激勵可再生能源消納的特高壓輸電電價形成方法

陶宇軒，胥威汀，李 婷，葉 希，沈 力，朱 覓，劉 瑩

(國網四川省電力公司經濟技術研究院，四川 成都 610041)

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激勵可再生能源消納的特高壓輸電電價形成方法

陶宇軒，胥威汀，李 婷，葉 希，沈 力，朱 覓，劉 瑩

(國網四川省電力公司經濟技術研究院，四川 成都 610041)

中國特高壓技術世界領先，其工程建設及運行安全高效，以特高壓電網為骨干網架的大范圍能源優化配置平臺已逐步形成。為有效利用該平臺實現可再生能源的高比例消納，尚需要進一步構建并完善基于特高壓的跨區域省間交易市場，其中特高壓輸電電價形成機制是關鍵點之一。提出了激勵可再生能源消納的特高壓輸電電價形成方法。首先對可再生能源的消納目標進行了解析；然后基于其規模及布局，開展模擬交易；在完全消納可再生能源的基礎上，用交易價差倒逼形成了特高壓輸電電價；最后通過計算該電價與成本定價的差額，得到了輸電電價補貼水平。案例分析證明了所提方法的有效性。所提方法充分考慮了可再生能源的跨區交易問題，對基于特高壓的跨區交易市場構建有一定參考價值。

特高壓；可再生能源；跨區交易；輸電電價

0 引 言

目前國家電網公司已建成“三交四直”七項特高壓工程，并已將淮南—上海“北半環”等“四交四直”特高壓工程納入國家《大氣污染防治行動計劃》，特高壓邁入高速發展期。

隨著新一輪電力體制改革的推進，可再生能源基于特高壓電網實現跨區輸送及消納是必然的趨勢。據國能綜監管[2016]637號文件《跨區域省間可再生能源增量現貨交易規則(征求意見稿)》(下稱《規則》)，為有效促進可再生能源消納，緩解棄水、棄風、棄光問題，規范開展跨區域省間可再生能源增量現貨交易，可再生能源將基于特高壓電網實現跨區交易。因此，可再生能能源跨區交易的輸電電價問題將成為特高壓發展的關鍵問題之一。

從目前中國特高壓電網已批復的輸配電價來看，大多采用兩部制電價法，部分采用單一制電價法[1]。文獻[2-3]分析了中國輸配電價形成及存在的問題，評述了國內外輸配電價定制的主要方法。文獻[4]圍繞中國跨區跨省輸電工程電價政策、定價方法等內容開展綜合分析，并針對特高壓輸電工程提出輸電價格制定需考慮的因素。然而目前特高壓跨區輸電電價形成機制并沒有考慮對可再生能源發展的激勵。電改“9號文件”明確表示，電力體制改革的重要任務之一，是解決可再生能源全額保障性收購的問題。在新一輪電力體制改革背景和中國大力發展可再生能源的目標下，需從多方面綜合考慮特高壓跨區輸電定價方法。

首先提出解析可再生能源消納目標的方法，并通過模擬可再生能源的跨區省間交易，提出了激勵實現可再生能源消納目標的特高壓輸電電價形成方法，力求在基于特高壓跨區電力市場交易模式下，有效激勵可再生能源的消納，促進可再生能源發展。

1 基于成本的特高壓跨區輸電電價

目前特高壓電網的兩部制輸電價由容量電價和電量電價兩部分組成[3]。其中，容量電價為輸電業務所形成的固定成本部分，按照預計的輸電工程利用比例進行分攤，容量電價一般與使用量無關，僅用于回收大部分固定成本；電量電價為輸電業務所形成的可變成本部分，與實際輸電量相關，用于回收全部可變成本和部分固定成本。

特高壓跨區送電的計算模型如式(1)～式(3)所示。

(1)

(2)

(3)

特高壓輸電的容量費用由聯網雙方支付，電量費用由受端支付。特高壓工程的費用將分攤到發電商和用戶的輸配電價中。

然而，基于成本的定價方法并沒有考慮對可再生能源消納的激勵。若能控制跨區輸電電價水平，同時補貼與成本定價的差額，既能刺激可再生能源的消納，又能保障電網企業的利益，相對于直接補償可再生能源，更能體現可再生能源的商品屬性[5]，更有利于電力市場可持續發展。

2 激勵可再生能源消納的特高壓輸電電價

2.1 可再生能源規劃目標解析方法

為了清潔和可持續發展，有必要切實達成可再生能源的建設和消納目標，而目標的實現則需要對其進行分解，包括規模和布局。例如，要達成2020年全國非化石能源占一次能源消費比例達15%的目標[6]，需控制一次能源消費總量在52億噸標煤。同時，其中的6.5億噸標煤需要轉換為2.1萬億千瓦時電能[7]，并且把有待消納的各類型電源和分區目標進行分解，如圖1所示。

