李 洋

（國瑞沃德（北京）低碳經(jīng)濟(jì)技術(shù)中心，北京 100053）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平的提高，第三產(chǎn)業(yè)和居民用電在全社會用電量總的比重的不斷增長，電力負(fù)荷增長快于用電量增長速度，電網(wǎng)峰谷差逐年拉大。削峰填谷作為電力需求側(cè)管理工作的重要內(nèi)容，在提升電力供需平衡和應(yīng)急保障能力、實現(xiàn)電力系統(tǒng)高效經(jīng)濟(jì)運行中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。此外，削峰填谷不僅可有效轉(zhuǎn)移高峰用電負(fù)荷、減少電力裝機(jī)需求，還可以相應(yīng)地節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材，并通過填谷來提高發(fā)電側(cè)機(jī)組負(fù)荷率、降低發(fā)電和供電煤耗，具有多重的節(jié)約、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。

1 分析方法

文中所采用的方法是從全社會視角出發(fā)，分析通過實施水蓄冷項目進(jìn)行削峰填谷，實現(xiàn)削減電力容量成本、提高電力系統(tǒng)運行效率而為社會帶來的節(jié)約效益。因此，在分析過程中將把電廠、電網(wǎng)與電力用戶視為一個整體，即暫且不考慮三者之間的利益關(guān)系。本文對削峰填谷凈效益的定義是：實施水蓄冷項目進(jìn)行削峰填谷所帶來的效益扣除水蓄冷項目成本之后的凈效益，即：

式中：項目效益包括通過實施水蓄冷項目避免的電源建設(shè)及運行成本現(xiàn)值、避免的電網(wǎng)建設(shè)成本現(xiàn)值、提高供電機(jī)組效率形成的效益現(xiàn)值以及降低線損形成的效益現(xiàn)值；項目成本包括水蓄冷項目的建設(shè)投資成本以及項目的運行維護(hù)成本。

根據(jù)以上定義將式（1）展開，具體的表達(dá)式為

式中：Px為水蓄冷項目總的經(jīng)濟(jì)效益；Cb為水蓄冷項目所避免的電源建設(shè)成本現(xiàn)值；Co為水蓄冷項目所避免的電源運行成本現(xiàn)值；CN為水蓄冷項目所避免的電網(wǎng)建設(shè)成本現(xiàn)值；Pep為水蓄冷項目提高供電機(jī)組效率形成的效益現(xiàn)值；Pet為水蓄冷項目降低線損形成的效益現(xiàn)值；Pxb為實施水蓄冷項目所需的項目建設(shè)投資額現(xiàn)值；Pxo為實施水蓄冷項目所需的項目運行維護(hù)成本現(xiàn)值。

2 案例分析

以水蓄冷項目為例，假設(shè)某中小城市以一臺600 MW的燃煤發(fā)電機(jī)組供電，簡化后的負(fù)荷曲線如圖1所示，電網(wǎng)平均最大峰谷差率為33.3%。在實施了一批總?cè)萘繛?0 MW的水蓄冷項目后，成功地將10 MW峰荷轉(zhuǎn)移至了低谷，即實現(xiàn)了在供電量不變的情況下，將平均最大峰谷差率降到了30.5%。

2.1 項目效益

圖1 水蓄冷項目移峰填谷負(fù)荷曲線

（1）避免發(fā)電容量成本：以火電作為基準(zhǔn)，轉(zhuǎn)移1 kW峰荷避免電源投資建設(shè)成本按5 000元計算。

（2）避免電源年運行成本：即火電廠扣除燃料成本以及折舊成本以后每年的費用支出，主要包括工資支出、水費、日常檢修費用等。1 kWh電的總成本按0.35元計，其中燃料成本約占75%，即0.262 5元，折舊成本約為0.05元?？鄢剂铣杀竞驼叟f成本后，即得到電廠發(fā)1 kWh的運行成本為0.037 5元，發(fā)電運行小時數(shù)按5 000 h/年計算，則單位千瓦容量發(fā)電裝機(jī)年運行成本為188元。

（3）降低供電煤耗：發(fā)電機(jī)組在不同負(fù)荷下所對應(yīng)的供電煤耗如圖2所示，從該曲線的形狀可以判斷出，隨著發(fā)電機(jī)組負(fù)荷的下降，供電煤耗呈現(xiàn)加速上升趨勢，因此在供電量不變的前提下，把峰荷移至低谷的過程中總體的供電煤耗是下降的。

