风电场发电量评估指南

风电场发电量评估指南 2020.12 免责声明 本指南的全部内容受著作权保护。在保留著作权或其它所有权声明的前提下，本指南内容可作私人或内部使用。禁止以电子方式使用本指南发布的数据。如需全部或部分复制或以公开方式使用本指南内容，须事先获得瑞士再保险书面批准，承蒙致副本，不胜感激。 虽然本指南中使用的所有信息都取自可靠来源，但瑞士再保险不对本指南中信息的准确性和完整性，或本指南中包含的前瞻性陈述承担任何责任。本指南中所提供的信息及做出的前瞻性陈述仅供参考，并不代表或不应被认为代表瑞士再保险的立场。瑞士再保险不保证本指南的内容符合读者的特殊要求或不具有任何瑕疵。在任何情况下，瑞士再保险均不对相关信息的质量、实施或使用所导致的任何相关损失或损害承担任何责任；读者请勿过分依赖前瞻性陈述。瑞士再保险没有义务公开修改或更新任何前瞻性的陈述，不论是由于新信息、未来事件或其它原因所致。 作者 陈洪元 边颖 士 瑞士再保险工程险北亚区高级核保人 陈洪元现任瑞士再保险工程险北亚区高级核保人，负责中国和日本市场的工程险合约业务以及新能源相关的产品开发与临分业务。 陈洪元具有丰富的新能源创新产品的开发经验，参与了多个风电与光伏电站的指数和质保产品的产品设计和定价。 北京鉴衡认证中心有限公司风能数据分析业务负责人 边奇颖负责鉴衡认证中心可再生能源数字化业务，管理可再生能源云数据中心。 边奇颖带领团队开发和运营的风电项目精益化管理工作站、风电项目数字化风控工作站正在服务多个业主、保险机构、融投资机构。 目录 前言 4 适用 及使用目 5 1 风的因及中国近地面风速分布特征 6 2 运行项目发电评估 7 2.1资料收集 9 2.2测风数据的常规可视化方式 11 2.3测风数据处理 14 2.4计算折减系数和不确定度 22 3 已运行项目发电评估 27 3.1资料收集 27 3.2数据收集 28 3.3风数据处理 29 3.4计算理论发电量 29 3.5净发电量计算 29 4 险时发电量算 30 4.1资料收集 30 4.2数据收集 30 4.3实际运行理论发电量和实际运行损失发电量计算 30 5 电场风资评估的辅助方法 32 6 风电场发电评估相关标准展 33 参考资料 34 束语 35 前言 人类越来越关注可再生能源。作为可再生能源之一的风电，近年来得到了快速的发展。根据中国电力企业联合会发布的全国电力工业统计快报，2020年前三季度风电装机容量占全部发电装机容量的11.4%，风电发电量占全部发电量的6.1%，相比五年前的数字8.6%和3.2%，分别增长了20.9%和71.8%。2019年底，中国风电已提前一年完成国家能源局在“十三五”规划中设定的2020年累计风电并网210GW的目标，截至2020年第三季度，风电装机容量达到224GW。一直困扰行业的弃风率问题也在逐步改善。据国家能源局数据显示，2019年全国弃风率降至4%，弃风限电状况得到了明显缓解。业内专家认为在未来几年里，中国风电行业将进入一个新的历史阶段，逐步从快速发展变为成熟稳定。 然而随着风电场的建设铺开，许多风电场的前期设计发电量与实际运行结果存在较大出入，这一现实结果让包括投资商、运维公司、保险公司在内的相关利益方着实头痛。风力发电行业投资规模大，属于资金密集型行业。无论是项目可研阶段还是投运之后，发电量评估都是风电项目的核心步骤。前期可研阶段，它是项目投资造价分析、经济效益评价、设备运行及质量情况评价、项目并网运行和市场消纳情况分析的基础，投资方迫切需要独立的第三方提供客观公正的测算结果来为投资决策提供参考。项目投运之后，通过发电量后评估我们可以知道风电场实际运行情况是否达到前期设计水平、风机制造商的机组是否达标、业主的收益是否能得到持续的保证，运维公司藉此有了与业主订立发电指标的依据。而对于保险行业，保险公司承保的风电场利润损失保险以及近年来相继开发的发电量指数保险和风机质保等保险产品都与发电量评估息息相关。