CN115759507A - 一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及海上风电系统评估分析技术领域，具体是一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，结合扰动分析法，使海上风电系统综合低碳效益Cc‑e产生变化，通过Cc‑e变化幅度大小判断出海上风电系统综合低碳效益中的敏感性因数，具体包括以下步骤：S1.在一定的时间跨度上对低碳效益ctotal与经济效益etotal进行整合，形成海上风电系统综合低碳效益Cc‑e，S2.根据具体的海上风电系统的输入因数的实际数据，计算海上风电系统综合低碳效益Cc‑e；S3.设定一定波动量，逐一调整实际数据，根据调整后的数据分别计算海上风电系统综合低碳效益Cc‑e′；S4.比较Cc‑e和Cc‑e′，确定变化量大的输入因数为海上风电系统的敏感性因数，为快速提升海上风电系统的综合低碳效益指明方向。
Description
技术领域
本发明涉及海上风电系统评估分析技术领域，更具体地，涉及一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法。
背景技术
海上风电系统具有资源丰富稳定、发电利用小时数高、不占用土地、适宜大规模开发，以及对环境影响小等特点，成为今后电力行业的主要发展方向。2021年全球新增海上风电系统装机容量13.4GW，中国约10.8GW。海上风电系统项目投资规模大，涉及资金高，以及技术要求难度大。加之复杂的海洋环境，使得海上风电系统项目较陆上风电项目更复杂，全寿命周期中的不确定性也愈加显现。
目前，国内关于风电，特别是海上风电系统的研究重点，多在风电并网的工程技术、综合管理和环境影响等方面，对海上风电系统项目投资的综合效益研究较少，且多以海上风电系统集电系统可靠性与经济性研究为主。
然而实际上，海上风电系统的低碳效益是需要综合考量，既有因海上风力发电有效接纳带来的碳减排，也有因其所接入的配电系统的控排降耗效益所带来的低碳，同时也有电网侧为平抑海上风电系统的随机性需要增加投资所带来的非低碳因素，需要进行低碳综合效益分析和评价。而为更准确地评估海上风电系统的作用，充分了解目前海上风电系统的显性与隐性的经济效益，需要从多方面对海上风电系统进行有效的评估，从而提取出目前在综合低碳效益中影响最大的敏感性因数，以便改善现有海上风电系统的薄弱处。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，用于解决如何对海上风电系统建设项目进行综合低碳效益评估，并从中获取敏感性因数问题。
本发明采取的技术方案是，一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，结合扰动分析法，使海上风电系统综合低碳效益Cc-e产生变化，通过Cc-e变化幅度大小判断出海上风电系统综合低碳效益中的敏感性因数，具体包括以下步骤：
S1.在一定的时间跨度上对低碳效益ctotal与经济效益etotal进行整合，形成海上风电系统综合低碳效益Cc-e，具体为：Cc-e＝Ecarbonctotal+etotal，其中，Ecarbon为单位碳排放强度价格，所述低碳效益ctotal具体为：ctotal＝c′0+c1+c2+c3+c4，其中，c″0为海上风电系统建设成本低碳效益，c1为海上风电系统发电量低碳效益，c2为海上风电系统网损低碳效益， c3为海上风电系统备用容量低碳效益，c4为海上风电系统无功补偿低碳效益；所述经济效益 etotal具体为：etotal＝e′0+e1+e2+e3+e4，其中，e″0为海上风电系统成本经济效益，e1为海上风电系统收益经济效益，e2为海上风电系统网损经济效益，e3为海上风电系统备用容量经济效益，e4为海上风电系统无功补偿经济效益；
S2.根据具体的海上风电系统的输入因数的实际数据，计算海上风电系统综合低碳效益Cc-e；
S3.设定一定波动量，逐一调整实际数据，根据调整后的数据分别计算海上风电系统综合低碳效益Cc-e′；
S4.比较Cc-e和Cc-e′，确定变化量大的输入因数，并将其作为海上风电系统的敏感性因数。