圖2 600 MW發(fā)電機(jī)組在不同負(fù)荷下的供電煤耗

假設(shè)水蓄冷項目實施前后其它影響供電機(jī)組煤耗的因素不變，供電機(jī)組煤耗僅為負(fù)荷的函數(shù)，有項目和無項目情況下的供電煤耗之差可由公式（3）表示

通過對圖1中有無項目電網(wǎng)負(fù)荷曲線進(jìn)行對比可以判斷，在0到T1區(qū)間、T2到T3區(qū)間、T4到T區(qū)間，有項目和無項目的負(fù)荷曲線不變，即有項目和無項目的負(fù)荷曲線僅在峰和谷處存在差別，因此兩者的供電煤耗之差可以由公式（4）表達(dá)

式中：Δe為T期間，有項目和無項目發(fā)電機(jī)組的供電煤耗之差，g；s(p)為發(fā)電機(jī)組在負(fù)荷為p時的供電煤耗，g/kWh。

式（4）中4個積分項所對應(yīng)的中值功率P分別為400 MW、600 MW、410 MW和590 MW，T1到T2、T3到T4之間的時間間距均為ΔT。根據(jù)積分中值定理，式（4）可轉(zhuǎn)化為式（5）

式中：p為發(fā)電機(jī)組運行負(fù)荷，kW；S600為發(fā)電機(jī)組在600 MW負(fù)荷下運行的供電煤耗，g/kWh；S590為發(fā)電機(jī)組在590 MW負(fù)荷下運行的供電煤耗，g/kWh；S400為發(fā)電機(jī)組在400 MW負(fù)荷下運行的供電煤耗，g/kWh；S410為發(fā)電機(jī)組在410 MW負(fù)荷下運行的供電煤耗，g/kWh；ΔT為水蓄冷項目年運行時間，h。

根據(jù)多家從事水蓄冷業(yè)務(wù)的節(jié)能服務(wù)公司提供的數(shù)據(jù)，水蓄冷項目1 kW裝機(jī)平均年移峰填谷電量約為675 kWh，因此ΔT可采用675 h，將此數(shù)據(jù)代入公式（4），可以得出在有項目和無項目情況下一年期間發(fā)電機(jī)組供電煤耗之差，如公式（5）所示

式中：ΔE為有項目和無項目情況下發(fā)電機(jī)組一年期間的供電煤耗之差，g。

圖2為某600 MW發(fā)電機(jī)組在不同負(fù)荷下所對應(yīng)的供電煤耗，基于該組實驗數(shù)據(jù)，利用最小二乘法進(jìn)行二次多項式擬合，可以得出該發(fā)電機(jī)組供電煤耗與負(fù)荷的關(guān)系曲線及其表達(dá)式

式中：S為機(jī)組供電煤耗，g/kWh；P為機(jī)組運行負(fù)荷，MW。

由式（7）可以計算出，該機(jī)組在600 MW、590 MW、410 MW以及400 MW負(fù)荷下運行的供電煤耗分別為295.3 g/kWh、295.4 g/kWh、301.5 g/kWh和302.1 g/kWh。將以上數(shù)據(jù)代入式（6），可以計算出ΔE為80 325 kgce。2012年1—6月份，秦皇島港的5 500 kcal動力煤港口平均平倉價格是769元/t，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤（7 000 kcal）約978元/t，按此價格計算，水蓄冷項目實施后，通過削峰填谷降低發(fā)電設(shè)備供電煤耗每年節(jié)約的燃料費用約為78 558元。

（4）避免輸配電容量成本：水蓄冷項目的實施可以降低峰荷時系統(tǒng)對電網(wǎng)輸電容量的需求，從而節(jié)省輸配電網(wǎng)的建設(shè)投資。“十一五”期間我國電源工程累計完成投資17 602億元，同期，電網(wǎng)工程建設(shè)累計完成投資14 785億元[3]，以此計算我國電源與電網(wǎng)投資比例為1∶0.84。按照該比例，以及上文中轉(zhuǎn)移1 kW峰荷避免發(fā)電廠投資建設(shè)成本5 000元的假設(shè)計算，轉(zhuǎn)移1 kW峰荷避免的輸配電容量成本為4 200元。

（5）降低線損：在電網(wǎng)運行過程中，在同樣的時間段內(nèi)輸送相同的電量的情況下，線損是由網(wǎng)線電流、線損電阻和負(fù)荷的持續(xù)時間決定的，其計算公式為

式中：e為電網(wǎng)的電能損耗；Ip為電網(wǎng)平均負(fù)荷電流；r為線損電阻；ΔT為測計期時間。

根據(jù)圖1中的水蓄冷項目移峰填谷負(fù)荷曲線，不言而喻，有項目和無項目進(jìn)行的是同一時段的比較，即ΔT=ΔT有項目=ΔT無項目，由此可以得出以下計算式

