在役风电场机组“以大代小”评价方法

贾 蓉，曾利华，张立英，邵振州，李家川，蒋河川，高培鑫

（中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，北京 102200）

随着风电的日益发展与成熟，我国风电经历成长起步阶段（1978-2006年）、产业化发展阶段（2007-2012年）、规模化发展阶段（2013年至今）。

在产业化发展阶段，全国已建成风电装机规模共计约5 970万kW，风机数量共计约5万台。风电机组额定功率以1 500 kW为主，占已建成风机总数量的比例约67%。已建成风电场工程主要分布在内蒙古、河北、甘肃、辽宁、宁夏、山东等省区。

在这一阶段开发的风电项目集中在风能资源丰富区和较丰富区，受限于当时的技术条件，风电机组性能相对落后，发电小时数不高，风电场在运行10～15年以后，因为部分老化风电机组运行效率下降，故障率提高，发电效能变差，实际发电小时数较预期小时数有一定程度的降低，甚至低于当地保障性小时数。为提高风能利用效率，用当前风电技术对存量风电场进行“上大压小”改造势在必行。

基于充分利用风能资源和土地资源，探索在存量区域提高新能源开发规模的可行性，本文提出了老旧风电场“以大代小”推荐方案，根据原风场项目不同剩余运营年限、发电量等情况，建立项目改造测算模型，进行多方案测算与对比分析，推荐适合延寿改造可行性的模型及评价方法。

1 改造项目评价方法

对于建设方案的经济比选方法，分为静态评价指标与动态评价指标，其中静态评价指标有：投资收益率、静态投资回收期、利息备付率、偿债备付率、资产负债率、流动比率、速动比率，动态评价指标有：净现值、净现值率、费用现值、净年值、费用年值、内部收益率、动态投资回收期、效益费用比。

动态评价指标中，内部收益率指标（Internal Rate of Return（IRR）为资金流入现值总额与资金流出现值总额相等、净现值等于零时的折现率。考虑了资金的时间价值以及整个计算期的经济状况，能直接衡量方案未回收投资的收益率，一般盈利性工程广泛采用内部收益率衡量项目可行性。一般情况下，内部收益率大于等于基准收益率时，该项目是可行的。而基准收益率的确定与产品特点、技术含量和行业特点都有密切的关系，本文与电力行业的特点，采用全部投资内部收益率（税前）指标为8%为基准收益率。

内部收益率的计算公式为：

式中：NPV为净现值；CIt为第t年现金流入；COt为第t年现金流出；ic为收益率指标；n为方案寿命期或计算期；IRR为式中NPV=0时的收益率指标ic。

在工程前期发生，进入生产运营期后不再进行后续投资的项目为常规现金流项目，非常规现金流项目可以是为若干常规现金流项目的叠加。对于互斥方案的比选办法，本文选择了评价指标对比法和增量指标分析法两种评价办法进行对比，选取适合于改造方案评价的办法。

1.1 评价指标对比法

评价指标对比法的内部收益率IRRdif的算法为：

式中：IRRdif为评价指标对比法中内部收益率；IRRbefore为如果不参与改造时，项目全生命周期收益率指标；IRRafter为如果项目参与改造时，项目全生命周期收益率指标。

对于评价指标对比法中收益率指标的基本要求为IRRdif＞0，则改造项目具有经济性。

1.2 增量指标分析法

增量指标分析法的内部收益率IRR△为算法为：

CIbefore为项目不参与改造时，项目第t年的现金流入；CIafter为项目参与改造时，项目第t年的现金流入；CObefore为项目不参与改造时，项目第t年的现金流出；COafter为项目参与改造时，项目第t年的现金流出IRR△为式中NPV=0时的收益率指标ic。

对于增量指标分析法中收益率指标的基本要求为IRR△＞基准收益率，则改造项目具有经济性。根据电力行业对基准收益率的平均要求，本文暂按基准收益率为8%考虑。

两种算法的收益率指标都按照项目投资收益率（税前）指标为计算数据。

2 老旧风场“以大代小”改造评价方法的确定

2.1 评价办法

评价指标对比法：本算法是对改造后测算项目收益率指标与未改造的项目收益率指标进行差值计算，对是否延长运营期、是否增容、电价是否含补贴等不同方案进行测算，测算结果见表1中评价指标对比法收益率IRRdif。

