兩部制水電上網(wǎng)電價(jià)的計(jì)算方法

張 強(qiáng)，隋來東

（1.青海大學(xué)水力電力學(xué)院，西寧810016；2.青海平安高精鋁業(yè)有限公司，平安810008）

當(dāng)前我國(guó)電力行業(yè)正處于"廠網(wǎng)分開，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)"的電力市場(chǎng)改革初級(jí)階段。電力作為一種商品，合理的電價(jià)是電力市場(chǎng)改革的核心問題。而我國(guó)各大區(qū)都有不同比例的水電，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)體制下，水電的上網(wǎng)電價(jià)是一個(gè)全新的重要課題，它是一只看不見的手，不僅操縱水電的交易市場(chǎng)，而且左右水電的投資市場(chǎng)。如何理順?biāo)姷氖袌?chǎng)環(huán)境，建立水火電協(xié)調(diào)與競(jìng)爭(zhēng)的交易調(diào)度模式，制定水電的上網(wǎng)電價(jià)，解決投資市場(chǎng)中的水電投資與還貸等，都是當(dāng)前電力改革迫切需要解決的問題［1］。

電價(jià)理論研究分為兩個(gè)部分，即電能成本分析（電價(jià)預(yù)測(cè)）及電力市場(chǎng)中電價(jià)形成機(jī)制，而電能成本分析是制定電價(jià)的基礎(chǔ)，其中電力系統(tǒng)隨機(jī)生產(chǎn)模擬是一個(gè)不可或缺的工具［2］。本文主要論述以電能成本分析為主的水電上網(wǎng)電價(jià)制定方法。

1 包含多個(gè)水電機(jī)組的隨機(jī)生產(chǎn)模擬

電力系統(tǒng)隨機(jī)生產(chǎn)模擬是一種模擬各機(jī)組生產(chǎn)情況，考慮機(jī)組的隨機(jī)故障特性及水文特性，同時(shí)計(jì)算系統(tǒng)可靠性指標(biāo)及系統(tǒng)生產(chǎn)的平均成本和邊際成本的算法。

當(dāng)電力系統(tǒng)中只有火電機(jī)組時(shí)，可按照煤耗微增率的大小確定其帶負(fù)荷順序，整個(gè)隨機(jī)生產(chǎn)模擬過程比較簡(jiǎn)單。而當(dāng)系統(tǒng)中有水電參與時(shí)，它們的發(fā)電量是水文情況及水庫(kù)調(diào)度決定的，不能事先確定其帶負(fù)荷順序，因此，為給水電機(jī)組尋找一個(gè)適當(dāng)?shù)膸ж?fù)荷位置，傳統(tǒng)做法就需要反復(fù)進(jìn)行卷積與反卷積運(yùn)算，計(jì)算量急劇上升，整個(gè)隨機(jī)生產(chǎn)模擬變得異常復(fù)雜。本文采用一種嚴(yán)格而高效的模擬水電機(jī)組的方法。這一方法遵循以下兩條原則。

1）充分利用水能發(fā)電量，盡量避免棄水；

2）用水電機(jī)組替代擔(dān)任峰荷的火電機(jī)組，得到最大的燃料節(jié)約。

水電機(jī)組擔(dān)任峰荷的情況如圖1所示。圖中陰影部分為水電機(jī)組擔(dān)任的負(fù)荷，曲線cg是原持續(xù)負(fù)荷曲線向左平移相當(dāng)于水電機(jī)組容量CH得來的。陰影部分gcdf的面積應(yīng)等于水電機(jī)組的給定電量EHA。這樣就能保證水電機(jī)組不過載的情況下最經(jīng)濟(jì)，最充分的利用水能電量EHA，這時(shí)，其余火電機(jī)組應(yīng)擔(dān)任的負(fù)荷為oacgfh所圍成的部分?，F(xiàn)在距a點(diǎn)為CH的右側(cè)作一垂線be，不難證明圖形acg和bde全同。因此，火電機(jī)組所擔(dān)任的負(fù)荷可以看成由oafh和bde兩部分組成，這相當(dāng)于水電機(jī)組承擔(dān)了圖中abef部分負(fù)荷。顯然，這部分面積應(yīng)等于水電機(jī)組的給定容量EHA。由以上討論可以得出：在等效持續(xù)負(fù)荷曲線下尋找相當(dāng)于水電機(jī)組容量CH的一段，其面積恰好等于水電機(jī)組的給定電量EHA。因此，水電機(jī)組帶負(fù)荷的條件表示為