调整的实际数据获取：单独影响低碳效益ctotal的输入因数，单独影响经济效益etotal的输入因数，以及同时影响低碳效益ctotal和经济效益etotal的输入因数；将变化量大且同时影响低碳效益ctotal和经济效益etotal的输入因数作为重要敏感性因数；将变化量大且影响低碳效益 ctotal或经济效益etotal的输入因数作为次要敏感性因数。根据因素的影响，将敏感性因素分为重要敏感性因素和次要敏感性因素，有助于形成敏感性因素进行直观有效的分类
所述敏感性因数的变化量大于所有调整的实际数据的变化量的绝对值之和的平均数的两倍。
所述
其中，C0为海上风电系统成本低碳效益，Nmax为海上风电系统的最长使用年限；
所述
其中， Nmax为海上风电系统的最长使用年限；NWT为海上风电系统中风电机组的装机数量，Ec为海上风电系统投资、安装与建设过程中产生的成本系数，P0为海上风电系统中单个风电机组的功率，ES为海上风电系统报废成本系数，EO&M为海上风电系统的运营维护成本系数，r为折现率，x为海上风电系统建成后的第x年。
所述
其中，
为风电机组的输出功率，i为第i台海上风电系统的风电机组，tstop为停机时间，t为时间跨度为年的时间变量；所述
其中，V(t)为某一时刻的风速大小，Vci、Vco为切入、切出风速，VN为额定风速，PN为风电机组的额定功率。
所述
其中，
为集中发电侧的度电CO2 排放量，ΔP为海上风电未接入场景下的系统网损，ΔP′为风电接入场景下的系统网损，ΔP″为接入点上游的线路网损；
所述
其中，α为海上风电系统的备用容量系数；
所述
其中，Qmax为海上风电系统的最大无功补偿需求，kvar为建设单位无功补偿装置所需的碳排放成本，ΔP″′为计及无功补偿器效果后海上风电系统并网网损变化产生的低碳效益。
所述
其中，EGrid为海上风电系统实时上网电价，Esub为海上风电系统建成后第x年所享受的单位千瓦政策补贴价格；
所述
所述
所述
其中，Evar为单位无功补偿装置容量所需要的建设成本。
所述
所述
其中，所述
所述
所述c0＝c0-1+c0-2+c0-3，其中，c0-1为海上风电系统生产制造过程中产生的低碳效益，c0-2为海上风电系统运输过程中产生的低碳效益，c0-3为海上风电系统安装与拆除过程中产生的低碳效益；
所述
其中，E为生产单位功率机组所需要的电能；
所述c0-2＝nm(konLon+koffLoff)，其中，m为单次货运运输质量，n为运输次数，kon为陆上运输单位里程碳排放强度，koff为海上运输单位里程碳排放强度，Lon为陆上距离，Loff为海上运输距离；
所述c0-3＝khighnmh，其中，为nm海上风电系统机组质量，h为海上风电系统机组高度，khigh为单位起重高度的碳排放强度。
所述调整的实际数据具体为：海上风电装机容量NWTP0，集中发电侧度电CO2排放量
运输距离Lon+Loff，海上风电发电量QW，海上风电的备用容量系数α，海上风电系统最大无功补偿需求Qmax，海上风电场投资、安装与建设过程中产生的成本系数Ec，海上风电场的运维成本系数EO&M，海上风电系统报废成本系数ES，海上风电实时上网电价EGrid，海上风电建成后第x年所享受的单位千瓦政策补贴价格Esub，或者为单位无功补偿装置容量所需要的建设成本Evar。在综合低碳效益的评估方法中，提取出起重要影响的实际数据，从而缩小分析的范围，快速提取敏感性因素。
所述调整的扰动幅度为3-8％。扰动幅度的限制有助于快速突显敏感性因素的同时，控制总体的数据和运算量，从而提高所述敏感性因数分析的实际操作性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过充分考虑海上风电系统的全寿命周期综合低碳效益，从成本、并网收益、并网网损改善、系统备用容量及无功补偿五个环节进行分析计算，对并网风力系统的碳排放特性及经济效益进行分析，将无功补偿纳入低碳效益评估，在形成对海上风电系统综合低碳效益的全面评估后，根据各效益对应计算公式提取出对海上风电系统综合低碳效益影响最大的敏感性因数，以便找出海上风电系统在现有发展过程中的薄弱处。通过敏感性因素能改善，修正短板，为快速提升海上风电系统的综合低碳效益指明方向。