式中：i600為無項目600 MW時的網(wǎng)線電流；i400為無項目400 MW時的網(wǎng)線電流；i590為有項目590 MW時的網(wǎng)線電流；i410為有項目410 MW時的網(wǎng)線電流。

設(shè)有項目與無項目電網(wǎng)電壓不變，則電流與功率成正比（i=P/V），所以

2010年我國火力平均供電煤耗為333 g/kWh，線損率為6.53%，輸送單位電量的線損，即e無項目為21.7 g/kWh，代入公式（10）可以計算出水蓄冷項目實施后電網(wǎng)的線損即e有項目為21.5 g/kWh。

相比較無項目情況下，有項目情況下電網(wǎng)的線損減少了0.2 g/kWh，一年的發(fā)電設(shè)備運行小時數(shù)按675 h計算，則1 kW水蓄冷裝機(jī)一年由于削峰填谷降低電網(wǎng)線損可節(jié)能135 gce，年節(jié)約燃料費用約0.132元。

2.2 項目成本

上述水蓄冷項目的成本包括該項目的建設(shè)投資成本以及項目每年的運行維護(hù)成本。在項目成本的計算中暫且忽略水蓄冷設(shè)備的用電成本以及占地成本。

（1）項目投資成本：根據(jù)收集到的水蓄冷項目投資數(shù)據(jù)，如表1所示，專家根據(jù)該數(shù)據(jù)估算出水蓄冷項目轉(zhuǎn)移1 kW高峰負(fù)荷的平均投資額現(xiàn)值約為3 000元。

表1 水蓄冷項目投資

（2）項目運行成本：水蓄冷項目的年運行費用按照項目投資額的3%計算，即每年90元/kW。

2.3 項目現(xiàn)金流

基于以上對水蓄冷項目收益與成本的分析，假設(shè)水蓄冷項目以及火電廠的項目壽命期均為40年，資金折現(xiàn)率為10%，對上述水蓄冷項目成本與收益的現(xiàn)金流進(jìn)行分析，其結(jié)果如表2所示。

表2 10 MW水蓄冷項目成本與收益的現(xiàn)金流量表萬元

10 MW水蓄冷項目效益主要由避免的電廠建設(shè)投資、避免的電廠運行維護(hù)成本以及避免的電網(wǎng)建設(shè)投資構(gòu)成，其現(xiàn)值分別為4 545萬元、1 838萬元和4 091萬元，在項目收益中所占的比例分別為43.07%、17.42%和38.77%。

根據(jù)以上分析結(jié)果可以計算得出，平均轉(zhuǎn)移1 kW峰荷在項目壽命期內(nèi)所能實現(xiàn)的凈效益現(xiàn)值為6 946元，將其按照等額支付的方式以10%的現(xiàn)金貼現(xiàn)率分?jǐn)偟巾椖科趦?nèi)的每一年，則每年分?jǐn)偟降男б鏋?10元。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，水蓄冷項目單位千瓦裝機(jī)平均可實現(xiàn)年填谷電量675 kWh，如果將削峰填谷全部的經(jīng)濟(jì)效益全部用于低谷電價的補貼，則分?jǐn)偟矫壳邥r電的補貼額度約為1.052元/kWh。

3 結(jié)論

綜上所述，以實施水蓄冷項目的方式進(jìn)行削峰填谷，能夠有效地減少供電容量成本、提高電力系統(tǒng)運行效率，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)的高效經(jīng)濟(jì)運行以及全社會資源的優(yōu)化配置。按照本文中水蓄冷項目案例的成本效益分析結(jié)果，平均每實現(xiàn)1kW的削峰填谷，可帶來項目壽命期累計6 946元的效益現(xiàn)值，而如何科學(xué)合理地將這部分效益在電廠、電網(wǎng)、用戶以及節(jié)能服務(wù)公司等相關(guān)部門之間進(jìn)行分配，形成有效的激勵機(jī)制，則有待于進(jìn)一步的研究。

[1]汪衛(wèi)華，張慧敏，陳方.用削峰填谷方法提高供電企業(yè)效益的分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,28(18):79-81.

[2]張育.負(fù)荷率對配電網(wǎng)線損的影響[C]//中國電器工業(yè)協(xié)會.中國電力系統(tǒng)保護(hù)與控制學(xué)術(shù)研討會論文集.廣東：2006.

[3]中國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析[R].北京：中國電力企業(yè)聯(lián)合會，2011.