圖1 單個(gè)水電機(jī)組帶峰荷的情況Fig.1 Situation of single hydroelectric generating set with peak load

式中：EHL表示水電機(jī)組所擔(dān)當(dāng)?shù)呢?fù)荷電量等于其給定電量EHA，這個(gè)條件可以保證水能電量的充分利用；PHL表示水電機(jī)組所擔(dān)當(dāng)?shù)淖畲筘?fù)荷，應(yīng)等于其運(yùn)行容量CH，這個(gè)條件保證獲得最大的燃料節(jié)約。接下來的問題是如何確定水電機(jī)組運(yùn)行的位置，本文采用的辦法是：首先，在等效持續(xù)負(fù)荷曲線下做出水電機(jī)組的特征矩形abb′a′，其底等于水電機(jī)組的運(yùn)行容量CH，其面積就是該水電機(jī)組的給定電量，其高為水電機(jī)組在模擬周期內(nèi)的利用小時(shí)數(shù)TH：

當(dāng)把這個(gè)矩形向右移動(dòng)，使等效持續(xù)負(fù)荷曲線在相應(yīng)的區(qū)間內(nèi)的面積等于該矩形面積時(shí)，就找到了水電機(jī)組的最佳運(yùn)行位置，在這種情況下式（1）（2）都得到了滿足。

2 一種基于成本的水電上網(wǎng)電價(jià)制定方法

2.1 系統(tǒng)可靠性指標(biāo)及成本的計(jì)算

根據(jù)邊際成本的定義可知，在隨機(jī)生產(chǎn)模擬過程中，機(jī)組k承擔(dān)了PLmax＋1處的負(fù)荷，則該臺(tái)機(jī)組的單位發(fā)電成本就是系統(tǒng)的邊際成本。

2.2 水電上網(wǎng)電價(jià)定價(jià)模型

水電發(fā)電成本主要由容量成本和變動(dòng)成本兩部分組成，本文根據(jù)水電站本身的直接財(cái)務(wù)效益和費(fèi)用，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行隨機(jī)生產(chǎn)模擬，采用兩部制上網(wǎng)電價(jià)定價(jià)方法，構(gòu)建由容量成本決定的基本電價(jià)和由變動(dòng)成本決定的電量電價(jià)模型，針對(duì)水電的特點(diǎn)，本節(jié)構(gòu)建的模型主要解決以下兩個(gè)問題：

1）水電發(fā)電成本中容量成本所占比例大，變動(dòng)成本所占比例小。而競(jìng)爭(zhēng)僅局限于由變動(dòng)成本決定的電量電價(jià)。市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力度比較小，發(fā)電企業(yè)參與競(jìng)爭(zhēng)的積極性低，取得的效果也有限；而容量電價(jià)部分只要保證機(jī)組可用率就可以得到支付，并不參與競(jìng)爭(zhēng)，如何制定合理的上網(wǎng)電價(jià)是電價(jià)模型中應(yīng)該解決的問題。

2）如何劃分各時(shí)段，制定分時(shí)電價(jià)來解決水電受河川天然徑流豐枯變化及峰谷時(shí)段的影響，進(jìn)而有效指導(dǎo)用戶合理用電的問題。

