我国老旧风电机组更换研究
文|马小萍
我国风电产业从20世纪90年代发展至今，历经二十
余载，已经从当初的零星试点成长为装机规模全球第一。随着二十年设计使用寿命的临近，2000年年初安装的机组早已是垂垂老矣，退役成为它们必须面对的现实。2020年后，我国老旧风电机组面临的退役问题将变得更加普遍。此外，
早期安装的机组都是定桨失速型，没有功率反馈和变桨系统，动态特性不好控制，普遍存在发电效率低、备品备件更换困难等问题。随着优质风能资源的日趋减少，为了更高效地利用现有风能资源丰富区，风电机组更换改造将成
放图片为必然。综观全球，兆瓦级以下老旧机组的项目市场已经开始凸显。
本文针对国内老旧机组（单机容量小于1MW）现状、
更换案例及国外经验等进行系统研究，以期为我国老旧风
电机组更换（本文主要指以新换旧方式）工作的开展提供依据。
我国老旧机组现状
一、占据风能资源较好的地区，且已运行年限较长截至2019年年底，我国老旧机组累计装机容量达到
8900MW。其中，超过52%的老旧机组集中在风能资源较优的“三北”地区（图1）。
我国老旧机组运行大多已超过10年，最早安装的单机
容量小于500kW 的机组更是已经超过20年（图2），超过
了设计寿命。此外，由于“三北”地区长时间、大面积限电，部分小容量机组长期处于停机状态，而且因早期安装的机
图1 截至2019年年底的老旧机组安装区域分布（数据来源：CWEA）
300025002000150010005000
内
蒙古
广东
河北
黑龙江
新疆
辽宁
吉林
甘肃
山东
宁夏
浙江
福建
云南
湖北
河南
重庆
江苏
山西
海南
贵州
抒情装机容量（M W ）
组都是定桨失速型，停机时叶片处于受载状态，也加速了机组老化，使得运行安全性无法保证。
二、已基本退出市场，经济效益逐年劣化
老旧机组主要安装于2005年至2011年。截至2012年，
随着单机容量不断增加和利用效率的提高，国内主流机型的单机容量增加到1.5~2MW，1MW 以下的小容量机组几乎没有新增装机，已基本退出市场（图3）。
随着国内风电行业的崛起以及行业的竞争愈发激烈，
部分整机制造商已退出中国市场，或被收购，或宣告破产
（表1）。这些制造商早期出售机组的备品备件都已停产，市
场采购困难，且采购成本较高。对于技改，如果不换机组，就只能开发可替代的零部件，但在没有原始技术资料的前提下如此操作的难度比较大。
此外，老旧机组故障频发，维修周期长，维护成本逐
年增加，功率曲线也存在明显下降的现象，机组年利用小时数远低于该地区的平均利用小时数（图4），经济效益逐
年劣化。
老旧机组更换的优势及可行性分析
针对老旧机组运行性能较差、维修困难等问题，采用
大容量机组进行更换可以节约土地、提升发电量，且相对于新建风电场能够节约投资成本。本文以新疆某风电场为例，对机组更换的优势及可行性进行分析。该风电场装机容量为50MW，目前安装的机组单机容量为600kW，共计
83台，年平均利用小时数为895h。
运行年限
<500
600/660
爱奇艺没有弹幕
750800/8501000
单机容量（k W ）
************
年份
2000180016001400120010008006004002000
装机容量（M W ）
<2000 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
图3 老旧机组的历年装机（数据来源：CWEA）
图2 小容量机组最长运行年限统计（数据来源：CWEA）
铀的半衰期表1 部分整机制造商的发展情况
整机商
现归属
西安维德、Bonus-HEEW 、XWEC-Jacobs
拆分解体一拖美德、万电、申新、长星风电、风盈风电
已倒闭
Bonus 、Bazan-Bonus 、AN Bonus
Siemens Zond 、Tacke GE MADE
Gamesa Nordtank 、Nedwind 、NEG-Micon 、Micon
Vestas 25002000150010005000
Nordtank300kW Micon600kW Vestas600kW Nordex600kW
机型
运行小时数
图4 内蒙古老旧机组运行情况（数据来源：CWEA）
4000035000300002500020000150001000050000
旅行必备物品其他费用建筑工程费安装工程费设备购置费
更换项目 新建项目
工程造价（万元）
图5 老旧机组更换与新建项目造价对比
一、机组更换的优势分析
