01先说结论
电量平衡管账,容量平衡管命
前者保证一年送出去多少电,后者保证任一时刻不越限。只管账会违约,只管命会闲置。
风力按电量,光伏按容量
风电利用小时高、出力相对平稳,适合撑电量;光伏出力集中,撑的是峰时容量,也最容易顶爆通道。
决策变量是「允许越限小时」
不是配比,不是装机。先定一年允许多少小时越限,配比是被这个数推出来的。
因为它决定投资规模,而且两种答案都能自圆其说。按电量平衡做出的方案,装机规模大、年发电量好看,评审容易过;按容量平衡做出的方案,通道不越限、履约风险小,但年发电量低、单位造价高。两边都不是错的,错的是只用一个口径就下结论。本文把两种口径的算式、差额与适用条件拆开讲。
02两种口径到底差在哪
一句话:电量平衡把 8 760 小时压成一个数,容量平衡只盯着最坏的那几个小时。
| 口径 | 约束式 | 决定的是 | 典型失效场景 |
|---|---|---|---|
| 电量平衡 | 年上网电量 ≤ 通道容量 × 8 760 × 利用率 | 装机规模(总量) | 午间光伏大发,通道顶爆,弃电与考核 |
| 容量平衡 | 同时出力(P95)≤ 通道容量 | 装机上限(瞬时) | 通道全年大量空闲,固定成本摊不薄 |
| 双约束 | 先用容量定上限,再用电量定结构 | 配比 + 储能时长 | 需逐时模拟,计算量大 |
注意第一行和第二行的右边:电量平衡的约束式里没有时间,容量平衡的约束式里没有电量。谁缺了另一半,谁就必然在另一半上翻车。这是两种口径互相打架的根本原因,不是算法精度问题。
03电量平衡:三步算完,但缺一件事
这套算法很干净,评审也认,三步:
年送电量 = 通道容量 × 8 760 × 目标利用率。300 MW 通道按 40% 利用率算,目标就是 10.51 亿 kWh。
风电和光伏各自承担多少电量,取决于资源条件与电价结构。常见做法是按「单位投资的年发电量」分配,让两类的边际回报接近。
风电承担 8.0 亿 kWh、按 2 800 h 算,得 286 MW;光伏承担 2.5 亿 kWh、按 1 600 h 算,得 156 MW。
三步做完,缺的那件事就浮出来了:这套算法假设「发出来的电都能送出去」。可实际上风电和光伏的出力曲线并不互补到恰好填满通道——午间光伏上来的时候,通道往往已经被风电占了大半。逐时模拟一跑,年上网电量就掉到 9.87 亿 kWh,弃电率 5.1%,利用率只有 37.6%,比目标少了 2.4 个百分点。
纯风电的基地,电量平衡的误差通常很小(1% 以内),因为风电出力分布宽、峰值不尖;光伏占比越高,误差越大。当光伏电量占比超过 35%,电量平衡算出来的方案基本都要靠「事后限电」来收敛,而这部分限电在方案文件里是看不见的。
04容量平衡:同时率的坑
容量平衡的思路是对的:把 8 760 点的同时出力算出来,取一个高位分位数,让它不超过通道容量。问题出在多数人用一个「同时率」代替这条曲线:
同时率 = 最大同时出力 ÷ 各类装机之和。做法是用一个经验值(0.8—0.9)去除通道容量,得到可装装机。风电 300 MW + 光伏 200 MW,装机之和 500 MW,按 0.85 折算得 425 MW > 300 MW,于是判定「超了,要减」——减到 353 MW 才「合规」。
这个推算有两个毛病。第一,同时率是统计量,越限是事件。同时率 0.85 意味着平均意义上的峰值比例,而弃电与考核发生在高于 P95 的那几十个小时里。用平均值挡住极端值,等于用毯子挡雨。第二,同时率忽略了储能。储能把午间的尖削掉一部分,同时率就该跟着变,而经验值不会变。
把风光出力的 8 760 点逐时相加(扣掉储能后的净出力),画成一条持续曲线(duration curve),然后在这条曲线上取分位点:全年只允许 2% 的小时越限,就取 P98;允许 15%,就取 P85。分位点对应的功率 = 通道容量,反解出的装机就是容量平衡的答案。分位点选多少,是经济问题,不是技术问题——第 06 节专门算这一笔。
05同一套资源,两种口径算出来的装机
还是那个新疆基地的示例口径(风电 2 800 h、光伏 1 600 h、通道 300 MW、储能 2 小时):
| 口径 | 装机结果 | 利用率 | 弃电率 | IRR |
|---|---|---|---|---|
| 只按电量平衡 | 风 286 + 光 156 MW | 37.6% | 5.1% | 6.7% |
| 只按容量平衡(同时率 0.85) | 风 202 + 光 110 MW | 29.5% | 0.9% | 7.4% |