2.2.1 基本電價(jià)模型

針對(duì)以上問題，本節(jié)建立的定價(jià)模型給出了以下解決思路。

對(duì)于第一個(gè)問題，本文提出的解決辦法是電廠的所有容量成本不完全通過容量電費(fèi)回收，其中有一部分要通過電量電費(fèi)回收。為了區(qū)別起見，將通過部分容量成本和資本收益確定的電費(fèi)稱為基本電價(jià)，而由另一部分容量成本和變動(dòng)成本及資本收益確定的電費(fèi)稱為電度電價(jià)。

發(fā)電容量成本是根據(jù)邊際電廠投資年金化而得，同時(shí)還要考慮電廠的運(yùn)行費(fèi)用以及電站建設(shè)期中每年不同的投資流。此外，還要考慮廠用電以及機(jī)組的可用率。因此水電上網(wǎng)長(zhǎng)期邊際容量成本可由下式確定：

式中：Lc為長(zhǎng)期邊際發(fā)電容量成本（元／kW·a）；I為邊際機(jī)組單位千瓦的固定投資（元）；Om為運(yùn)行維護(hù)費(fèi)率，可取為3%；Kky為機(jī)組可用率；Cy為廠用電率。

Cr為投資回收系數(shù)，

式中：i為社會(huì)折現(xiàn)率，一般取10%～15%；t為設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命，水電一般取30年；K為調(diào)整系數(shù)，

式中：I1，I2，…，In為電廠在建設(shè)期的逐年投資流；n為電廠建設(shè)的年限。

而容量成本如何分?jǐn)偸菢?gòu)建基本電價(jià)的核心，本文中提出容量成本分?jǐn)偟交倦妰r(jià)中的比例由系數(shù)η確定，η由該機(jī)組的運(yùn)行方式確定。如果上網(wǎng)電廠負(fù)荷率較高，既為電網(wǎng)提供電力，又為電網(wǎng)提供電量，則邊際容量成本分?jǐn)傇诨倦妰r(jià)中的比例系數(shù)η小，這樣有利于發(fā)電廠更加積極主動(dòng)發(fā)電。如果上網(wǎng)機(jī)組只參加調(diào)峰，負(fù)荷率小，主要只提供電力服務(wù)，則邊際容量成本應(yīng)多分?jǐn)偟交倦妰r(jià)中，其分?jǐn)偙壤禂?shù)η較高，這樣有利于保證上網(wǎng)機(jī)組成本的收回。因此容量成本分?jǐn)偟交倦妰r(jià)中的比例系數(shù)η設(shè)計(jì)為：

按照上述方法建立上網(wǎng)基本電價(jià)模型為

其中：Pci為機(jī)組i上網(wǎng)基本電價(jià)（元／kW·a）；Lci為機(jī)組i邊際容量成本（元／kW·a）；ηi為機(jī)組i容量成本分?jǐn)偟交倦妰r(jià)中的比例系數(shù)。

2.2.2 電量電價(jià)模型

對(duì)于第二個(gè)問題，本文考慮到系統(tǒng)在高峰段、平段和低谷段這三種時(shí)段中不同的運(yùn)作狀況，比如高峰段需要調(diào)峰調(diào)頻、事故備用，而低谷段系統(tǒng)中的電廠一般都是在基荷運(yùn)行等，因此，尖峰供電的邊際成本要成倍地高于低谷供電的邊際成本［3］。另外水電系統(tǒng)受來水的影響，其發(fā)電成本也會(huì)有所不同。因此如何使上網(wǎng)電價(jià)反映出以上特點(diǎn)，是本節(jié)制定的電價(jià)模型要解決的。

邊際電量成本就是系統(tǒng)為了滿足用戶上網(wǎng)電量增加1kW·h而增加的電廠運(yùn)行成本［4，5］。即

在求各小時(shí)的電量電價(jià)時(shí)，基荷發(fā)電設(shè)備的容量成本應(yīng)在8760h平均分配；而峰腰荷發(fā)電設(shè)備的容量成本應(yīng)按各小時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)度ρLOLP（t）分配。因此，建立第t小時(shí)的電能峰、平、谷邊際電量電價(jià)模型分別如下：

