2008年全國風能資源詳查和評價結(jié)果顯示，我國陸上風能資源豐富區(qū)主要分布在東北、內(nèi)蒙古、華北北部、甘肅酒泉和新疆北部、云貴高原、東南沿海地區(qū)。以70m高度風能資源技術可開發(fā)量為例，內(nèi)蒙古最大，約為15億千瓦，其次是新疆和甘肅，分別為4億千瓦和2.4億千瓦。此外，黑龍江、吉林、遼寧、河北北部，以及山東、江蘇和福建等地沿海區(qū)域風能資源豐富地區(qū)面積大，適宜規(guī)劃建設大型風電基地。我國中部內(nèi)陸地區(qū)的山脊、臺地、江湖河岸等特殊地形也有較好的風能資源分布，適宜開發(fā)利用分散式風電。
圖1 全國10m高度風功率密度等值線圖
由全國10m高度風功率密度等值線圖（圖1）可見，我國風能資源豐富區(qū)（東南沿海及其附近島嶼、新疆北部、內(nèi)蒙古全境、甘肅北部、“三北”地區(qū)）10m高度年有效風能密度都能達到200W/m2－300W/m2。目前這類地區(qū)的風能資源開發(fā)程度較高。相對于這些地區(qū)之外，除了部分高山和湖泊周圍風能資源較豐富外，其他地區(qū)風功率密度都在150W/m2以下。
通常行業(yè)內(nèi)將風電機組輪轂高度處年平均風速小于6m/s，年平均風功率密度在200W/m2以下的風電場稱為低風速風電場。
據(jù)統(tǒng)計，全國范圍內(nèi)可利用的低風速資源面積約占全國風能資源區(qū)的68%，且均接近電網(wǎng)負荷的受端地區(qū)，市場前景廣闊。隨著風能資源豐富的風電場越來越少，而適用于低風速地區(qū)的風電機型則越來越多，低風速風電場的開發(fā)正逐步進入發(fā)展期。目前開發(fā)低風速風電場熱門的省份有江蘇、安徽、河南、湖南、江西、廣西和廣東等。
低風速風電場的定義
低風速風電場的概念尚未有統(tǒng)一的定義，參考部分文獻后，較客觀的表述可為：低風速風電項目是指風電機組輪轂高度上年平均風速在5.3m/s－6.5m/s之間，年利用小時數(shù)在2000h以下的平原或相應風功率密度的高原區(qū)域內(nèi)可開發(fā)風電的項目，其一年內(nèi)風速介于3m/s－7m/s的頻率較高。
目前隨著低風速風電機組的技術水平提升，年平均風速達到6.0m/s以上，風電機組年發(fā)電利用小時數(shù)基本可以達到2000h。根據(jù)近兩年風電項目投資造價情況分析，年利用小時數(shù)達到2000h以上的風電項目都有不錯的盈利能力，年利用小時數(shù)達到1800h則大多數(shù)風電項目資本金財務內(nèi)部收益率可以達到8%的要求。而年平均風速小于5.5m/s時，風電項目將面臨較大的投資風險。所以從風電開發(fā)商立場考慮，其關注的低風速風電項目年平均風速基本在5.5m/s－6.0m/s之間，年利用小時數(shù)在1800h－2000h之間。
低風速風電項目實例
一、項目概況
該風電項目位于安徽省巢湖南岸低山丘陵地區(qū)，場址區(qū)內(nèi)由多條南北向山梁構(gòu)成，風電場內(nèi)機組主要依靠山脊走勢呈南北布置。風電場平均高程在59m－198m之間。
風電場場址區(qū)域80m高度年平均風速為5.4m/s，風功率密度165.3W/m2；50年一遇10min平均最大風速為29.94m/s，宜選用安全等級為IEC IV（C）類及以上風電機組，風電場安全等級較小。風電場位置及地形見圖2。
圖2 安徽巢湖某風電場地形圖
二、機型選擇
由于風電場安全等級較小，可以選用國內(nèi)安裝數(shù)量較多、技術較成熟的幾種低風速風電機組，機型參數(shù)見表1。
表1 幾種應用較多的低風速風電機組參數(shù)表
三、數(shù)據(jù)處理
風電場場址區(qū)域內(nèi)有一座80m高度測風塔，測風數(shù)據(jù)已滿一年，年平均風速5.4m/s。通過對該套數(shù)據(jù)進行同比例放大及縮小，將年平均風速折算成5.0m/s－5.9m/s、間隔0.1m/s，共獲得十套風能資源數(shù)據(jù)。采用WAsP軟件按照不同的年平均風速成果計算威布爾擬合參數(shù)A、k值和各風電機組機型對應的理論發(fā)電量。
風電場年上網(wǎng)電量是在理論發(fā)電量的基礎上，考慮風電機組利用率、氣候影響、空氣密度、功率曲線保證率、尾流影響、控制和湍流、風電機組葉片污染、風電場場用電線損等因素和軟件計算誤差的影響，對其進行修正，得出風電場年上網(wǎng)電量。按照該風電場特征計算了風電場上網(wǎng)電量綜合折減系數(shù)，并計算年上網(wǎng)發(fā)電量及風電場年利用小時數(shù)。