附图说明
图1为本发明中各个评估因素示意图。
图2为本发明中并网后海上风电系统的节点模型。
图3为本发明中各季节典型日海上风电系统并网网损曲线图。
图4为本发明中海上风电系统低碳效益与经济效益流图。
图5为本发明实施例1中高压交流送出的海上风电系统的结构示意图。
图6为本发明实施例1中海上风电系统并网潮流分析模型示意图。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
本实施例是一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，基于一种海上风电系统低碳综合效益的评估方法。海上风电系统低碳综合效益的评估方法根据海上风电系统电能送出方式的不同分为直流送出与交流送出。海上风电的送出面临着建设成本高、线路电能损失大、受环境因素影响大的问题。以当前国内主流的高压交流送出，如图5所示，对其全寿命周期的经济效益与低碳效益进行精细化分析。其中，海上风电的全寿命周期需要从全系统建设投资入手，囊括运行过程中因不良运行状况造成的潜在风险成本，以及考虑报废成本。
对海上风电系统低碳综合效益进行评估分析包括：海上风电系统的成本分析，海上风电系统的收益分析，海上风电系统的并网网损分析，海上风电系统的备用容量分析和海上风电系统的无功补偿分析。
在海上风电系统的成本分析中，海上风电系统的成本包括：风机成本，风机成本中又包括了风电机组叶片和塔筒、基础结构成本、线缆成本，线缆成本又包括如220kV、35kV电压等级的线缆，需根据汇集电压等级的不同而进行选型、海上升压站的建设成本、安装成本、运营维护成本、线路损耗成本及报废成本。其中，风机成本与海陆距离的风能资源条件相适应，选择转换效率高的风电机组。
基础结构包括了单桩、重力、多桩及吸力式，以及最新的漂浮式。并需考虑离岸距离、海水深度及海床地址特性等关键因素进行规划决策。线缆成本中线缆的搭建方式包括了海上架空线路与海底线缆两种类型。根据成本对比，海上架空线路方式单位里程远低于海底线缆，但海底线缆具备受环境因素影响小的优势，在运行维护成本上低于架空线缆。安装成本主要包括风机安装、基础结构施工、海底电缆铺设及变电站建设工程等；运行维护成本一般包括了停电损失成本、维修成本与维护成本；报废成本是指在风电机组达到额定运行年限后，需要在时间限度内对风电机组进行报废处理，在不考虑回收利用价值等价与回收成本前提下，需要将报废成本计及在内。
从经济价值层面分析，成本表现为全寿命周期的投入情况；从低碳效益层面分析，低碳效益则表现为生产风机、线缆及基础建设、海上升压站建设过程中的碳排放成本；在运行维护过程、电能传输过程与报废过程中不可避免产生一些直接或间接碳排放。因此，需要从经济效益与低碳效益两个方面测算海上风电成本，海上风电系统成本产生负的低碳综合效益。
在海上风电系统的收益分析上，海上风电系统的收益一方面来源于风电机组发出的电能经过并网环节供应负荷，与海上风电系统的并网电价息息相关；另一方面来源于海上风电的碳收益，即来源于海上风电的“绿电”本质。与传统采用标准煤供应的方式相比，海上风电系统的发电全过程中无CO2产生，可认为在该过程中发出的并网电能全部为“绿电”，由此减少了由化石能源发电并网产生的碳排放。并且在并网电完全消纳的前提下，可认为海上风电发电量与最终的碳效益呈正相关，因此，海上风电系统的收益产生正低碳综合效益。
在海上风电系统的并网网损分析上，并网的海上风电系统需通过海底线缆或架空线路方式将电能传送至陆地的大电网实现最终并网。在该过程中，并网网损对海上风电系统的低碳综合效益产生较大影响。系统网损与输电线路的传输距离存在紧密联系，当发电侧与负荷侧的距离较近时，电能传输过程损耗小；同时，海上风电并网后系统自动提升为多电源结构，系统潮流的流向与大小将发生变化。海上风电系统的并网网损的影响可通过建立潮流模型加以分析，而本实施例中采用的潮流模型如图6所示。
在该系统中，单条线路ij上的有功损耗
在海上风电未接入场景下的系统网损为：
海上风电系统接入后，接入点j上游的线路网损为：
其中，所述
接入点j下游的线路网损可表示为：
若海上风电系统并入后，系统网损满足ΔP′+ΔP″＜ΔP，则海上风电系统接入后，系统网损小于未并入电网的网损。
