风电场平准化度电成本分析

风电场平准化度电成本分析

嵇楠

云南能源投资股份有限公司，云南 昆明 650299

摘要：随着风电、光伏等清洁能源电力技术的不断成熟，发电成本大幅降低，2010年至2020年，太阳能光伏发电（PV）、太阳能光热发电（CSP）、陆上风电和海上风电的成本分别下降了85%、68%、56%和48%，清洁能源发电因此步入由市场机制调节的“平价时代”。

平准化度电成本（LCOE）是国际上最通用的评价电力成本的指标，能够纵向综合的概括风电的投资、运行维护（O&M）、财务资金在规定生命周期内的成本，更重要的是在上网电价波动或不确定时（例如：竞价项目开发模式），平准化度电成本将成为投资主体的重要参考指标，影响度电成本的因素很多，本文将具体分析。

关键词：平准化度电成本（LCOE）;运行维护（O&M）;上网电价

化石能源消耗带来的温室气体排放引发全球气候变暖，世界各国又一次站在能源革命的转折点；可再生能源与清洁能源的开发利用构成了第三次能源革命。从经济运行的角度来看，伴随着清洁能源电力技术的成熟，其成本不断下降，产业收益上升，使能源消费结构得以优化；碳交易市场赋予碳排放资产属性，借以推动企业绿色发展并释放风险。

我国能源结构处于转型期，风电、光伏占比增长显著，伴随工业电气化进程深入，电能消耗需求持续上涨；预计2050年，化石能源消费占比将降至40%，可再生能源占比将超50%，其中风电、光伏凭借项目建设周期短，设备组件价格下行等优势，有望成为占比最大的两种能源。

风力发电作为非水可再生能源中占比最大的一员，必将在新一轮能源革命中扮演重要角色。本文所讨论的平准化度电成本（LCOE）是风电场经济性能的重要指标，该指标不单纯是将机组总成本与年发电量的比值，而是从整个风电场生命周期的投资和收益来考量的，它不仅跟风机选型以及其决定的初始投资和发电能力有关，在风电场生命周期的不同阶段，它也受到项目前期对风资源评估的准确性、风电场实际运行调度、维护管理水平及财务成本波动等多方面的影响。

I₀：风电场动态总投资

A_t：第t年风电场总成本

M_t,el：第t年风电场发电量

i：行业基准利率（通常为：6%）

n：经济运行年数

t：生命周期年

风电场发电所发生的成本由三部分组成：风电项目投资成本，运营维护成本和财务费用。投资成本是由风电场开发和建设期间的资本投入所形成的成本，主要包括：设备购置费用、建设工程费用、安装工程费用、前期开发与土地征用等费用以及项目建设期利息构成。运行维护成本是在项目运营寿命期内为保证风力发电机组、电气等设备正常运行所发生的维护成本，主要包括检修费用、备品备件购置费、保险费以及管理费用。财务费用主要包括长短期贷款利息、税收等组成。以上三项成本共同构成了风电项目发电成本，且在一定程度上相互独立，但它们并没有反映出项目所投入的资本金的机会成本，因此我们采用LCOE来反映单位上网电量所发生的成本。资本金的机会成本以资本金内部收益率高低来体现。

1. 建设成本（风电项目动态投资）

表一：项目投资分类及占比

表一：2014年和2021年云南省曲靖市马龙区两个风电项目的投资概算分布表，设备及安装工程在总投资的占比分别为：68%和73%；风电设备及安装工程在设备及安装工程中占比分别为93.58%和88.82%，由此可以看出风电设备及安装工程在整个项目投资中核心地位，它的高低直接决定了项目投资的高低（在总投资的占比为：63.75%和65.08%）。因此对项目建设成本的分析主要是对风机价格和风电场单位千瓦造价的分析。

表二：2010年至2020年全球风电场单位千瓦的造价趋势

表三：2010年和2020年中国风电场单位千瓦造价对比

我国2020年单位千瓦的造价比2010年下降了15.73%，2020年单位造价区间：6828.8元/kW-9177.6元/kW(汇率：1USD=6.4RMB)。从表一可以得出云南省曲靖市马龙区的两个风电场概算造价也由2014年的8032元/kW下降到2021年的6414元/kW，下降幅度：20.14%。