A、k值及年利用小時數(shù)成果見表2。各項折減系數(shù)取值按照工程經(jīng)驗估算，見表3。風電場年利用小時數(shù)為上網(wǎng)電量/裝機容量。
表2 各機型在不同風速下的年等效利用小時數(shù)
表3 案例風電場綜合折減系數(shù)計算
由表2可得，發(fā)電量和單位容量下的掃風面積成正比關系，由于WTG－4機型單位容量下的掃風面積較大，捕捉風能的效率較高，所以年上網(wǎng)電量等效利用小時數(shù)較高。風電機組的啟動風速和額定風速越低，則更適應低風速風電場，發(fā)電量相應有更大優(yōu)勢。
四、項目效益分析
根據(jù)國家能源局發(fā)布的《中國風電建設統(tǒng)計評價報告2014》顯示，位于華東低山丘陵地區(qū)風電場投資成本約在9000元/kW。國家發(fā)展改革委《關于完善陸上風電光伏發(fā)電上網(wǎng)標桿電價政策的通知》明確了2016年和2018年標桿電價，對應四類風能資源地區(qū)具體執(zhí)行標準如下：
（1）2016年、2018年等年份1月1日以后核準的陸上風電項目分別執(zhí)行0.60元/kWh、0.58元/kWh的上網(wǎng)標桿電價。
（2）2年核準期內(nèi)未開工建設的項目不得執(zhí)行該核準期對應的標桿電價。
（3）2016年前核準的陸上風電項目但于2017年底前仍未開工建設的，執(zhí)行2016年上網(wǎng)標桿電價。
因此，案例項目的上網(wǎng)標桿電價在0.60元/kWh和0.58元/kWh時分別測算其資本金財務內(nèi)部收益率。另外還考慮了案例項目的造價水平、發(fā)電量及各項取費標準進行測算。根據(jù)國家現(xiàn)行財稅制度和現(xiàn)行價格，按國家發(fā)展改革委和建設部頒發(fā)的《建設項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》（第三版）進行費用和效益計算，考察項目的獲利能力、清償能力等財務狀況，以判斷其在財務上的可行性。判斷風電項目可行的重要參數(shù)是項目資本金財務內(nèi)部收益率（稅后，下同）要達到8%以上。各機型在不同風速條件下項目資本金財務內(nèi)部收益率結(jié)果見表4、表5。
表4 電價為0.60元/kWh時各機型收益表
表5 電價為0.58元/kWh時各機型收益表
根據(jù)表4和表5的結(jié)果可得：
（1）若是采用WTG－1和WTG－3機型，在2016年電價政策下，要達到項目資本金財務內(nèi)部收益率8%的要求，需要項目年平均風速達到5.4m/s－5.5m/s；在2018年電價政策下，要達到項目資本金財務內(nèi)部收益率8%的要求，需要項目年平均風速達到5.6m/s。
（2）若是采用WTG－4機型，在兩種電價政策下，在年平均風速只要達到5.3m/s，項目資本金財務內(nèi)部收益率就能達到8%，但是該機型目前尚未大規(guī)模應用。
（3）同時測算出，在2016年電價政策下，風電場利用小時數(shù)需達到1800h以上；在2018年電價政策下，則需達到1900h以上。對于案例項目而言，風電場實際年平均風速為5.4m/s，宜選用WTG－4機型，年發(fā)電量等效利用小時數(shù)2005h時。經(jīng)測算項目若能在2016年核準并如期開工建設，全部全投資財務內(nèi)部收益率（稅前）8.65%，資本金財務內(nèi)部收益率（稅后）11.43%，投資回收期9.2年。
結(jié)論
本文通過我國東南地區(qū)某低風速風電場案例，討論了在目前風電機組制造水平下投資低風速風電場的必要條件。
（1）低風速風電場年平均風速需達到5.3m/s以上，且年利用小時數(shù)需達到1800h以上，項目才適合投資。
（2）在最新的風電上網(wǎng)標桿電價標準情況下，低風速風電場需滿足年平均風速達到5.5m/s以上才有較多的可選機型，使得項目資本金財務內(nèi)部收益率滿足8%的要求，這樣才能保證項目開發(fā)風險較低。
（3）在年平均風速達到5.3m/s的情況下，目前也有較合適的機型可選，使得低風速風電項目基本實現(xiàn)投資收益目標，但是目前此類機型尚未大規(guī)模安裝應用，有待進一步驗證。
（4）低風速風電場開發(fā)需要選擇的機型有如下特點：較大的單位容量掃風面積、較低的啟動風速和額定風速。
（5）由于面臨陸上風電上網(wǎng)標桿電價的調(diào)整，在2016年和2018年電價政策下，風電場利用小時數(shù)需達到1800h和1900h以上，低風速風電項目才能達到投資收益目標。