由于海上风电系统满足节点电压近似相同，电压波动可忽略等条件，ΔP′+ΔP″＜ΔP可等效转化为
将海上风电系统接入功率视作变量，其余量为常量，则可以推出：
当P′w满足时，则存在一定范围的海上风电系统输出功率，使得海上风电系统的接入能降低系统网损；反之，若不满足且P′w≥0则增大了系统网损，系统网损随海上风系统电输出功率的变化而变化。
在海上风电系统的备用容量分析上，海上风电系统的备用容量是保证海上风电系统稳定运行的重要因素，在出现负荷预测误差或风电机组出现故障下，备用容量可保证海上风电系统仍能进行备用运行。从低碳综合效益的角度分析，海上风电系统的备用容量大部分时间处于闲置状态，造成了一定的经济浪费与碳排放损失。因此认为，海上风电系统的备用容量产生负的低碳综合效益。
在海上风电系统的无功补偿分析上，海上风电系统接入电网后，引起电网潮流发生一系列改变，包括风电不确定性引发的网络损耗增加和与电压波动；在并网的海上风电系统中，无功功率与系统的无功需求无法完全匹配时会显著影响到系统电压，因此海上风电系统引入无功补偿成为了一种必然需要。电网侧无功补偿方式包括集中补偿、就地补偿和分散补偿三种类型。
并网系统的无功补偿容量计算遵循的基本原则为潮流平衡原则，即：
除潮流平衡外，系统还需满足包括风电机组出力约束、容量约束、节点电压约束、变压器分接头变比上下限约束的约束条件，即：
综合上述约束条件，并结合具体计算从而确定无功补偿的容量。通过静止无功发生器、在输电线缆侧并联电抗器、动态无功补偿装置的方式进行具体场景下的补偿，避免无功不匹配造成的电能质量污染，维持海上风电并网后的电网稳定性。
进一步形成对海上风电系统低碳综合效益的计算，包括：海上风电低碳效益的计算，经济效益的计算和低碳综合效益的计算。海上风电系统低碳综合效益的评估需分别计算出全寿命周期中的低碳效益和经济效益。低碳效益是通过集中发电侧的度电CO2排放量进行计算，并且是通过计算全寿命周期中各环节中的清洁电能替代情况或标准煤发电消耗量进行综合计算。经济效益需要从直接经济效益与间接经济效益两个层面进行评估：直接经济效益包括系统直接投入与系统直接收益；而间接经济效益主要通过计算改善网损收益、备用容量成本及无功补偿成本来确定。
其中，海上风电系统低碳效益的计算中，从成本角度分析海上风电系统的低碳效益，海上风电系统在建设到最终报废过的程中产生的低碳成本可概括为风电机组及相关设备在生产制造过程中产生的碳排放、风电机组及相关设备在离开生产基地并运输至安装位置过程中的运输过程产生的碳排放及报废风电机组拆除更换过程中运输产生的碳排放，以及风电机组及相关设备在安装与处置过程中产生的碳排放。
设风电机组设备在生产制造过程中消耗的电能与单个风电机组功率呈现一次线性关系，设生产单位功率机组所需要的电能为E，海上风电系统中风电机组的装机数量为NWT，海上风电系统中单个风电机组的功率为P0，另外，消耗的电能可通过集中发电侧度电CO2排放量
折算为碳排放，因此低碳效益c0-1可表示为：
在运输过程中，产生的碳排量与运输距离为L，单次货运运输质量为m，运输次数为n，运输过程中产生的碳排放强度k，其中，运输过程中涉及到陆地运输与海上转运两个关键环节，因此，碳排放强度可分为kon与koff，分别表示陆上运输与海上运输单位里程碳排放强度，并匹配陆上距离Lon与海上运输距离Loff，其低碳效益计算为c0-2＝nm(konLon+koffLoff)。
海上风电安装与拆除过程涉及一系列工程装备的使用，以起重设备为主。由此，安装过程中的低碳效益c0-3计算与风电机组质量nm，风电机组高度h及单位起重高度的碳排放强度khigh相关，其低碳效益计算为c0-3＝khighnmh。因此，海上风电系统建设过程中产生的低碳效益计算为：c0＝c0-1+c0-2+c0-3。
从收益角度分析海上风电低碳效益，需进行海上风电系统年总发电量计算；在并网的基础上，由于替代了传统化石能源，故将发电量转化为集中发电侧CO2排放量，作为低碳效益，即C1，设Pw(t)为风电机组的输出功率，V(t)为某一时刻的风速大小，Vci、Vco为切入、切出风速，VN为额定风速，PN为风电机组的额定功率，QW为海上风电系统的年度发电量，i表示第i台风电机组，tstop表示风电机组由于故障、天气与定期维护等原因造成的停机时间。