圖1 可再生能源發展目標分解示意圖

為合理地分解以上可再生能源消納需求，制定的可再生能源規劃方案需要滿足以下邊界條件：

1)滿足用電需求

電力規劃方案需要滿足全國和各地區(省或直轄市)的用電需求。綜合考慮經濟、社會、電氣化水平等影響因素，結合各地區經濟發展和負荷增長情況，分別預測得出各地區的用電需求。

2)不超過資源潛力

可再生能源具有顯著的區域分布特性，其開發規模很大程度上受到資源條件的限制。其中，水電主要集中在西南地區；風電主要集中在三北地區；太陽能發電主要集中在西部地區；核電主要集中在沿海地區等：因此，可再生能源位于某個地區裝機規模，不得超過其技術可開發量。

3)不低于開發利用現狀

規劃方案基于可再生能源的開發利用現狀。由于可再生能源具有循環可再生性質，因此僅考慮發電設備的更新，不考慮機組的退出。

4)符合政策的引導和約束

對于各類可再生能源發電，國家相關機構公布了發展政策或開發規劃。結合現狀、趨勢和目標三方面，可以分析得到各類可再生能源的開發目標區間。

5)考慮各地區環境容量

用電需求中，可再生能源不足以承擔的部分將由化石能源彌補。因此需要計算燃煤發電廠的污染物排放、CO2排放規模及布局，保證各地區化石能源開發不得超過環境容量。根據國務院2013年《大氣污染防治行動計劃》，京津冀、長三角、珠三角等區域，除熱電聯產外，禁止審批新建燃煤發電項目。

在以上邊界條件的約束下，以全社會電力供應總成本最低為優化目標，以各類能源發電區域布局為變量，展開優化計算。構建目標函數如下[8]：

(4)

式中：Type表示電源類型，如水電、核電、風電等可再生能源發電等；Z表示研究的區域，如風電基地、受電地區；R表示規劃周期總數；Cold為實際投產的電源裝機容量；Cout為退役的電源總裝機；Cnew為已規劃但在規劃期初尚未實際投產電源總裝機；H為利用小時數；γ為折現率；yi表示第i個周期的第一年與規劃期初之間的時間距離；T表示與區外互聯線路的集合；C為規劃年上的最大傳輸容量；P為上網電價(送出端)或落地電價(接受端)；Φ表示系統不供電量損失。

優化方案生成后，通過電力電量平衡計算，對方案進行調峰調頻校核，計算棄水、棄風、棄光量。若無法滿足各地區棄水、棄風、棄光要求，重新調整各類能源布局，直到通過校核，輸出結果。輸出方案包括各類可再生能源裝機的總規模和布局。

2.2 特高壓輸電電價倒逼方法

為了實現以上可再生能源消納目標，需要保證可再生能源在受端市場的競爭力。除了政府的可再生能源專項補貼外，還可以通過控制輸電電價來激勵可再生能源的消納。

按照《規則》跨區交易模式采用集中撮合交易[9]，最后一筆達成交易的購售報價平均值為統一出清電價。其中，出清電價高低決定了可再生能源的消納規模。出清電價越高，可再生能源發電商的報價空間就越大，就能夠使更多的可再生能源參與到交易中來并消納可再生能源。系統的出清電價Pc如式(5)所示。

st.PL-PT≥PS

(5)

式中:PL和PS分別為達成最后一筆交易的買方和賣方的報價;PT為輸電電價。可見，如果買賣雙方都按照邊際成本電價來申報的話，輸電電價PT的高低決定了入圍交易的PS，即可再生能源發電商的報價。因此，可根據需要消納的可再生能源規模及其邊際電價倒算特高壓輸電電價PT。

可參與跨區消納的可再生能源規模由最后一筆交易決定，交易的出清結果通過模擬交易生成。按照《規則》中所采用的撮合交易機制，以“高低匹配”為原則，首先撮合優先級最高的買家和賣家的交易，然后撮合優先級次高的市場成員的交易，以此類推，構成的全局最優的交易方案計算方法如式(6)所示。

Qij≥0,?i,J

(6)

式中：r和d分別為用戶的出價及其交易電量需求；π為可再生能源發電廠商的出價；s為可再生能源的消納需求，即代表了規劃的可再生能源的規模及其布局，以電量計；c為邊際傳輸耗費Q的累加值，即為可再生能源消納目標總量。

式(6)為交易中心求利潤極大的優化模型[10]，目標是使得社會總福利E最大化。求解該模型即可得到全局最優下的用戶和可再生能源發電商的交易方案。其中，最后一筆交易的r和π的差值即為滿足可再生能源消納目標的特高壓輸電電價PT。

