“三北”地区是我国风电开发的传统重点区域。但近年来随着风电装机容量的快速增长，“三北”地区出现了消纳难、送出难，“弃风”限电等问题，并愈发严重。相比之下，南方地区的风电项目通常距离电力负荷较近，消纳能力强，故“弃风”限电较少。同时伴随着低风速风电机组的日趋成熟，南方地区的低风速风能资源也逐步具备了开发价值。南方地区已成为风电开发的新兴热点。
北方地区的风电项目多位于平原或丘陵地区，而南方地区的风电项目多选址在风能资源富集的山地地区，具有以下特性：
(1)场址范围有限、地形条件复杂，风电机组的布置方案受多种因素制约影响;
(2)不同位置的风速受地形地貌的影响较大、风能资源分布不均匀，风电机组的布置方案对项目发电量大小具有决定性影响;
(3)项目交通条件差、施工难度大、吊装成本高、设备安装困难，风电机组的布置方案对项目设计方案、工程量大小及投资数额具有重要影响。
因此当山地风电项目的装机容量发生改变时，风电机组的布置方案也随之发生改变，导致项目的发电量及投资数额发生变化，并最终影响技术经济评价指标发生变化。基于以上原因，山地风电项目的可行性研究应当对多种装机容量进行比选和优化，并确定技术经济指标最优的方案。而目前我国风电项目可行性研究尚缺乏此方面内容。
针对以上情况，本文提出了一种山地风电项目的装机容量优化方法，并以湖南某山地风电项目为例，尝试开展装机容量的优化工作。
方法介绍
山地风电项目的装机容量装优化方法分为以下六个步骤：步骤一，计算项目场址的风能资源图谱。使用风能资源评估软件载入现场测风塔的风况数据、场址的等高线地图、场址的地表粗糙度分布图等资料，进行外推模拟得到项目场址的风能资源图谱;
步骤二，完成不同装机容量情况下的风电机组布置方案。根据步骤一得到的项目场址的风能资源图谱，按风电机组布置的相关规则，在满足全场发电量最大化、尾流损失控制在合理范围内的条件下，兼顾施工安装场地、道路交通等因素，选择合适的点位布置风电机组;
步骤三，测算不同装机容量情况下的发电量。采用风能资源评估软件载入步骤一得到的项目场址的风能资源图谱、步骤二得到的风电机组布置方案，及风电机组的功率曲线和推力曲线，计算得到项目的理论年发电量，经过各项折减后得到项目的年上网电量及年利用小时数;
步骤四，测算不同装机容量情况下的投资数额。根据步骤二得到的风电机组的布置方案，完成项目的设计图纸、匡算工程量、编制设备材料清单，根据设计概算编制规定、定额和行业主管部门发布的计价依据，计算项目的动态总投资及单位千瓦动态投资;
步骤五，测算项目在不同装机容量情况下的财务评价指标。以项目装机容量、年利用小时数和单位千瓦动态投资为基础，根据项目可行性研究报告确定的投资计划与资金筹措、总成本费用、发电效益计算等边界条件，计算项目各年的现金流入量和流出量，测算项目的主要财务评价指标，包括项目投资财务内部收益率及净现值(所得税前)、资本金财务内部收益率及净现值。
根据《建设项目经济评价方法与参数》(第三版)(简称《方法与参数》)的相关要求，风电项目的项目投资财务内部收益率(所得税前)应在5%以上，资本金财务内部收益率应在8%以上;
步骤六，对不同装机容量进行比选，给出最优装机容量。对于投资者而言，权益资本的投资回报水平是项目决策时需考虑的最为重要的因素之一。故采用净现值法对不同装机容量进行比选，在无资金限制时，采用资本金财务净现值最高的装机容量作为最优装机容量。
项目介绍
本文所研究的山地风电项目案例位于湖南省北部山区，场址中心地理位置为东经113°50′、北纬28°44′，面积大小约30k㎡，海拔高程1000-1500m。场内地形条件复杂、起伏较大;地表植被覆盖茂密，以灌木和森林为主。
场内已设有三座测风塔，编号分别为6393#、8093#及8888#，塔体高度分别为70m、50m和80m，海拔高程分别为1465m、1586m和1326m，目前均已测风满一年。风电场的场址范围及测风塔位置如图1所示。
根据风电场风能资源评估结果，6393#、8093#及8888#测风塔代表年平均风速分别为6.7m/s(70m高度)、
7.1m/s(50m高度)和5.7m/s(80m高度)。三座测风塔的风速差异较大，海拔较高的塔风速较大，海拔较低的塔风速较小，体现了山地风电项目的风能资源分布呈现不均匀性。
根据可行性研究报告(简称“可研报告”)，场址规划安装28台单机容量为2.0MW的风电机组，总装机容量为56MW。风电场的风能资源分布及风电机组布置图如图2所示。风电机组的布置方案集中在场址内风能资源相对丰富的区域，以实现全场发电量最大化;同时机组之间保持了一定的距离，以使尾流损失控制在合理范围。
可研报告经风电机组选型章节评估，最终推荐上海电气风电设备有限公司生产的w105-2.0MW型低风速风电机组。经风能资源评估软件计算，项目的理论年发电量为15376kWh，综合折减系数为0.70，年上网电量为10763kWh，年利用小时数为1922h。
可研报告工程概算章节显示，项目的静态总投资45331万元，动态总投资46678万元，折合单位千瓦动态投资8335元/kW。项目所在地湖南省位于IV类资源区，风电项目的标杆上网电价按0.61元/kWh。项目资本金比例按总投资的20%计，剩余资金采用银行贷款，贷款利率6.55%。在确定投资计划与资金筹措、总成本费用、发电效益等各项边界条件后，测算出主要财务评价指标，如表1所示。项目投资财务内部收益率(所得税前)在5%以上，资本金财务内部收益率在8%以上，均达到《方法与参数》的相关要求。