表1 不同方案下收益率测算结果表 单位：%

增量指标分析法：此算法下，发电量收益按照在原风场发电量的基础上增加的电量进行财务指标测算，即从技改投资、增加电量和增加的运营成本等进行收益率测算，测算结果见表1中增量指标分析法中收益率IRR△指标。

2.2 评价依托方案

以原风场49.5 MW容量为例，改造方案主要分为增容方案与不增容方案，增容改造方案容量扩容为99 MW，改造后发电小时数可达到3 600 h；不增容改造方案保持容量49.5 MW，改造后发电小时数可达到3 600 h。

项目改造方案主要信息见表2。

表2 项目改造方案信息表

2.3 评价边界条件

原风场补贴电价为0.54元/kW·h，按照财建〔2020〕426号文《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》中，风资源二类地区的全生命周期合理利用小时数为44 000 h，项目补贴电价0.54元/kW·h，当地标杆电价为0.303 5元/kW·h。

发电小时数：原风场发电小时按2 300 h、2 100 h、1 800 h、1 500 h四类分档。

项目运营期：按照项目已运营10年（即整个运营期按10+10=20年）和改造后增加10年运营期（即整个运营期按10+20=30年）2种方式。

敏感性分析：基于增容且含补贴方案，原风场发电小时2 300 h，对项目剩余运营期7～10年进行敏感性测算。

2.4 评价办法的确定

根据2.3中财务评价的边界条件，对各种方案下的评价指标对比法收益率IRRdif及增量指标分析法收益率IRR△进行测算，结果见表1。

对于表1中的测算结果进一步分析，对两种算法下收益率指标分为4个象限：第一象限，IRRdif＞0且IRR△＞8%；第二象限，IRRdif＜0且IRR△＞8%；第三象限，IRRdif＜0且IRR△＜8%；第四象限，IRRdif＞0且IRR△＜8%；结果分布如图1所示。

从图1可以看出：

图1 两种算法下收益率指标示意图

（1）测算结果都分布在第一、三、四象限，第二象限IRRdif＜0且IRR△＞8%的情况在本次方案枚举中并没有出现；说明当IRRdif＜0时，对项目的经济性要求已经不高，IRR△很难高于8%。

（2）大部分数据分布在第一象限和第三象限，第一象限，IRRdif＞0且IRR△＞8%，两种评价指标的基本要求都能达到的情况，为经济可行的情况；第三象限，IRRdif＜0且IRR△＜8%，两种评价指标的基本要求都不能达到的情况，为经济不可行的情况。

（3）少量数据分布在第四象限，IRRdif＞0且IRR△＜8%；由于IRRdif＞0对经济性指标的要求低于IRR△＞8%的要求，所以一部分情况下，虽然经济性能达到IRRdif＞0，但是IRR△＜8%，根据目前电力企业对收益率指标的要求，可以看出IRRdif＞0时，不一定能满足企业对收益率指标的要求。

（4）评价指标对比法下收益率在-5%～5%之间，增量指标分析法下收益率在-12%～17%之间，阈值远大于评价指标对比法，阈值越大，对不同方案下的收益率取值就越精细化。对于评判项目经济性也会更有利。

综上所述，由于不同的决策原则和指标会导致不同的决策结果，而当IRRdif＞0时，项目的财务指标不一定能满足企业对收益率指标的要求，但是IRRdif为能够满足企业的收益率指标要求，没有明确的标准，IRRdif作为决策依据实施难度较大，故采用增量指标分析法收益率IRR△＞8%作为改造项目决策主要依据具有明显的优势和可实施性。

3 评价结果分析

3.1 增量收益率指标分析

当采用增量指标分析法收益率IRR△＞8%为投资决策依据后，IRR△的测算结果见表3。

表3 不同方案下增量指标收益率测算结果表 单位：%

从表3测算结果可以看出：

（1）无论项目增不增容，电价含不含补贴，改造后延长运营期到30年的收益率都明显高于维持20年运营期方案，可见争取延长运营期对改造项目的经济性至关重要。

（2）在原项目同样的发电小时数及补贴方案下，增容方案收益率指标明显高于不增容方案收益率指标，可见争取增加项目容量对改造的经济性提升有很大的作用。

（3）在原项目同样发电小时数及容量方案下，含补贴方案收益率指标比不含补贴方案收益率指标有明显提升。

（4）原项目发电小时数越低，改造后的项目收益率越高，当原风场发电小时数在1 800 h以下时，风场效能较低，运营期延长到30年，增容方案下，无论电价含不含补贴都适合改造。而不增容方案下，当项目电价含补贴时适合改造，可见低效风机改造有一定的收益空间。