2.3 可再生能源消納的輸電電價響應分析

激勵形式下的特高壓輸電電價一方面容納了市場中更大量級的可再生能源，另一方面還會因為與成本電價形成了差額，進而刺激受端的用電行為，從而進一步擴大可再生能源消納的體量。

利用彈性系數法可以獲取特高壓受端用電規模(包括電力和電量)對電價變化的響應模式[11]。其采用的電價響應模型如下：

(12)

式中:Q、L和P分別為目標地區的電量、電力和電價;彈性系數εQ,k表示節點k的電量對預測電價響應;彈性系數εL,k表示節點k的電力對預測電價的響應。彈性系數ε本身可以通過對歷年電價調整前后的數據進行統計分析來獲取。

3 案例分析

以國內某供需呈逆向分布的地區電力市場試點為例，模擬全國基于特高壓的跨區省間可再生能源交易，并利用所提的方法，獲取輸電電價，并對結果作比較分析。計算水平年為2020年。

按照2020年全國非化石能源“15%目標”，分解至該地區的水電、風電及太陽能發電總量約92 000 MW。按《規定》的增量可再生能源計，參與區內交易并消納的可再生能源電力電量需求分別為10 530 MW和6.25×1010kW·h。

為了分解可再生能源規劃目標，運用2.1節方法解析得到各子區域的水電、風電、太陽能發電裝機規模，如表1所示。

表1 規劃可再生能源規模及分布

利用電價預測方法[12]得到各地區的節點邊際電價作為交易報價，運用2.2節方法開展模擬交易：以上地區的可再生能源發電商與系統中的所有用戶(以下網節點為例)開展集中撮合交易，直到所有可再生能源都被消納，得到交易方案及出清電價0.49元/kW·h，結果如表2所示。

表2 可再生能源完全消納的交易方案

由于表2中GZ地區可再生能源發電報價較高，若要全部消納，按照“高地匹配”原則，它將作為最后一筆交易，與報價較低(0.57元/kW·h)的用戶達成交易，它們的價差為0.16元/kW·h。該值即為滿足可再生能源消納的輸電電價。

另據第1節基于成本的輸電電價計算方法，可計算得到基于成本的輸電電價約為0.2元/kW·h。這表明執行可再生能源完全消納的輸電電價，需有0.04元/kW·h的專項補貼來保障輸變電工程的成本回收。

算例中的輸電電價偏高，是因為包含了各電壓等級輸電成本，若運用到跨區省間交易，需要扣除特高壓以下電壓等級的輸電成本，或以特高壓工程上、下網端的產權點來計價。

4 結 語

在跨區域省間可再生能源交易的背景下，為有效促進可再生能源消納，有必要提高可再生能源在受端市場的競爭力。激勵可再生能源消納的特高壓輸電電價是有效的途徑之一。

所提方法重點提出了激勵可再生能源的特高壓輸電電價計算方法。該方法首先對可再生能源的消納目標進行解析；然后基于其規模及布局，開展模擬交易；在完全消納可再生能源的基礎上，用交易價差倒逼得到特高壓輸電電價；同時，提供了因輸電電價調節而進一步釋放的用電需求計算方法；最后，計算該電價與成本定價的差額，得到輸電電價補貼水平。案例分析證明了該方法的有效性。

所提方法力求為基于特高壓的跨區交易市場建設提供一定參考。下一步工作將進一步驗證該方法的有效性，并加以完善。

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China has a world-leading level in UHV technology, especially in construction and safe operation. An optimal energy configuration platform in a wide range based on UHV network has been formed gradually. In order to achieve a high portion of renewable energy to the overall electricity consumption by utilizing this platform effectively, the cross-area electricity trading market based on UHV network still requires a constant improvement, in which the key point is UHV transmission price forming mechanism. An UHV transmission price forming mechanism is suggested to stimulate the renewable energy consumption. Firstly, the consumption target of renewable energy is analyzed. Secondly, the trading simulation is carried out based on the scale and distribution of renewable energy, and then the UHV transmission price is forced through the price difference. Finally, the transmission price subsidy is obtained by calculating the gap between this price and cost pricing. A case analysis proves the effectiveness of this mechanism. As the cross-area trading of renewable energy has been given adequate considerations in the proposed method, it has a certain reference value for the construction of UHV cross-area trading market.

UHV；renewable energy; cross-area trading; transmission price

TM73

A

1003-6954(2017)01-0019-04

2016-11-07)

陶宇軒(1989)，工學碩士、工程師，主要從事電網規劃方面的工作和研究；

胥威汀(1985)，工學博士、工程師，主要從事能源電力規劃與電力市場方面的工作和研究；

李 婷(1979)，碩士、高級工程師，主要從事電網規劃、智能配電網方面的研究工作。