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风能计算器

风电场计算器：发电量、LCOE、IRR 和贷款规模

一页纸的公用事业规模项目模型：风机、容量系数或风速、投资、运营成本、PPA 电价和贷款 → 年发电量 MWh、LCOE、项目和股权 IRR、DSCR、占地面积和可供电户数。

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计算结果

54 MW 每年发电 173,887 MWh（净容量系数 36.8%）。LCOE 54 €/MWh，电价 68 €/MWh。看起来可以融资：股权 IRR 20.3%，最低 DSCR 1.75。
年发电量（P50，第 1 年）
173.9GWh
相当于 48,302 户欧盟普通家庭
净容量系数
36.8%
毛容量系数 43.2% · 满负荷 3,220 小时
LCOE
54€/MWh
WACC 6.5%，30 年
项目 IRR（无杠杆）
12.6%
NPV 55 百万€
股权 IRR
20.3%
债务 70%，利率 5.5%，期限 15 年
最小 / 平均 DSCR
1.75 / 1.85
每年还本付息 5.27 百万€
总投资
€75,600,000
每 MWh 年发电量 435 €
第 1 年收入
€11,824,328
运营成本 2,615,774 €
静态回收期
8 年
风电场面积
6.4km²
风轮直径 138 m · 直接占地约 22 ha
每年减排 CO₂
69.6千吨
现金流：收入、运营成本、还本付息
LCOE 构成

项目现金流

年份发电量（MWh）收入（千€）运营成本（千€）CFADS（千€）还本付息（千€）DSCR股权现金（千€）
1173,88711,8242,6169,2095,2721.753,936
2173,19211,9542,6679,2875,2721.764,015
3172,49912,0842,7199,3665,2721.784,094
4171,80912,2172,7719,4455,2721.794,173
5171,12212,3502,8259,5255,2721.814,253
6170,43712,4852,8809,6055,2721.824,333
7169,75512,6222,9369,6865,2721.844,413
8169,07612,7602,9949,7665,2721.854,494
9168,40012,9003,0529,8485,2721.874,576
10167,72613,0413,1119,9295,2721.884,657
11167,05613,1833,17210,0125,2721.94,739
12166,38713,3283,23410,0945,2721.914,822
13165,72213,4743,29710,1775,2721.934,905
14165,05913,6213,36110,2605,2721.954,988
15164,39913,7703,42610,3445,2721.965,071
16163,74113,9213,49310,427——10,427
17163,08614,0733,56110,512——10,512
18162,43414,2273,63110,596——10,596
19161,78414,3823,70110,681——10,681
20161,13714,5403,77410,766——10,766
21160,49214,6993,84710,852——10,852
22159,85014,8603,92210,938——10,938
23159,21115,0223,99911,024——11,024
24158,57415,1874,07711,110——11,110
25157,94015,3534,15611,197——11,197
26157,30815,5214,23711,284——11,284
27156,67915,6904,32011,371——11,371
28156,05215,8624,40411,458——11,458
29155,42816,0364,49011,546——11,546
30154,80616,2116,7379,474——9,474
  • 发电量按通用 4.5 MW 功率曲线（风轮直径 138 m，空气密度 1.188 kg/m³）和 Weibull 分布计算，扣除 15% 总损失。要得到可融资的 P50，请用风机厂家的功率曲线和尾流模型（如 PyWake、WAsP）。
  • 税前模型：不含企业所得税、折旧、电网费用、平衡成本和弃风限电。贷款方按 P90（通常比 P50 低 8–12%）确定贷款规模，请用更低的容量系数测试一下。
  • 土地：阵列面积覆盖整个布局范围，实际占用的只有约 1–3%（风机基础、道路、升压站），风机周围照样可以耕种。

这个风电场计算器是怎么算的

风电场是一台资本密集、燃料免费的机器：几乎全部成本都在发出第一度电之前付清，此后漫长的寿命期里是一笔相当可预测的持续收入。这个计算器在一个页面上搭出开发商项目模型的核心部分：