结合海上风电系统接入后降低网损的风电机组出力情况，系统网损低碳效益C2的计算为：
设海上风电系统的备用容量系数为α，即每1kW的实际海上风电输出功率需要配置α kW的备用容量，计算备用容量的低碳效益
进一步，无功补偿容量需根据系统最大无功补偿方案确定，设海上风电系统最大无功补偿需求为Qmax，建设单位无功补偿装置所需的碳排放成本为kvar，则得到无功补偿装置的低碳效益为-Qmaxkvar，同时结合海上风电系统中无功补偿对并网网损的优化作用，得到：
其中ΔP″′为计及无功补偿器效果后，海上风电并网网损变化产生的低碳效益。
对海上风电系统的经济效益进行计算，经济效益的直观表现为成本与收益之间的博弈，因此从系统投资，运营维护，报废成本与并网售电收益角度进行计算，并进一步计算系统网损、备用容量与无功补偿侧的间接经济效益。由成本估算的经济效益e0需包含建设成本、运行维护成本与报废成本，其计算为：
其中，Ec为海上风电系统投资、安装与建设过程中产生的成本系数，ES为海上风电系统报废成本系数，EO&M为海上风电系统的运营维护成本系数，r为折现率，x为海上风电系统建成后的第x年。
海上风电系统的收益主要来自于并网售电产生的利润及来自各省级区域为主的海上风电系列补贴，因此，结合C1的公式能得到海上风电系统收益侧的年度经济效益：
其中，EGrid为海上风电系统实时上网电价，Esub为海上风电系统建成后第x年所享受的单位千瓦政策补贴价格。在间接经济效益中，通过系统网损、备用容量与无功补偿三个角度的经济效益分别进行计算，具体分别为
其中，Evar为单位无功补偿装置容量所需要的建设成本。
在上述效益计算过程中，以年作为时间跨度进行效益计算。对低碳效益与经济效益进行整合：低碳效益ctotal＝c′0+c1+c2+c3+c4，经济效益etotal＝e′0+e1+e2+e3+e4，建设成本低碳效益
海上风电系统建设成本经济效益
事实上，低碳效益与经济效益需要相互结合，低碳效益可被视为是经济效益的某种体现或补充，具有真实存在的经济效益。因此，需建立综合效益评估，并对两者进行折算，以得到最终的低碳综合效益，引入碳交易价格进行低碳效益与经济效益之间的转化，得到计算公式：Cc-e＝Ecarbonctotal+etotal，其中，Cc-e为海上风电系统综合低碳效益，Ecarbon为单位碳排放强度价格。
运用一种海上风电系统低碳综合效益的评估方法根据具体的海上风电系统的输入因数的实际数据，计算海上风电系统综合低碳效益Cc-e；结合扰动分析法，使海上风电系统综合低碳效益Cc-e产生变化，设定一定波动量，逐一调整实际数据，根据调整后的数据分别计算海上风电系统综合低碳效益Cc-e′；比较Cc-e和Cc-e′，确定变化量大的输入因数，并将其作为海上风电系统的敏感性因数。，调整的实际数据获取：单独影响低碳效益ctotal的输入因数，单独影响经济效益etotal的输入因数，以及同时影响低碳效益ctotal和经济效益etotal的输入因数；将变化量大且同时影响低碳效益ctotal和经济效益etotal的输入因数作为重要敏感性因数；将变化量大且影响低碳效益ctotal或经济效益etotal的输入因数作为次要敏感性因数。
敏感性因数的变化量大于所有调整的实际数据的变化量的绝对值之和的平均数的两倍。调整的实际数据具体为：海上风电装机容量NWTP0，集中发电侧度电CO2排放量
运输距离Lon+Loff，海上风电发电量QW，海上风电的备用容量系数α，海上风电系统最大无功补偿需求Qmax，海上风电场投资、安装与建设过程中产生的成本系数Ec，海上风电场的运维成本系数EO&M，海上风电系统报废成本系数ES，海上风电实时上网电价EGrid，海上风电建成后第x年所享受的单位千瓦政策补贴价格Esub，或者为单位无功补偿装置容量所需要的建设成本Evar。具体地，调整的扰动幅度为3-8％。
实施例2