| 双约束(先容量后电量) | 风 300 + 光 200 + 储 50 MW/100 MWh | 40.0% | 9.4% | 6.6% |
三行数字放在一起,最该被记住的是这个:装机最大、利用率最高的方案,IRR 最低。只按容量平衡的方案装机最小(312 MW)、投资最省(约 19.7 亿元),IRR 反而最高(7.4%),代价是通道利用率只有 29.5%——一条花了 1.8 亿元的送出线路,近七成时间是闲的。
这就是基地项目的真实取舍:通道的沉没成本已经花了,装机越少,单位电量摊的通道成本越高。如果只看 IRR,最优解是小装机;如果看整个基地的资产效率(通道利用率、单位投资年发电量、送电协议履约率),最优解往往是大装机加储能。两个结论都对,取决于你在给谁做决策——投资方看 IRR,平台公司看通道利用率与协议电量。
06允许越限概率:真正的决策变量
把「允许多少小时越限」当成连续变量扫一遍,边际关系就很清楚了(同一套资源、示例口径):
| 允许越限小时占比 | 可装风光 | 弃电率 | 利用率 | IRR |
|---|---|---|---|---|
| 2%(约 175 h / 年) | 420 MW | 2.1% | 34.2% | 7.1% |
| 7%(约 610 h / 年) | 460 MW | 6.0% | 38.1% | 6.8% |
| 14.7%(约 1 290 h / 年) | 500 MW | 9.4% | 40.0% | 6.6% |
| 25%(约 2 190 h / 年) | 560 MW | 15.8% | 42.5% | 6.2% |
四行的 IRR 单调下降,利用率和弃电率单调上升。单位投资的回报在递减,通道的占用在递增。所以「配多少装机」这个问题,答案不在资源里,在你要哪个指标:
要 IRR,取 2% 那一行,把越限压到几乎不发生;要通道利用率,取 14.7% 甚至 25% 那一行,接受 10%—16% 的弃电;要两者兼顾,通常落在 7% 那一行附近——这也是多数基地项目实际方案的落点。
弃电率在财务模型里只是「少赚」,在调度考核里可能是「违约」。部分省份对新能源场站的功率预测偏差、AGC 调节性能、未按调度曲线执行都有考核,考核直接扣结算电费。所以第 06 节的表只解决经济性,能不能选那一行,还要看当地考核细则。这一点在下一篇《弃电怎么计入收益》里展开。
07三个最容易错的地方
同时率是平均值,弃电发生在尾部。用 0.85 的系数去卡 8 760 点,等于把尾部的几十个小时抹掉了——而收益与考核恰恰挂在那里。要么用持续曲线定分位点,要么就明说这是粗算。
11.60 亿 kWh 是理论值,实际能送出去的是 10.51 亿 kWh(弃电率 9.4%)。财务模型里用前者算收入,等于给项目凭空加了 9% 的收入,IRR 虚高 1.5 个百分点左右。弃电率必须进模型,而且要和通道、储能时长一起算。
这个比例来自特定区域、特定电价下的最优解,不是通用常数。资源好的地方风电占比会更高,光伏造价下得快的地方光伏占比会上升,受端要求平稳出力时储能与光伏的组合又变。配比是算出来的结果,不是输入的假设。
08下一步
如果你的项目正在做配比方案,建议先确认三件事,再谈装机数字:
09口径与引用说明
本文数值为示例,用于说明算法与量级,不作为任何项目的承诺值:
- 年利用小时按风电 2 800 h、光伏 1 600 h 计,属新疆一类资源区的示例水平;其他区域须以测风/辐照数据或当地统计值为准;
- 通道容量 300 MW、目标利用率 40% 为示例假设;利用率按「上网电量 ÷(通道容量 × 8 760)」计,未扣检修与封锁时段;
- 同时率 0.85 仅用于演示「用平均值卡尾部」的偏差,不代表任何地区的推荐取值;
- IRR 为全投资口径、20 年、无残值,电价 0.26 元/kWh 为示例含绿电溢价,未计容量补偿、辅助服务收入与绿证收益;
- 储能按 50 MW / 100 MWh、往返效率 88%、每日一充一放建模,未计衰减与辅助服务调用;换成 4 小时时长,第 06 节的表整体右移;
- 越限小时占比按全年 8 760 小时计,与调度机构口径(部分按并网运行小时计)可能有差异;考核规则以当地「两个细则」与并网调度协议为准,本文不给具体罚则数值;
- 全部测算在能耀的 XDesigner 中完成,按 8 760 小时逐时仿真,装机与储能时长作为决策变量联动寻优,输出 15 张财务报表与敏感性矩阵。
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