  1. **发电量（P50）。**输入轮毂高度处的风速（附带 Weibull k）和风机的比功率，或者直接输入净容量系数。如果用风速，计算器会按你场址的空气密度，把一条通用功率曲线在风速分布上积分，再扣除总损耗（尾流、可用率、电气损耗、限电）。
  2. **现金流。**按你的 PPA 或市场电价计算收入，并逐年调价；扣除固定运维（含土地租金和保险）、可变运维、出力衰减，以及最后一年的退役拆除费用。
  3. **融资。**投资的一部分由等额本息贷款解决，其余为资本金。你会得到项目（无杠杆）IRR、资本金 IRR、按 WACC 折现的 NPV，以及每年的偿债覆盖率（DSCR）。
  4. **影响。**根据转子直径和间距算出布置面积，以及可供电的户数和减少的 CO₂。

计算公式

Rotor diameter D = √(4 × P_rated / (π × specific power)) Net energy E = 8,760 × ∫ P(v) f(v) dv × N × (1 − losses) LCOE = (Capex + Σ O&M_t / (1+r)^t) / Σ E_t / (1+r)^t Debt service DS = Debt × i / (1 − (1+i)^−n) DSCR_t = (Revenue_t − O&M_t) / DS Equity cash flow = (Revenue_t − O&M_t − DS_t), year 0 = −Capex × (1 − debt share)

计算示例：一个 54 MW 的陆上项目

默认值模拟的是 12 台 4.5 MW 风机（54 MW），比功率 300 W/m²（转子直径 138 m），塔高 120 m，场址轮毂高度平均风速 7.5 m/s，k = 2。

  • 毛容量系数 43%；扣除 15% 的损耗后，净容量系数约 36.8%，即每年约 174 GWh，够 48,000 户欧盟普通家庭使用。
  • 按 1,400 欧元/kW 计，投资为 7,560 万欧元；固定运维 42 欧元/kW/年，每年另加 230 万欧元，再加可变成本。
  • 按 30 年、6.5% 的 WACC 计算，LCOE 约为 54 欧元/MWh。
  • 以 68 欧元/MWh 售电、每年调价 1.5%，项目 IRR 约 12.6%，无杠杆 NPV 为 5,500 万欧元。
  • 贷款占 70%，利率 5.5%，期限 15 年，每年还本付息 530 万欧元，最低 DSCR 约 1.75，资本金 IRR 约 20%（税前）。

把风速降到 6.5 m/s，容量系数会跌到约 29%。LCOE 随之升到和 68 欧元的 PPA 电价差不多，最低 DSCR 降到勉强及格的 1.28。由此可见，风电的经济性对风资源有多敏感。

怎么看计算结果

  • P50 发电量是中位数预期。贷款方按 P90（90% 的年份都能超过的水平）确定贷款规模，单年一般比 P50 低 8–12%；可以通过降低容量系数或提高损耗来测试。
  • **LCOE 与电价。**如果电价低于 LCOE，按你的折现率算，这个项目就是在亏损价值，回收期再短也一样。
  • **项目 IRR 与资本金 IRR。**项目 IRR 高于贷款利率时，借债能抬高资本金回报，代价是 DSCR 的安全垫变薄。
  • 现金流图把收入和运维、还本付息叠在一起对比；折线（右轴）是累计资本金现金流，它转正的那一年就是资本金回收年。

典型数值

参数 陆上（欧洲/美国） 海上
风机单机容量 4–7 MW 12–15 MW
比功率 230–330 W/m² 330–400 W/m²
净容量系数 28–42% 40–52%
单位投资 每 kW 1,100–1,800 每 kW 2,500–4,500
固定运维 每 kW·年 30–55 每 kW·年 60–110
总损耗 12–18% 10–15%
贷款比例 / 期限 60–80% / 15–18 年 60–75% / 15–20 年
设计寿命 25–30 年 25–30 年

小技巧

  • **风资源说了算。**平均风速每多 1 m/s，LCOE 就变化 20–30%；值得花钱做 12–24 个月的测风。
  • **中等风速场址选低比功率。**同样的发电机配更大的转子，能提高容量系数和每 MW 的收入，也更少依赖风最大（往往电价最低）的那些小时。
  • **间距要权衡。**布置得越紧，同一块租地能装的 MW 越多，但尾流损失也越大；4 × 7 倍转子直径是常用的起点。
  • 先模拟 P90 和电价下行情景，再确定债务结构；P50 下最低 DSCR 低于 ~1.2 是危险信号。
  • 用 LCOE 计算器比较不同技术，再用风力发电机计算器细算单台风机的发电量。