如图1所示，本实施例是利用所述敏感性因数分析方法评估一海上风电系统项目，海上风电系统项目共有140台6.45MW风电机组，两期工程总装机容量NWTP0达到900MW。如图2所示，海上风电从节点17接入，无功补偿器覆盖线路的三个分支路，分别从21节点、24节点与32节点接入，节点1为平衡节点。根据目标所在地区的负荷特性曲线，得到目标所在地区的夏季与冬季的典型负荷特性曲线。根据海上风电系统位置与目标所在地区的GDP 比例关系进行等比例缩放，得到海上风电系统当地负荷典型特性曲线；又因春秋季节与夏季负荷特性呈现出相似特性，在夏季负荷特性曲线的基础上进行一定比例缩放，最终得到图2 中的负荷特性曲线。
设单位成本风电机组的生产能耗为3000kW·h，集中发电侧度电CO2排放量kCO2根据国内显示为0.5839kg/kW·h；海上风电系统项目建设位置距离海岸最近距离为25km。设海缆长度及海上运输距离为25km。同时，设海上风电上岸点距离相关设备生产商为400km；单台风电机组重量约为400-500t。本实施例中具体取450t。柴油车货运为主的陆地方式碳排放因子为0.078kg/(t·km)，海上集装箱的运输过程中碳排放因子则为0.012kg/(t·km)；风电机组高度设为180m，安装抬升或拆卸过程中的碳排放因子khigh设为15kg/(t·km)。
从经济效益角度、海上风电投资、建设与安装成本系数Ec约为16000元/kW，运行维护成本系数EO&M设定为400元/(kW·年)，ES＝600元/kW，折现率设定为2％。风电机组Vci与Vco分别设定为3m/s与11m/s；海上风电网电价为0.85元/kW·h。结合海上补贴层面，设目标所在地区对于海上风电的补贴价格为1500元/kW。设备用容量系数α为0.2，其余部分同样需根据
及EGrid(t)计算。最大无功补偿需求Qmax＝500MW，设生产无功补偿设备的单位碳排放强度kvar＝100kg/kvar，Evar＝535.9元/kvar。
将低碳综合效益拆解为低碳效益与以经济效益两部分进行分别求解，并结合上述所提到的算例参数，进行低碳综合效益的精细化计算。从成本角度分析，通过公式计算得到并网型海上风电的低碳c0-1，c0-2，c0-3分别为-1576530t，-14175t及-1215t，合计-1591920t，折合到全寿命周期每年为-63676.8t。通过c1的公式计算得到海上风电系统的年发电量达到 2247367MW·h，折算为碳效益得到c1为1211106t。结合图2所示各季节典型负荷特性和结合c2的公式可得出并网型海上风电每年因降低网损而实现减排4304.3t，其四个季节的典型日网损推算仿真实验如图3所示。
由c3的公式计算得到每年因闲置备用容量造成的CO2排放262448t。增设无功补偿设备后，由于无功补偿设备生产产生的年均碳排量为2000t，并同时求得由于降低网损得到的间接碳效益为2820.3t。用于投资、建设、安装过程的海上风电成本为144亿，折算到全寿命周期每年为-5.76亿元；每年用于运行维护的成本投入3.6亿；处置成本共计5.4亿，分摊到全寿命周期每年2160万元。设年发电量并网收益为19.1亿元，且享有政府政策补贴13.5亿，折算为每年5400万元。年并网损改善共产生经济效益c2＝626.6万元。
备用容量造成的闲置经济成本c3按照式e3的公式计算结果为-3.821亿元。计及无功补偿设备后，无功补偿装备投入为2.68亿元，折合到全寿命周期每年为1071.8万元，同时改善并网网损间接经济收益为410.56万元，经济效益c4＝-661.24万元。通过上述计算，经过汇总得到如图4所示，海上风电低碳正效益中，海上风电并网产生的碳效益c1是最主要的部分，占到所有低碳正效益中的99％以上；在低碳负效益中，由备用容量产生的碳效益占据主要位置，占到了所有环节中碳排放的80％；成本占据了剩余大部分低碳负效益，为19.4％。
在海上风电经济收益中，可以观察到海上风电并网经济效益是最主要也是最直接
的经济效益来源；从负效益来看，成本c0中的投资建设经济效益c0-1与系统运行维护经济效
益c0-2同样占比较大，分别在经济负效益中占比45.6％和25.3％；闲置备用容量则占据经济
负效益整体的26.9％。最终获取低碳效益与经济效益在本算例中的结果如下表：
| 低碳效益(t) | 经济效益(万元) | |
| 成本 | -63676.8 | -95760 |
| 收益 | 1211106 | 196400 |