（5）不增容方案，电价不含补贴的情况，项目都不适合改造；增容方案，电价不含补贴的情况，项目只有在原风场为低效风场（发电小时数1 800 h以下）时，项目具备改造价值，可见项目补贴对于项目收益率影响较大。但是从另一方面看，改造后如果不再需要电价补贴，可以为政府节省大量的补贴，当项目原发电小时数为1 800 h时，为政府节省原项目剩余运行期补贴18 836万元，为推动政府为项目改造及增加运营期提供积极条件，有助于技改推进落实。

3.2 原项目小时数敏感性分析

根据本文中关于测算办法的选择结果，在不同方案下IRR△=8%时，反算原项目发电小时数，当项目小时数低于此测算结果时，IRR△＞8%，项目经济性较好。

从表4结果可以看出，增加运营期到30年的情况下：增容且电价含补贴时，只要原项目发电小时数在3 020 h以下，改造都具有经济性；增容且电价不含补贴时，原项目发电小时数在1 800 h以下，改造具有经济性；不增容且电价含补贴时，原项目发电小时数在1 600 h以下，改造具有经济性；不增容且电价不含补贴时，原项目发电小时数在1 350 h以下，改造具有经济性。

表4 原项目发电小时数（IRR△=8%） 单位：h

运营期保持在20年的情况下：电价含补贴时，增容方案原风场发电小时数低于1 650 h，不增容方案原风场发电小时数低于1 600 h，改造具有经济性；电价不含补贴时，项目改造不具有经济性。

3.3 剩余运营期敏感性分析

由于前4种测算基于原项目运营期还剩余10年的情况，对于剩余运营期对项目收益率的影响进行测算，选择典型方案原风场发电小时为2 300 h，对增容且电价含补贴方案进行收益指标测算，结果见表5。

表5 不同剩余运营期下收益率 单位：%

表5中改造后增容方案电价含补贴，以2 300 h项目为例进行剩余运营期的敏感性分析。测算结果显示：

（1）当项目运营期维持在20年，由于运营期不变，项目增量销售收入会随着项目剩余运营期的减少而减少；剩余运营期越短，IRR△随着剩余运营期的减少而降低。

（2）当项目运营期为改造后延长20年，项目由于剩余运营期减少，剩余运营期内原项目的总收入相应减少，增量收益相应增加；原项目剩余运营期越短，IRR△越高，剩余运营期每减少1年，项目收益率平均提高0.3%，可判断当剩余运营期在5～7年时，原项目利用小时数为2 100～2 300 h的风场在不含补贴的情况下也存在扩容改造价值。

3.4 预测分析

在目前碳达峰碳中和的大背景下，在满足社会效益最大化的前提下，实现风电装机“质”“量”双提升，值得政府部门、项目主体等深入探讨；从项目主体的角度分析，在土地使用年限不受限制的情况下，项目的运营期可以由投资主体决定，当项目增容改造后，如果能维持原项目的补贴，项目改造的积极性最高；从社会效益来看，当项目改造增容后不需要对原项目进行补贴时，既能实现风电装机容量的提升，又能减轻社会为享受清洁能源而增加的税收负担。

综合考虑，以增容和延长项目运营期来置换项目电价补贴，一方面减少政府的资金压力，有利于推动政府为风场改造出台相关政策，另外一方面提高电力企业对老旧风场改造的积极性。

4 结论

（1）不同方法下收益率指标会导致不同的决策结果，通过对方案案例的测算，分析评价指标对比法和增量指标分析法的计算结果，验证了增量指标分析法收益率IRR△作为改造项目决策主要依据的可靠性与适用性。

（2）项目收益率主要受运营期、容量、补贴的影响，从测算结果来看，对收益率提升作用从高到低排序分别为：增加项目运营期、维持补贴、增容一倍。

（3）从行业和政策制定方面来说，以增容和延长项目运营期来置换项目电价补贴，一方面减少政府的资金压力，有利于推动政府为风场改造出台相关政策，另外一方面提高电力企业对老旧风场改造的积极性，推动企业利用现有的优质风能资源和土地资源，在存量区域提高新能源开发规模。