节约用地。将多台小型机组拆除并更换为大型机组，
三八妇女节单位一定要放假吗可极大减少机位点数量，节约用地。将600kW 机组更换为1.5MW、2.0MW、2.5MW 以及3.0MW 机组，可分别减
少50、58、63以及67个机位点。
提升发电量。在不考虑限电因素的影响下，将600kW
机组更换为1.5MW、2.0MW、2.5MW 以及3.0MW 机组，年利用小时数可分别提升1983h、2169h、2147h 以及2245h。即使在限电的情况下，年利用小时数也可提升
1105h。
降低投资成本。以将600kW 机组更换为3.0MW 机组
为例，由于机组更换沿用了原项目部分设施，相比于新建风电场，总投资可减少约3449万元，降幅为9.4%。其中，设备购置费、安装工程费、建筑工程费以及其他费用分别可减少1882万元、400万元、807万元以及360万元，降
幅分别为6.8%、15.2%、21.4%以及14.3%（图5）。
二、更换机组的时间经济性分析
不同运行年限机组更换的项目全投资IRR 变化如图6所示。从图中可以看到，项目的IRR 随着原电价延续时间的减少而降低，且降幅逐渐增加。若机组更换后能在原电价期限内延续原项目电价，则早期采用高电价项目的经济
性具有明显优势，且越早更换，经济性越优。
三、限电情况下更换机组的经济性分析
对于处于弃风限电地区的老旧机组，若弃风限电保持在一定的范围内，并实现最低保障性小时数的收购要求，更换项目仍然可以保持在8%以上的收益水平。可以看到，
当限电年限≤5年时，更换项目机组收益率均能达到行业基准收益率水平（图7）。
国内外老旧机组更换经验
部分老旧风电场已临近运行寿命期限，存在发电能力
差、运行风险高等问题，深度改造又面临诸多不确定风险，投资收益没有保障。目前，风电项目开发商在机组更换过程中主要会遇到缺少老旧机组更换相关政策、补贴削减及电价存在不确定性、更换成本较高、项目融资困难、土地使用年限限制、电网输电能力限制（弃风限电）等问题。
相比国内风电，国外风电以及我国火电、水电都经历过老旧机组更换，为给国内老旧风电机组更换提供参考，本文对相关政策进行了梳理（表2）。
老旧风电机组更换首先于20世纪90年代初在丹麦出
现，随后出现在西班牙和德国。虽然此后其他国家也陆续出现风电机组更换项目，但仍以上述国家为主。
我国的电力系统结构经历了从火电主导，到火、水主导，
继而多种电源快速发展的阶段。在“电荒”缓解后，机组容量偏小、效率偏低的问题日益暴露。对此，水电、火电行业分别开展了老旧机组更换计划（表3）。
结合国外风电以及我国火电、水电的相关政策，我国
14%12%10%8%6%4%2%0%
运行10年更换 运行12年更换 运行14年更换 运行16年更换 运行18年更换 运行20年更换
收益率
图6 不同运行年限老旧机组更换的经济性分析
表2 国外老旧风电机组更换相关政策梳理
更换要求
更换补贴
丹麦
2001—2003
容量小于100kW 的机组，新机组装机容量可为原来的3倍；容量在100~150kW 的机组，新机组装机容量可为原来的2倍新机组最初12000满发小时数（约5年）享受额外2.3欧分/千瓦时的补贴
2004—2009
原机组拟于2004年12月至2009年12月退役；原机组单机容量小于450kW，新机组装机容量至少是原来的2
倍以上
新机组最初12000满发小时数（约5年）享受1.6欧分/千瓦时的补贴，但市场价格与补贴价格的总和不得超过6.4欧分/千瓦时西班牙RD661（2007）
更换机组必须是在2001年之前装机；更换后的容量需大于更换前在原初始电价的基础上给予0.7欧分/千瓦时的补贴
德国EEG（2012）
原机组在2002年之前安装；
新机组可在原场址或附近安装；新机组数量不超过原机组，但合计装机容量须至少为原项目的2倍以上；
新机组安装须在旧机组拆除后的一年内完成，且不能早于旧机组拆除前的半年以上
在原初始电价的基础上给予0.49欧分/千瓦时的补贴（EEG 2014决定自2015年起终止整机更换补贴）
图7 限电情况下老旧机组更换的经济性分析
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
14%13%12%11%10%9%8%7%6%
收益率
限电时间（年）
运行10年更换运行12年更换运行14年更换运行16年更换运行18年更换运行20年更换
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