结果分析
项目装机容量的变化范围主要关注30MW-78MW区间。当装机容量小于30MW(即15台2MW风电机组)时，场内安装的风电机组台数过少，风能资源未得到充分利用，且经济性较差，故不予考虑;当装机容量大于78MW(即39台2MW风电机组)时，风电机组的台数过多，布置方案超出了既定的规划范围，故也需剔除。
图3为在不同装机容量下的年利用小时数与单位千瓦动态投资。
(1)随着装机容量增加，年利用小时数逐步降低。主要原因在于：装机容量较小时，风电机组的布置集中在场内风能资源最为丰富的位置，故机组发电量较高。同时机组的台数少、间距大，机组之间的尾流影响较小，造成的发电量损失较少。因而年利用小时数较高;而装机容量较大时，风电机组布置逐步采用风能资源欠丰富的位置，机组发电量开始降低。另一方面机组的台数多，间距小，机组之间的尾流影响较大，造成发电量损失较多。故年利用小时数较低。
(2)随着装机容量增加，单位千瓦动态投资逐步减少。主要原因在于项目具备规模效应，总投资中存在一定比例的固定投入，如进场道路、升压站等，随着项目装机容量的增加，固定投入均摊到单位千瓦逐步降低，千瓦动态投资也逐步减少。表1项目的主要财务评价指标序号指标数值1装机容量(MW)562年利用小时数(h)19223单位千瓦动态投资(元/kW)83354项目投资财务内部收益率(所得税前)(%)8.715项目投资财务净现值(所得税前)(万元)(基准折现率=5%)193396资本金财务内部收益率(%)12.897资本金财务净现值(万元)(基准折现率=8%)4916图3不同装机容量下的年利用小时数及单位千瓦动态投资
以项目装机容量、年利用小时数和单位千瓦动态投资等数值为基础，根据可研报告确定其它各项边界条件后，测算出项目的主要财务评价指标。
图4为不同装机容量下的项目投资财务内部收益率及净现值(所得税前)，其中基准折现率取5%。
(1)装机容量在30MW-78MW区间时，项目投资财务内部收益率(所得税前)均大于5%，该项指标达到《方法与参数》的相关要求。
(2)随着装机容量增加，项目投资财务内部收益率(所得税前)先升高后降低。装机容量为46MW时，项目投资财务内部收益率(所得税前)达到最高，为10.27%。
(3)随着装机容量增加，项目投资财务净现值(所得税前)逐步增加。在装机容量为78MW时，项目投资财务净现值(所得税前)达到最大，为22098万元。
图5给出了不同装机容量下的资本金财务内部收益率及净现值，其中基准折现率取8%。
(1)装机容量在30MW-78MW区间时，资本金财务内部收益率均大于8%，该项指标达到《方法与参数》的相关要求。
(2)随着装机容量增加，资本金财务内部收益率先升高后降低。在装机容量为46MW时，资本金财务内部收益率达到最高，为13.61%。
(3)随着装机容量增加，资本金财务净现值先升高后降低。当装机容量在50MW-68MW区间，资本金财务净现值较为平稳，波动不大;在装机容量为66MW时，资本金财务净现值达到最大，为5069万元。
最后对不同装机容量进行比选，给出最优装机容量。本文采用净现值法对不同装机容量比选。在无资金限制时，采用资本金财务净现值最高的装机容量作为最优装机容量。
资本金财务净现值一方面与项目各年的现金流量水平相关，另一方面也和资本金的基准折现率有关。投资者可以在国家行政主管部门统一发布的行业基准收益率确定的资本金基准折现率(风电项目为8%)的基础上，也可根据自身发展战略、经营策略、项目目标、投资收益的期望、机会成本等因素，确定具体的资本金基准折现率。目前国内各大风电投资商对资本金基准折现率的取值一般在8%-12%的区间。
图6给出了不同装机容量下的资本金财务净现值情况(资本金基准折现率从8%-12%)。
(1)随着资本金基准折现率逐步提高，资本金财务净现值逐步减少。资本金基准折现率在8%-10%的情况下，资本金财务净现值均为正值;资本金基准折现率在11%的情况下，装机容量为78MW时，资本金财务净现值为负值;而资本金基准折现率为12%的情况下，装机容量在70MW及以上时，资本金财务净现值均为负值。资本金财务净现值为负值的情况表明项目投资收益水平未达到预期标准，财务评价是不可行的，应予以剔除。
(2)随着资本金基准折现率逐步提高，最优装机容量(资本金财务净现值最大)逐步减小。基准折现率从8%-12%时，最优装机容量分别为66MW、50MW、50MW、46MW、46MW。
投资者可根据自身确定的资本金基准折现率分别选取最优装机容量，评估各项财务评价指标，为项目投资决策提供科学依据，也可据此对可研报告的相关内容进行补充和完善。
结论
本文提出了一种山地风电项目的装机容量优化方法，并以湖南某山地风电项目为例，开展了装机容量的优化工作。可研报告原定的装机容量为56MW，经过比选和优化后，根据资本金基准折现率从8%-12%的不同，最优装机容量分别确定为66MW、50MW、50MW、46MW和46MW。
综上所述，本文提出的山地风电项目的装机容量优化方法是可行的。该方法弥补了目前风电项目的可行性研究工作中相关空白，对于科学利用风能资源、提高项目投资收益具有重要意义，同时具备较高的推广价值。
