投资开放环境下电网投资效益评价研究

引言

近年来,我国开始逐步推行配售分离的电力体制改革,在此基础上,增量配电网在全国各地改革试点工作稳步推进。增量配电网鼓励多元主体共同投资,电网规划建设不再呈电力公司垄断的形式。另一方面,各种形式的清洁能源包括风能、太阳能、潮汐能等在电网渗透率也不断攀升。在配售分离和多能互联的大背景下,电网的源、网、荷建设表现为投资开放的模式。

本文分别从系统运营、电力市场视角建立了电网投资效益评估指标,并根据IEEE24节点测试系统,基于赫芬达尔-赫尔希曼指数、塞勒指数、供给剩余系数等不同评价指标全面评估了不同投资建设方案的效益。

1电网投资经济效益评估指标分析

电网投资包括电网的基础设施扩建,如电缆线路建设,负荷、电源增加等。系统扩建中除了考虑系统稳定、可靠运行外,还应考虑扩建中带来的功率阻塞、建设成本等。本节重点分析了电网扩建中各项经济效益评估指标,包括系统运营视角的功率阻塞成本,源、荷经济效益评估以及电力市场视角的各项评估指标。

1.1阻塞管理成本

阻塞成本即系统为解决输配电网的功率阻塞而产生的调度、管理等费用,阻塞成本可分为节点阻塞成本、线路阻塞成本以及系统阻塞成本三个层面。

(1)节点功率阻塞成本,即系统运营商因线路功率阻塞而在任一节点投资的费用,也就是说,节点阻塞成本可定义为节点电能消费和生产的价值差:

式中,a为边界电价(LocationMargina1Price,LMP),an为节点n的边界电价:N为系统节点总数:Pgn为节点n的电源输出功率:Pdn为节点n的负荷总功率:P1n为流入节点n的功率。

(2)线路功率阻塞成本:

式中,下标s、r分别表示输入侧节点、输出侧节点:fsr为节点s、r之间传送的有功功率。

(3)系统功率阻塞成本:

其中:

1.2源、荷经济效益评估指标

1.2.1系统发电电源经济效益评估

(1)单个电源经济效益评估:

式中,ⅣG表示系统发电电源总数:Ci为第i个发电单元投资单价:Pgi为第i个发电单元发电量。

(2)节点发电电源经济效益评估。即连接于同一节点的所有发电电源经济效益总和:

(3)系统发电电源总体经济效益评估:

1.2.2用户经济效益评估

(1)单个用户经济效益评估:

式中,ⅣD表示系统负荷总数:Bj为第j个用户供电要约买入价格:Pdj为第j个负荷功率。

(2)节点用户经济效益评估。即连接于同一节点的所有负荷的经济效益总和:

(3)系统用户总体经济效益为:

1.3系统投资总成本评估

电网投资总成本包括功率阻塞成本,源、荷投资成本,即:

1.4电力市场评估指标

电网扩建中的电力市场经济性取决于电力公司对电能的定价与边界电价的关系,本文详述了下述三种电力市场经济性指标:

(1)赫芬达尔-赫尔希曼指数(Herfindahl-HirschmanIndex,HHI):

i

对于电力市场而言,HHI指数介于0~100之间。HHI指标反映了各发电单元的市场势力的占比情况,表征了发电单元的市场集中程度,HHI指数是典型的市场集中度指标。

(2)塞勒指数(LernerIndex,LI):

式中,RCP为电力市场清算电价。

对于垄断电力市场而言,电力公司通过设定较高的电价来最大化售电利润。在配售分离的背景下,理想情况下可满足塞勒指数为零。

(3)供给剩余系数(ResidualsupplyIndex,RsI):

当供给剩余系数大于100%时,意味着发电单元或者供电商可满足供电需求,此时电力市场对电价的影响程度较小;反之,供给剩余系数小于100%时,在满足一定限制的条件下,系统可通过抬高电价来控制供给剩余系数。

2算例分析

本文利用文献[6]所示的IEEE24节点测试系统评估了电网投资效益,该系统包含24个节点、35条线路以及32个发电单元。本文拟对下述两种建设方案进行评估:

方案一:增加线路6-10、7-8、10-12、11-13、14-16、16-17和20-23,投资费用总计为1032.12万元;

方案二:增加线路6-10、7-8、10-12、11-13、14-16、15-16、16-17和20-23,以及在节点18、21之间建立双回路,投资费用总计为1236.48万元。

本文首先基于电源经济效益(Ps)、负荷经济效益(Cs)、阻塞管理成本(Cw)、系统侧总投资成本(s2)以及HHI指数评估上述两种投资方案,结果如表1所示。

相比之下,方案一的扩建计划电源经济效益、阻塞管理成本及系统侧总投资成本都较好,方案二的负荷经济效益以及电源的市场集中程度(HHI指数)较高。

进一步地,本文评估了各负荷、电源单元的经济效益以及剩余供给系数指标,结果如表2所示。

最后,本文从节点侧视角,基于系统总投资成本(s2)、塞勒指数(LIn)评估了上述两种方案,结果如表3所示,方案一的塞勒指数较低。

3结语

本文分别从系统运营、电力市场视角建立了电网投资效益评估指标;系统运营方面包括功率阻塞管理成本,源、荷建设的经济效益评估指标;电力市场评价指标包括赫芬达尔-赫尔希曼指数(HHI)、塞勒指数(LI)、供给剩余系数(wsI)。然后利用IEEE24节点测试系统,分别从源、荷单体,节点侧,系统侧角度考虑,基于上述多指标评估了不同电网建设方案的投资效益。综合而言,方案一投资效益较优。