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      基于全壽命周期成本的增量配電價格測算

      2018-07-20 05:17:48張耀東
      水力發(fā)電 2018年4期
      關(guān)鍵詞:用電量增量配電

      張耀東

      (天津市海河基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有限公司,天津300010)

      0 引 言

      配電網(wǎng)全壽命周期成本(LCC)統(tǒng)籌考慮了電力設(shè)備或系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、選型、采購、建設(shè)、運行、檢修、技改、維護(hù)、報廢、更新和退役等在給定周期(即整個壽命周期)內(nèi)發(fā)生的直接費用和間接費用的總和,涉及壽命的全過程,在滿足安全、可靠、效能的前提下追求設(shè)備和系統(tǒng)全壽命周期成本最優(yōu),可實現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化[1]。全壽命周期成本理念已廣泛應(yīng)用于輸配電網(wǎng)規(guī)劃和評估中。文獻(xiàn)[2- 3]提出了LCC在輸配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用;文獻(xiàn)[4]將LCC應(yīng)用于電網(wǎng)安全效能成本評估中;文獻(xiàn)[5]提出了基于LCC的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評估策略和基于LCC的效能指標(biāo)。

      我國正在推行以準(zhǔn)許成本加合理收益為定價方法的輸配電價改革[6]。在電力體制改革的大背景下,增量配電網(wǎng)業(yè)務(wù)已啟動三批試點,但目前增量配電價格核定機制還未完善,增量配電網(wǎng)投資運營效益測算還不確定。文獻(xiàn)[6- 8]對輸配電價改革的方向和方法、機制進(jìn)行了探討,提出了現(xiàn)行電價機制中存在的一些主要問題,并提出了相應(yīng)的建議與設(shè)想。目前,各省、區(qū)、市都已陸續(xù)發(fā)布了經(jīng)核定的輸配電價,但各省之間差距較大,部分省份輸配電價格結(jié)構(gòu)也不盡合理。當(dāng)增量配電網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)平均水平時,采用核定的輸配電價將難以覆蓋建設(shè)成本,阻礙增量配電業(yè)務(wù)向高起點規(guī)劃、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的方向發(fā)展。因此,需要對增量配電價格核算方法進(jìn)行探索研究。

      1 基于全壽命周期成本的增量配電價格測算模型

      1.1 全壽命周期成本測算模型

      根據(jù)全壽命周期成本概念,從設(shè)備和系統(tǒng)2個角度將配電網(wǎng)全壽命周期成本分為設(shè)備級成本和系統(tǒng)級成本。LCC計算如下

      CLCC=C設(shè)備級+C系統(tǒng)級=(CI+CO+CF+CD)+

      (CL+CR)

      式中,C設(shè)備級為設(shè)備級全壽命周期成本,包含設(shè)備的投資成本CI、運行成本CO、故障成本CF和報廢成本CD;C系統(tǒng)級為系統(tǒng)級全壽命周期成本,包含線損成本CL和缺電成本CR。

      表1 各種城市發(fā)展類型和用地類型對應(yīng)的典型負(fù)荷密度指標(biāo) MW/km2

      (1)CI包括線路及設(shè)備的采購、安裝費用,CI=∑(Li×CIi)+∑(nj×CIj)。式中,Li為第i種線路長度;CIi為第i種線路單位長度的線路采購、安裝費用;nj為第j種設(shè)備的數(shù)量;CIj為第j種設(shè)備的采購、安裝費用。

      (2)CO包括設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)成本和能耗成本,而設(shè)備能耗往往產(chǎn)生于二次側(cè)設(shè)備,且成本較低,可忽略,CO=∑(Li×COi)+∑(nj×COj)。式中,COi為第i種線路單位長度的線路年維護(hù)費用;COj為第j種設(shè)備的年維護(hù)費用。

      (3)CF包括設(shè)備故障更換的費用。CF=∑(Li×CFi×λi)+∑(nj×CFj×λj)。式中,CFi為第i種線路修理更換費用;λi為第i種線路單位長度故障率;CFj為第j種設(shè)備的修理更換費用;λj為第j種設(shè)備的故障率。

      (4)CD包括設(shè)備更換拆除后所需的處理費用和設(shè)備的殘值,但相比設(shè)備的投資成本很小,可忽略。

      (5)CL為整個系統(tǒng)的線損成本。CL=α×10-4×ΔP×τ。式中,α為單位電價;ΔP為系統(tǒng)最大負(fù)荷損耗功率;τ為最大負(fù)荷損耗小時數(shù)。

      (6)CR為系統(tǒng)運行中因故障或計劃檢修導(dǎo)致的缺電成本。CR=ΔA×σ。式中,ΔA為系統(tǒng)年缺電量;σ為缺電成本系數(shù)。

      1.2 逐年收益測算模型

      增量配電網(wǎng)逐年收益R為其所供用戶的輸配電價。因居民用戶電價采用保底電價,不參與電力交易,有時還可能涉及到交叉補貼,因此需要分別計算居民用電量收益和工商業(yè)用戶用電收益??捎孟率奖硎?/p>

      R=∑(QJi×LJ)+∑(QSj×LS)

      式中,QJi為第i戶居民用戶年用電量;LJ為居民用戶配電價;QSj為第j個工商業(yè)用戶年用電量;LS為工商業(yè)用戶配電價。

      2 影響增量配電價格的主要技術(shù)因素

      2.1 負(fù)荷預(yù)測

      負(fù)荷預(yù)測結(jié)果很大程度上會影響增量配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模和電網(wǎng)運營過程中的用電量預(yù)測。本文采用負(fù)荷密度法進(jìn)行增量配電網(wǎng)規(guī)劃的負(fù)荷預(yù)測。