| 并网网损 | 4304.3 | 626.6 |
| 备用容量 | -262448 | -38210 |
| 无功补偿 | 820.3 | -661.24 |
| 合计 | 890105.8 | 62359.36 |
根据Cc-e的公式，引入最新的碳交易市场价格58元/t，得到并网型海上风电一年由于减排产生的经济效益为5162.6万元，低碳综合效益为67521.96万元/年；进一步分析，得到海上风电场的建设成本为144亿元。
在分析并网型海上风电低碳综合效益后，需通过分析并网的海上风电系统的计算，提取参数的敏感程度，以确定影响哪一参数对应的因素会引起并网海上风电系统低碳效益的快速变化。结合扰动分析法，在本实施例中设定扰动幅度为5％设定，针对能够明显影响海上风电系统低碳与经济效益的因素：海上风电装机容量NWTP0，集中发电侧度电CO2排放量
运输距离Lon+Loff，海上风电发电量QW，海上风电的备用容量系数α，海上风电系统最大无功补偿需求Qmax，海上风电场投资、安装与建设过程中产生的成本系数Ec，海上风电场的运维成本系数EO&M，海上风电实时上网电价EGrid，海上风电建成后第x年所享受的单位千瓦政策补贴价格Esub，或者为单位无功补偿装置容量所需要的建设成本Evar进行集中评估，结果如下表：
由上表可知，海上风电系统中影响最大的重要敏感性因素为海上风电发电量QW，其次为实时上网电价EGrid。除此之外，风电装机容量NWTP0与投资建设Ec、运营维护EO&M都是海上风电综合低碳效益的敏感性因素，Ec，EO&M，EGrid通过直接对经济效益产生影响从而影响综合效益，低碳效益之间的关系不深，因此可判断为次要敏感性因素，海上风电系统的综合低碳效益受海上风力发电量与装机容量的影响最为显著。可见现有海上风电系统项目中，基于海上风电系统发电量的不可控性，为促进综合低碳效益的进一步提升，应从适当增加海上风电装机容量；降低生产能耗产生的经济成本与碳成本；在允许范围内降低备用容量造成的闲置浪费，或寻求替代三个方向出发。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，结合扰动分析法，使海上风电系统综合低碳效益Cc-e产生变化，通过Cc-e变化幅度大小判断出海上风电系统综合低碳效益中的敏感性因数，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1.在一定的时间跨度上对低碳效益ctotal与经济效益etotal进行整合，形成海上风电系统综合低碳效益Cc-e，具体为：
Cc-e＝Ecarbonctotal+etotal
其中，Ecarbon为单位碳排放强度价格，所述低碳效益ctotal具体为：
ctotal＝c′0+c1+c2+c3+c4
其中，c″0为海上风电系统建设成本低碳效益，c1为海上风电系统发电量低碳效益，c2为海上风电系统网损低碳效益，c3为海上风电系统备用容量低碳效益，c4为海上风电系统无功补偿低碳效益；所述经济效益etotal具体为：
etotal＝e′0+e1+e2+e3+e4
其中，e″0为海上风电系统成本经济效益，e1为海上风电系统收益经济效益，e2为海上风电系统网损经济效益，e3为海上风电系统备用容量经济效益，e4为海上风电系统无功补偿经济效益；
S2.根据具体的海上风电系统的输入因数的实际数据，计算海上风电系统综合低碳效益Cc-e；
S3.设定一定波动量，逐一调整实际数据，根据调整后的数据分别计算海上风电系统综合低碳效益Cc-e′；
S4.比较Cc-e和Cc-e′，确定变化量大的输入因数，并将其作为海上风电系统的敏感性因数。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，其特征在于，调整的实际数据获取：单独影响低碳效益ctotal的输入因数，单独影响经济效益etotal的输入因数，以及同时影响低碳效益ctotal和经济效益etotal的输入因数；
将变化量大且同时影响低碳效益ctotal和经济效益etotal的输入因数作为重要敏感性因数；
将变化量大且影响低碳效益ctotal或经济效益etotal的输入因数作为次要敏感性因数。
