[科普中国]-上网电量

简介

上网电量的确定是风电场可行性研究阶段的基本任务之一，年上网电量的大小直接关系到风电场的效益水平和风险程度，影响和决定着风电场的投资决策，中国普遍采用综合折减法进行计算。

综合折减法中的折减因子包括但不限于风电机组尾流影响、空气密度、低温等气候条件、控制和湍流、风电机组可利用率、风电机组功率曲线保证值、场用电、线损等，此外结合具体风电场建设条件还需要考虑周边风场尾流影响、限电等其他因素，设计单位出于风险控制在确定折减系数时通常倾向保守。

实际上，不同项目业主具有不同的风险偏好，同一个项目业主在不同设计阶段的风险态度也可能发生改变，采用综合折减法得出单一上网电量结果的计算方式难以灵活应对，工程中往往通过修改折减系数的方式调整上网电量，但这种调整所蕴含的风险很难有效控制。为满足项目业主风险管理的需求，在风电场设计过程中应将发电量和风险进行有机结合，概率折减法本身具备保证率属性，能够很好地服务于风险控制决策1。

原理概率折减法又称为不确定分析( Uncertainty Analysis) ，是国外风电项目设计上网电量的计算方法之一，中国对该方法采用相对较少。风电场的发电过程受到多种相互独立的因素影响，年上网电量可以认为是服从正态分布的随机变量，概率折减法正是基于正态分布进行建立的。

计算方法与综合折减法类似，概率折减法同样会考虑到多种折减因子的影响，并通过给定系数的方式间接估算。概率折减法将折减因子分为2类：第1类因子主要发生在风电场建成后的运行阶段，其结果将导致发电量减小，称为直接折减因子。

计算过程称为直接折减；第2类因子主要发生在风资源评估阶段，其结果可能导致发电量低估，也可能导致发电量高估，称为不确定因子，计算过程称为不确定折减。直接折减和不确定折减的计算方法是不同的，以下将分别予以介绍。

1.直接折减

直接折减考虑的因子包括风电场可利用率、控制和湍流、气候停机、叶片污蚀、场用电及线损、变电站维护、限电、周边风电场影响等，折减系数的统计学意义即折减因子发生的概率。表示扣除尾流损失后的理论发电量余值( 以下简称尾流影响后发电量) 。需要注意的是，不同因子影响发电量计算结果的能力是有区别的，这种区别用敏感度进行描述。

敏感度定义为由不确定因子变化所引起的发电量相对变化百分比与不确定因子相对变化百分比的比值，用Su表示，单位为%。

2.不确定折减

不确定因子涵盖了从测风塔设立至发电量估算的所有环节，其组成较为复杂，主要可以分为风速、地形模型、尾流模型和电能参数共计4类，每类因子的敏感度计算方式也不相同，现分类进行说明。

1) 测风塔安装：测风塔安装是否严格垂直安装的不确定性、风速仪安装角度影响风速测量的不确定性；

2) 测风仪性能：测风仪测量风速的质量及测风仪标定情况的不确定性；

3) 测风数据记录：测风数据转换为电子数据并进行存储的不确定性；

4) 地形影响：测风塔周围地形地物对风速测量影响的不确定性；

5) 测风时段：测风时段风速、风频特征对未来风况代表性的不确定性；

6) 水平方向推算的不确定性：由于未在每个机位处进行测风，利用现有测风塔推算其他位置风机风速的不确定性；

7) 垂直方向推算的不确定性：由于未在轮毂高度处进行测风，利用现有高度风速资料进行推算的不确定性；

8) 代表性订正的不确定性：选择参证气象站并进行代表性订正的不确定性2。

实例应用以中国西北地区某风电场为例，应用概率折减法计算设计年上网电量。该风电场设计安装33台单机容量1500kW 的风力发电机组，总装机容量49.5MW，风机轮毂高度为80m。经WindFarmer5.0软件优化布置后计算出该风电场的年理论发电量为14874.4 万kWh，尾流影响后发电量为13771.2 万kWh，平均尾流损失系数为7.42%，平均地形效率为99.645%。若采用传统的综合折减法，取综合折减系数为26%计算出该风电场年上网电量为10 190.7 万kWh，年等效满负荷小时数为2059h，容量系数为0.235。现采用概率折减法计算风电场设计年上网电量。

采用传统的综合折减法计算得到的年上网电量水平(年等效满负荷小时数为2059 h) 与项目P75 接近。

总结概率折减法建立在统计学理论基础上，细致全面地考虑了可能影响发电量的各种不利因子，折减过程依据因子的作用阶段不同划分为直接折减和不确定折减，依据因子的作用效果不同引入敏感度参数进行修正，可以发挥工程师丰富的实践经验确定出尽可能接近风电场实际的折减系数，计算过程科学可靠，计算结果能够清晰地反映出上网电量的保证率水平，为项目业主进行风险决策提供强有力的技术支持，具有很强的工程实用价值3。