山地风电场的单位千瓦造价下降幅度要高于全国平均水平。

表四：1997年至2021年中国风机价格趋势（红色曲线）

2021年2月机组（裸机）价格在500美元（3200元/kW）徘徊，较2010年机组价格下降50%，根据2021年6月最新的机组中标报价：2600元/kW，较2月由下降了20%，

综上所述，风力发电机组价格的下降，导致建设成本的大幅降低，但风力发电设备采购及安装在项目总投资中占比略有提升，大约维持在70%的占比水平。风机发电机组设备总价（3760元/kW-4200元/kW区间）在项目总投资的占比在45%-55%区间波动（某发电集团数据），取中位数50%，风力发电机组设备总价在项目总投资的占比为50%。

2. 运维成本分析

风电场投运后的运维投入成本，主要分成两大部分，一部分是固定运维成本，如固定资产的折旧、保险、人员配置等与风电场发电能力间接相关的固定性支出，主要由初始投资成本和风电场规模决定，另一部分则是波动运维成本，如计划/非计划检修、备品备件更换、事故分析与处理、涉网问题等与风电场发电能力直接相关的支出，主要由机组的运行表现、运维团队的技术专业水平和管理水平决定的。

表五：运维成本分析

计算依据：总装机：350MW，单机容量：6.5MW，机组台数：54台，人员：20人，质保期：5年。

1、日常维护费用：5万/台/年，状态维护费用：5万/台/年（5的倍数年➕500万）；

2、计划检修费用：10万/台/年，非计划检修：5万/台/年；

3、大修：6-10年：500万，11-15年：750万，16-20年：1000万：4、人工费用：25万/人/年，技能培训费用：2万/人/年；

5、保险费：500万/年；6、备品备件费：500万/年

加权年均运维成本（估算）：2940万元，即84元/kW/年。

表六：2008年-2020年全球主要国家风电场O&M成本

2020年加权年均运维成本：20USD/kW/年，即128元/kW/年。

3. 财务成本分析

绝大部份风电项目都非全部自有资金，在风电行业比较能够被广泛接受的融资比例是20%自有资金和80%的不同渠道融资，考虑到风电场的设计生命周期为20年，在财务计算中财务周期设定为15年，这也符合国家风电场开发的融资模式。

表七：投资计划与资金筹措表

财务成本包括两部分：长短期贷款利息和税收，前一项取决于融资渠道和利率，重要的指标是WACC:加权平均资金成本，长期利率：4.9%；后一项则由项目所在地的税收政策决定（参见表八）。

表八：税率明细

4. LCOE计算

带入公式进行计算得到：

LCOE（静态）=0.2391元/kW.h与测算所采用上网电价=0.2759元/kW.h有0.0368元/kW.h的差额，差额部分决定了风电场经济性能。LCOE（动态）= 0.3228元/kW.h动态成本已接近0.3358元/kW.h的燃煤上网电价。

表九：2010年和2020年陆上风电LCOE成本比较

我国2020年LCOE成本较2010年下降了50%，未来10年大幅下降的空间不大，除非金融和税收环境大幅变化。

5. 结论

1、风力发电机组价格（裸机）在建设成本中起到关键作用，所占比重超过50%，虽然在过去的10年里下降了50%，但在整个风电场项目投资的占比却未曾降低，机组选型、风资源评估、机位点微观选址三者关系着风电场项目投资的成败。

2、运维费用的高低取决于风电场所采取的运维模式，主要零部件国产化将大幅降低运维费用。

3、碳交易机制必将成为历史大趋势，从2021年7月16日上海碳排放权交易价格推算：可再生能源发电企业的度电收入可增加0.04元/kW.h左右，在平价上网时代，碳排放权交易会极大推动新能源发电相关产业的发展，提高新能源发电企业的盈利水平。

参考文献：

1、2030年碳达峰及2060年碳中和再造企业可持续发展创新力

2、2013 Cost of Wind Energy Review National Renewable Energy Laboratory

3、GE 2025 中国风电度电成本白皮书

4、renewable power generation costs in 2020 IRENA

5、levelized cost of electricity renewable energy technology Fraunhofer

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