3.根据权利要求1所述的一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，其特征在于，所述敏感性因数的变化量大于所有调整的实际数据的变化量的绝对值之和的平均数的两倍。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，其特征在于，
所述
其中，C0为海上风电系统成本低碳效益，Nmax为海上风电系统的最长使用年限；
所述
其中，Nmax为海上风电系统的最长使用年限；NWT为海上风电系统中风电机组的装机数量，Ec为海上风电系统投资、安装与建设过程中产生的成本系数，P0为海上风电系统中单个风电机组的功率，ES为海上风电系统报废成本系数，EO&M为海上风电系统的运营维护成本系数，r为折现率，x为海上风电系统建成后的第x年。
5.根据权利要求4所述的一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，其特征在于，
所述
其中，
为风电机组的输出功率，i为第i台海上风电系统的风电机组，tstop为停机时间，t为时间跨度为年的时间变量；
所述
其中，V(t)为某一时刻的风速大小，Vci、Vco为切入、切出风速，VN为额定风速，PN为风电机组的额定功率。
所述
其中，
为集中发电侧的度电CO2排放量，ΔP为海上风电未接入场景下的系统网损，ΔP′为风电接入场景下的系统网损，ΔP″为接入点上游的线路网损；
所述
其中，α为海上风电系统的备用容量系数；
所述
其中，Qmax为海上风电系统的最大无功补偿需求，kvar为建设单位无功补偿装置所需的碳排放成本，ΔP″′为计及无功补偿器效果后海上风电系统并网网损变化产生的低碳效益。
6.根据权利要求5所述一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，其特征在于，所述
其中，EGrid为海上风电系统实时上网电价，Esub为海上风电系统建成后第x年所享受的单位千瓦政策补贴价格；
所述
所述
所述
其中，Evar为单位无功补偿装置容量所需要的建设成本。
7.根据权利要求4-5任一项所述一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，其特征在于，
所述
所述
其中，所述
所述
8.根据权利要求7所述一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，其特征在于，所述c0＝c0-1+c0-2+c0-3，其中，c0-1为海上风电系统生产制造过程中产生的低碳效益，c0-2为海上风电系统运输过程中产生的低碳效益，c0-3为海上风电系统安装与拆除过程中产生的低碳效益；
所述
其中，E为生产单位功率机组所需要的电能；
所述c0-2＝nm(konLon+koffLoff)，其中，m为单次货运运输质量，n为运输次数，kon为陆上运输单位里程碳排放强度，koff为海上运输单位里程碳排放强度，Lon为陆上距离，Loff为海上运输距离；
所述c0-3＝khighnmh，其中，为nm海上风电系统机组质量，h为海上风电系统机组高度，khigh为单位起重高度的碳排放强度。
9.根据权利要求8所述一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，其特征在于，所述调整的实际数据具体为：海上风电装机容量NWTP0，集中发电侧度电CO2排放量
运输距离Lon+Loff，海上风电发电量QW，海上风电的备用容量系数α，海上风电系统最大无功补偿需求Qmax，海上风电场投资、安装与建设过程中产生的成本系数Ec，海上风电场的运维成本系数EO&M，海上风电实时上网电价EGrid，海上风电系统报废成本系数ES，海上风电建成后第x年所享受的单位千瓦政策补贴价格Esub，或者为单位无功补偿装置容量所需要的建设成本Evar。
10.根据权利要求8所述一种海上风电系统综合低碳效益的敏感性因数分析方法，其特征在于，所述调整的扰动幅度为3-8％。
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