相较传统火电，风电的“燃料”是风资源，每个场区地理位置、地形条件、气候特征等不同而导致风资源不同。燃煤电厂在设备状态稳定以及燃料供应充足条件下，发电量可以认为是均匀的，而风电场是“靠天吃饭”，风资源的波动以及波动的不确定性带来了发电量的不确定性，同时风电场颇具“个性化”，每个风场甚至同一风场的每一台风机随着位置、地形条件不同而发电量不同，这些不确定性给发电量评估带来巨大的不确定，继而给风场利润损失保险、发电量指数保险和风机质保等保险产品的承保和理赔设计以及产品定价带来很大困难。利润损失险承保时投保金额如何确定？预期发电量P50/P75/P90以及触发阈值如何确定？理赔时不同季节停机时间对应的发电量如何计算？对于测风数据如何去粗取精最大程度加以利用？保险的精算与风电行业风资源和发电量评估的专业软件两套运行语言如何沟通与合作？保险公司在设计保险产品的过程中遇到了前所未有的挑战。本指南立足多个商业角度，尝试从第三方的视角提供未运行项目、已运行项目以及保单出险时三个时间点下风电场发电量的评估方法，希望能尽可能多的覆盖不同的商业场景。 瑞士再保险工程险团队作为工程再保人，多年来一直在积极推动可再生能源行业的风险管理，进行行业相关的风险管理培训和产品开发，提供相应的保险保障。北京鉴衡认证中心（ChinaGeneralCertificationCenter，简称“鉴衡”或“CGC”）是瑞士再保险的重要合作伙伴。鉴衡成立于2003年，是经国家认证监督管理委员会批准，致力于为太阳能、风能、碳排放等清洁技术领域，提供技术开发、标准制定、认证、检测、产业和政策研究等服务的第三方机构，是国内少数同时具备中国合格评定国家认可委员会 （CNAS）认可和中国计量认证（CMA）资质的检测认证机构。鉴衡一直将风电产品认证技术能力建设作为主要工作内容，在国家发改委、科技部、认监委等相关部门的支持下，开展了一系列基础研究，具备了较强的认证技术能力，编制了《风力发电机组设计评估指南》、《风力发电机组部件认证指南》等技术指导文件，为国内风电产品认证提供了依据。此次瑞士再保险与鉴衡合作出版《风电场发电量评估指南》，旨在为风电行业及保险公司、融资方和检测机构等利益相关方提供一整套可参考的经过总结和梳理的发电量评估方法，为行业的健康发展出一份力。 瑞士再保险一直以来致力于创造可持续发展的长期价值，推动可再生能源的发展，从而帮助全球应对气候变化。在中国，我们助力发展包括风电在内的清洁能源，对中国的社会经济以及全球的可持续发展都具有重大意义。 适用范围及使用目的 本指南适用于计划投入运行和已投入运行的陆上和海上风电场，囊括了数据采集和分析、风资源评估、机组运行折减、最终发电量计算的整个过程。基于IEC61400、GB/T18709/18710和NB/T10103/31147等目前已发布的相关评估标准，考虑数据质量、设计原理、机组选取、运行效率等各类影响因素，选取未运行项目、已运行项目以及保单出险时三个时间点，提供一套综合且适用广泛的风电场发电量评估方法，从而实现不同场景下的应用： 1在可研阶段能够为投资方在选取风电投资项目时提供第三方的评估支持，通过全面综合的发电量评估实现项目融资优化； 2帮助风电场在投入运行前以及运行期间进行有效的预期发电量管理，以尽量消化和减轻发电量波动带来的不确定性对于风电场运营管理的压力； 3为运维公司制定合理运维目标提供评估支持，实现运维成本和合约风险的最优平衡； 4为保险行业提供一套相对完整和合理的发电量评估方法，为保险产品开发、精算定价、核保端的风险评估、理赔端核定损失提供更多依据和解决问题的思路。 风的成因及中国近地面风速分布特征 1 风是空气相对于地球表面的运动,大气运动主要受太阳辐射控制。由于地球各纬度所接受的太阳辐射强度不同，地表受热不均匀，形成了热带上升高纬度下沉的主要环流特征。结合地球的自转，全球形成了“三圈环流”。