意義為邊際容量成本在電度電價(jià)中峰段、平段和谷段的分?jǐn)傁禂?shù)。發(fā)電側(cè)容量在不同的發(fā)電時(shí)段所體現(xiàn)的作用是不同的。根據(jù)微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，在峰時(shí)段，由于發(fā)電容量不足，它將發(fā)揮更大的邊際效率，相應(yīng)的容量費(fèi)用分?jǐn)倷?quán)重系數(shù)應(yīng)大一些；在谷時(shí)段，由于發(fā)電容量充裕，它發(fā)揮的邊際效率就比較小，其容量費(fèi)用的分?jǐn)傁禂?shù)應(yīng)小一些。

3 實(shí)例驗(yàn)證

以青海電網(wǎng)為例，下面以三個(gè)上網(wǎng)機(jī)組A、B、C為例，具體數(shù)據(jù)測(cè)得如表1。其他資料如下：社會(huì)折現(xiàn)率取12%；廠用電率取2%；機(jī)組可用率取80%；運(yùn)行維護(hù)率取3%；水電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命取30年；邊際容量成本根據(jù)本文構(gòu)建的模型（5）確定，邊際基本電價(jià)由模型（7）確定，得出基本電價(jià)如表1所示。

表1 邊際發(fā)電容量成本及基本電價(jià)Tab.1 Marginal power generation capacity cost and basic power pricing

簡(jiǎn)單起見，以青海電網(wǎng)擔(dān)任調(diào)峰作用的水電站機(jī)組的運(yùn)行成本作為系統(tǒng)高峰時(shí)的邊際電量成本，非高峰時(shí)采用大水電機(jī)組的運(yùn)行成本作為邊際電量成本。而調(diào)峰水電機(jī)組的運(yùn)行成本0.073元／（kW·h），非高峰時(shí)的邊際電量成本取60萬(wàn)kW水電機(jī)組的運(yùn)行成本0.068元／（kW·h），根據(jù)表1數(shù)據(jù)及式（11）～（13）得出分時(shí)電度電價(jià)及最終上網(wǎng)電價(jià)如表2所示。

表2 分時(shí)電度電價(jià)及上網(wǎng)電價(jià)Tab.2 Time－shared price and power net price（元／kW·h）

通過計(jì)算結(jié)果分析得出：上網(wǎng)電價(jià)會(huì)隨著峰谷時(shí)段的不同而不同，上例中機(jī)組A峰時(shí)段上網(wǎng)電價(jià)高出谷時(shí)段上網(wǎng)電價(jià)38.3%，上網(wǎng)電價(jià)中電度電價(jià)所占比例較高，如機(jī)組A峰時(shí)段電度電價(jià)占上網(wǎng)電價(jià)的85.8%，競(jìng)爭(zhēng)力度較大。

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)水電站本身的直接財(cái)務(wù)效益和費(fèi)用，并對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行隨機(jī)生產(chǎn)模擬，制定水電上網(wǎng)電價(jià)定價(jià)計(jì)算方法，結(jié)果看出：實(shí)施兩部制電價(jià)制度一方面可有助于消除成本差異，保證各種不同類型電廠在同一起點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)。另一方面還有助于電力價(jià)格從政府定價(jià)向市場(chǎng)定價(jià)的平穩(wěn)過渡，對(duì)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度和調(diào)峰有積極的促進(jìn)作用。本文采用了從提出問題、解決問題到建立模型的過程，并構(gòu)建兩部制定價(jià)模型，最后通過實(shí)例，驗(yàn)證本文構(gòu)建的模型能夠反映水電特點(diǎn)，符合電力市場(chǎng)改革對(duì)水電參與競(jìng)價(jià)的要求。但大部分水庫(kù)不僅具有發(fā)電功能，還兼有防洪、供水、航運(yùn)、養(yǎng)殖等任務(wù)，在綜合利用過程中，如何解決它們與發(fā)電產(chǎn)生的矛盾，從而對(duì)電價(jià)產(chǎn)生的影響，是未來需要進(jìn)一步研究的課題。

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