面因素篩選出科學(xué)適宜的單機容量[4]。

2.4.3 功率調(diào)節(jié)技術(shù)選擇

從整體目光來看，風(fēng)力發(fā)電機組需要創(chuàng)建出科學(xué)完善的控制系統(tǒng)對功率、轉(zhuǎn)速加以約束和限制，進(jìn)而促使風(fēng)力發(fā)電機組在超出荷載的情況下受到足夠保護(hù)。在風(fēng)力發(fā)電機組容量不斷增加的情況下，安全系統(tǒng)所消耗的成本量也會隨之提升，只有在眾多保護(hù)功能下方可呈現(xiàn)出良好的電能輸出狀態(tài)，比如規(guī)避功率波動等情況。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定數(shù)值期間，風(fēng)力發(fā)電機組達(dá)到額定功率，自然風(fēng)的速度改變往往會超出此風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)力發(fā)電機組制造單位往往會對發(fā)電機施加過載能力，控制系通過允許發(fā)電機在短時間內(nèi)出現(xiàn)過載現(xiàn)象，但不可長時間過載[5]。

3 結(jié)語

綜上所述，從整體目光加以分析，風(fēng)電機組與風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)效益、運行安全性息息相關(guān)，因此篩選出與風(fēng)電場風(fēng)況相符合的風(fēng)電機組是風(fēng)電場建設(shè)項目中至關(guān)重要的部分。