一味地追求价格低廉,相同部件引进了多个厂家的产品,使机组的机型和配置复杂化,会导致后期的维修、维护、管理成本增加。因此,如果单纯从一次性投资成本来看,早期的风电企业确实见证了风电设备价格的一路走低。但是,归根结底,设备价格的降低不等于度电成本下降。
2. 风电机组容量与叶轮直径
风力发电是一项新兴产业,风力发电技术也是一项新技术,新技术就有一个逐步完善、改进、提高的过程。
随着科学技术的进步,新工艺、新材料的应用,风力发电技术水平也在快速提高。单机容量不断增大,安装场址从陆地发展到海上,机组型式从简单的定桨距失速调节感应异步发电机发展到现在的变速变桨双馈异步发电机,因而明显地改进了风电机组的技术特性,特别强调地是提高了风电机组的发电效率。目前是各种不同技术水平的风电机组同时并存的阶段,所以,在机组选型过程中应考虑其技术的先进性,选择容量、叶轮直径的科学性。
风电机组设计者的目标是以最低的成本产生电能,就此目标来看,是否是机组容量越大越好,叶轮直径越大发电效率越高?
对火力发电机组来说,在一般情况下,机组的容量越大,其初参数越高,效率越高,在设计技术和制造工艺允许的情况下,开发大容量,无疑有利于机组经济性的提高,一般来讲,开发末级长叶片使机组的功率、效率均会增加,而叶片重量和自然条件对发电效率的影响均可忽略不计。然而,对风电机组来说,影响效率的因数众多,更为复杂,在确定机组叶片的长度和容量时,应全面分析综合考虑。
究竟需要多大容量的风电机组才能使发电成本最低,这个问题已经持续争论了很长时间。大型风电机组的支持者喜欢规模经济性理论以及风速随高度增加的原则来论证他们的观点。另一个阵营则引用“平方- 立方法则”,即获得的能量随风轮直径的平方增加而增加,而风轮质量(同时也是成本)随其立方而增加,这是该阵营支持者所提出的观点。
事实上,这两个观点都是正确的,而且在规模经济性和考虑风切变效应的“平方- 立方法则”之间存在折中,这种折中可以通过简单的成本模型来进行研究。风电机组设计者的目标是以最低的成本产生电能,决定风电机组成本的关键是机组的容量。而机组成本又要受到当时的技术水平、机组所处环境条件的制约和影响。风电机组的容量决定了达到额定功率时的风速(即额定风速)。如果容量太大风电机组很少会达到额定功率,这样传动链和发电机的成本将不再用发电量调节。另外,如果容量过小低于最佳情况时,风轮及其支撑结构的成本则会过多地依赖于发电量。
1.5MW 机组与5MW 机组的满负荷风速值相差不大,在满负荷风速以上时,两种机型发电功率等于它们之间的两额定功率之比;当低于额定风速段时,在同一风速下,机组的实际发电功率比就不一定等于其额定功率比,而对年发电量贡献最大的主要是低于额定功率风速段,每千瓦的年发电量不仅由机组性能决定,还受到环境、气候条件的影响。因此,为了使发电成本较低,在选择机组容量时考虑的因素很多,不仅要考虑每个千瓦的市场价格,还应该考虑每千瓦的年发电量、风电场附属设施的成本、浇筑基础成本、占地成本、维修、维护成本等因数。最终,使机组20 年(甚至更高年限)的度电成本最低,投资者获得最大的收益,这才是我们所应该追求的目标。