局限

这是一个初筛模型。它按税前计算（不含企业所得税、折旧和税务股权融资），不考虑并网费用、平衡成本、大风时段的电价自我蚕食效应和限电（除非你把它们计入损耗），并用一条通用功率曲线加一个综合损耗系数代替尾流模型。债务按简单等额年金处理，不做还款塑形，不设储备账户，也不计建设期利息。在委托做可融资的发电量评估和财务模型之前，可以先用它比较方案、测试敏感性。

方法与假设

发电量。风轮直径 D = √(4P/(π·SP))。给定平均风速时，毛发电量 = 8,760 h × ∫P(v)·f(v)dv，采用通用功率曲线（峰值 Cp 0.46）和 Weibull 分布 f(v)，空气密度按场址海拔计算；净发电量 = 毛发电量 ×（1 − 损失）。现金流：收入 = MWh × 电价（指数化），运营成本 = 固定部分（每年 +2%）+ 可变部分，最后一年计入退役费用。LCOE =（投资 + Σ 运营成本_t/(1+r)^t）/ Σ MWh_t/(1+r)^t。股本承担 投资 ×（1 − 债务比例）；贷款按等额年金偿还；DSCR = 可用于偿债的现金流 ÷ 还本付息额。占地：风机按网格布置，垂直主导风向间距 sx·D，沿主导风向间距 sy·D。

常见问题

建一座风电场要花多少钱？
陆上风电场每 MW 装机一般要 110–180 万（欧元或美元），包括风机（约占三分之二）、基础、道路、电缆、升压站和前期开发。海上风电每 MW 250–450 万。所以一个 50 MW 的陆上项目大约需要 6,000–9,000 万。
陆上风电的 LCOE 是多少？
据 IRENA 统计，2023 年投运的陆上风电全球加权平均约为 0.03–0.04 美元/kWh；欧洲项目一般为 40–70 欧元/MWh，取决于风速、投资和资金成本。海上风电通常为 70–120 欧元/MWh。
一座风电场要占多少地？
阵列覆盖面积很大（风机间距 4–7 倍转子直径时，通常每 MW 15–60 公顷），但基础、吊装平台、道路和升压站实际占用的只有约 1–3%（每 MW 约 0.3–1 公顷）。风机之间照样可以种地和放牧。
风电项目的资本金 IRR 多少算好？
在成熟市场，投资者对陆上风电的目标一般是无杠杆项目 IRR 7–10%、资本金 IRR 10–15%；新兴市场或不锁定电价的市场化项目要求更高。回报在很大程度上取决于 PPA 电价，以及贷款方允许借多少债。
银行对风电场要求多高的 DSCR？
对签了长期合同的陆上风电，贷款方通常按 P50 发电量下最低偿债覆盖率约 1.25–1.35（P90 下为 1.0–1.2）来确定贷款规模；收入随市场波动的项目要求更高。DSCR 为 1.3，表示现金流比还款额多 30%。
一座风电场能供多少户家庭用电？
用年发电量除以户均用电量。一座 50 MW 的陆上风电场，容量系数 35%，每年约发 150 GWh，够大约 40,000 户欧盟普通家庭（每户 3,600 kWh）或 14,000 户美国家庭（每户约 10,500 kWh）使用。
100 MW 的风电场有多少台风机？
用今天 4–7 MW 的陆上风机，大约 15–25 台。早年用 2 MW 机组的项目需要 50 台。海上的话，100 MW 只需 7–8 台 12–15 MW 的风机。

资料来源与参考

  1. IRENA — Renewable Power Generation Costs in 2023
  2. NREL Annual Technology Baseline — 陆上和海上风电成本
  3. Denholm, P., Hand, M., Jackson, M., Ong, S. (2009). Land-Use Requirements of Modern Wind Power Plants in the United States. NREL/TP-6A2-45834
  4. Short, W., Packey, D., Holt, T. (1995). A Manual for the Economic Evaluation of Energy Efficiency and Renewable Energy Technologies. NREL/TP-462-5173

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