在北半球近地面，这种“三圈环流”表现为：赤道至北纬30°附近的东北信风带，该风速稳定且不大；北纬30°附近至北纬60°附近的盛行西风带，风速较大；北纬60°附近及其以北地区的极地东风带。 在全球风带的背景下，受亚洲海陆分布的影响，我国大部分地区冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风。冬季整个亚洲大陆受蒙古高压控制，其中心位置位于蒙古国的西北部，从蒙古高压中不断有小股冷空气南下进入我国。冷空气经过之地有连续的大风。冷空气影响是我国西北、东北、华北等长江以北的大部分地区冬、春季风能资源的主要来源，也是我国内陆其他地区部分风能资源来源。冷空气主要通过四条路径影响我国：1）西北路（中路）：冷空气经蒙古到达我国河套附近南下，直达长江中下游及江南地区；2）东路：冷空气从蒙古到我国华北北部，在冷空气主力继续东移的同时，低空的冷空气折向西南，经渤海侵入华北，再从黄河下游向南可达两湖盆地；3）西路：冷空气从蒙古经新疆、青海、青藏高原东南侧南下，对我国西北、西南及江南各地区影响较大；4）东路加西路：东路冷空气从河套下游南下，西路冷空气从青海东南下，两股冷空气在黄土高原东侧，黄河、长江之间汇合。 热带气旋是我国东南沿海夏季和秋季风能资源的重要来源之一。我国南部沿海台风登陆频次远大于北部沿海，因此台风对风能资源的贡献也呈南大北小的特征。一般来说，当热带气旋风速小于9级或风电场位于热带气旋10级风力圈以外范围时，热带气旋带来的风速基本在风电机组运行范围内，机组处于额定或接近额定状态，热带气旋给风电场带来良好的发电收益。 地形对风能资源也有较大的影响，主要表现在海拔、山体的加速效应和狭管效应。一般来说，近地面由于地面摩擦，风速较小，高山、山脊地区接近自由大气，风速较大。另外，当风吹过山顶时，地形会对风速有加速效应，这导致山顶的风速会大于山谷的风速。在狭管地形地区，气流向狭管管口集中，形成急流，风速增加明显。中国的台湾海峡，在冬季盛行东北风时，形成典型的狭管通道，造成该地区的年平均风速较高。 图1给出了距离地表100m高度的长期平均风速。从图中可以看到大风区域主要位于西北、东北、华北、台湾海峡、东部及南部沿海区域，这种空间分布符合上述风速分布特征的原理分析。 图1中国及其周边区域100m高度长期风速平均 （数据来源：公开网站https://globalwindatlas.info） 未运行项目发电量评估 2 风力发电机组的基本工作原理是风力驱动叶轮旋转将风能转化为机械能，再通过传动系统驱动发电机发电。因此一个风电场发电量的多少主要取决于风电场所在位置的风速大小和风电机组的发电性能。除此以外，风电机组的健康状况、风电场的运维效率和质量、风电场的自用电情况以及外部电网对风电场的限电等因素也会直接影响风电场的发电量。 对于一个未运行的风电项目来说，已知的信息包含风电场内的测风数据、机位点信息和每个机位处的风电机组机型。因此，对未运行风电场进行发电量评估也基于以上信息展开。风资源是决定风电场发电能力的“先天条件”。如上文所述，一个地区的风速大小由不同尺度大气运动叠加而成。这包括由于地球自转、海陆分布造成的大尺度运动、由于大尺度内部不稳定或下垫面热力和机械强迫产生的中尺度运动、也包括由于局地地形地貌和热力特征产生的更小尺度的运动。因此不同地区的风速特征会有较大差别，同一位置不同时刻的风速也存在昼夜差异、季节差异、年际差异及年代际差异等。因此为了获取风电场位置的风资源特征，通常情况下，在风电场建设之前，需要在场址内树立测风塔（如图2和图3），进行场址内风速测量。但受到项目时效性限制，这种短期测风只进行几个月到一年多的时间。由于风电场评估的发电量是风电场整个运营期内（20年或25年）的平均发电量，因此需要利用长期数据对测风数据进行长期修正以包含风速的年际变化特征。因为局地地形地貌影响，一个风电场内不同机位点处的风速也可能存在较大差异。即使是在平坦地形，风电机组的尾流影响也