      城市規(guī)劃中對不同地塊用地性質(zhì)的分類,如商業(yè)用地,住宅用地,市政用地等,為負(fù)荷預(yù)測提供了非常重要的信息。不同的用地性質(zhì)決定了各地塊中用戶的負(fù)荷類型有所不同,而不同類型的負(fù)荷有不同的發(fā)展規(guī)律。因此,對用地性質(zhì)的分析為負(fù)荷預(yù)測,特別是負(fù)荷分布預(yù)測提供了良好的基礎(chǔ)。

      根據(jù)對用地性質(zhì)的不同分類,參考相關(guān)規(guī)范和國內(nèi)類似城市、地區(qū)現(xiàn)狀,并結(jié)合自身發(fā)展定位,確定不同用地類型的負(fù)荷密度指標(biāo)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測。選取負(fù)荷密度指標(biāo)時,需要綜合考慮區(qū)域內(nèi)綜合能源規(guī)劃方案及能源配比,如以電能作為供熱制冷的區(qū)域主要能源則應(yīng)選取負(fù)荷密度的高值,否則選取負(fù)荷密度的低值。

      負(fù)荷預(yù)測作為增量配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的基礎(chǔ),其預(yù)測偏差會直接導(dǎo)致增量配電網(wǎng)建設(shè)出現(xiàn)偏差。但由于工程建設(shè)存在時序,通??赏ㄟ^控制初期建設(shè)規(guī)模,預(yù)留發(fā)展裕度,后期根據(jù)負(fù)荷增長情況對原規(guī)劃方案進(jìn)行滾動調(diào)整,將負(fù)荷預(yù)測偏差影響最小化。各種城市發(fā)展類型和用地類型對應(yīng)的典型負(fù)荷密度指標(biāo)見表1。

      2.2 用電量預(yù)測

      用電量預(yù)測是影響增量配電價格的主要因素,準(zhǔn)確的電量預(yù)測有助于控制投資風(fēng)險,最大化投資效益。根據(jù)不同的用戶類型和用電特性,確定不同的最大負(fù)荷利用小時數(shù),在負(fù)荷預(yù)測的基礎(chǔ)上得到用電量預(yù)測結(jié)果。一般居民用戶最大負(fù)荷利用小時數(shù)約3 000 h;一般商業(yè)類、社區(qū)服務(wù)類、教育類、科研類用戶最大負(fù)荷利用小時數(shù)為約3 500 h;工業(yè)用戶最大負(fù)荷利用小時數(shù)相對較高,應(yīng)根據(jù)不同行業(yè)特點選取不同最大負(fù)荷利用小時數(shù)典型值。

      2.3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

      通常,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)直接影響配電網(wǎng)的供電可靠性水平。對供電可靠性要求不高的增量配電網(wǎng)的高壓配電網(wǎng)可選擇輻射型接線,中壓配電網(wǎng)可選擇電纜單環(huán)網(wǎng)或架空線多分段合理聯(lián)絡(luò)的接線方式;而對供電可靠性要求較高的增量配電網(wǎng)的高壓配電網(wǎng)則應(yīng)采用雙側(cè)電源鏈?zhǔn)浇泳€,中壓配電網(wǎng)則可選擇電纜雙環(huán)網(wǎng)、單環(huán)網(wǎng)結(jié)合的接線模式,甚至花瓣形、雙花瓣形等合環(huán)運行的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

      2.4 配電自動化

      配電自動化是提高配網(wǎng)管理水平以及供電可靠性和電能質(zhì)量,提升供電能力,實現(xiàn)配電網(wǎng)高效經(jīng)濟(jì)運行的重要手段。增量配電網(wǎng)建設(shè)時應(yīng)因地制宜,選取適當(dāng)?shù)呐潆娮詣踊渲梅桨浮╇娍煽啃院椭悄芑揭筝^高的增量配電網(wǎng),在關(guān)鍵節(jié)點宜配置“三遙”配電自動化裝置,并采用光纜作為電力通信的手段;而對于供電可靠性和智能化水平要求較低的增量配電網(wǎng),在關(guān)鍵節(jié)點宜配置“二遙”配電自動化裝置,可采用無線通信手段來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信傳輸。配電自動化裝置投資額一般僅占總投資的1%~2%,對配電價格的影響有限。

      3 案例分析

      3.1 增量配電網(wǎng)概況

      選取河北某地區(qū)增量配電網(wǎng)試點區(qū)進(jìn)行案例分析。規(guī)劃區(qū)內(nèi)的土地使用性質(zhì)分為居住、行政辦公、商業(yè)辦公、醫(yī)療、科研院校、居住配套、市政、學(xué)校、廣場等類型,規(guī)劃范圍總用地為1 228.43 ha,規(guī)劃建筑總量約為1 078.67萬m2。根據(jù)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果,該區(qū)域遠(yuǎn)期總負(fù)荷約383.6 MW,平均負(fù)荷密度為31.2 MW/km2。考慮該區(qū)域用戶均以10 kV接入電網(wǎng)。

      總體來看,該區(qū)域以居民負(fù)荷為主,而未來發(fā)展產(chǎn)業(yè)中第三產(chǎn)業(yè)比重較大,第二產(chǎn)業(yè)比重較少,并且主要為單位電量產(chǎn)值較高的高新服務(wù)業(yè)。參考一線城市居民用電和全國三次產(chǎn)業(yè)用電特點,最大負(fù)荷利用小時數(shù)取3 300 h。年用電量12.66億kW·h。區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較高,供電可靠率目標(biāo)值達(dá)到99.999%。

      3.2 增量配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模和投資估算

      依托220 kV變電站布點,110 kV電網(wǎng)構(gòu)建雙側(cè)電源鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。每個鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)含3~4座變電站,站內(nèi)單臺主變來自不同上級電源。遠(yuǎn)期高壓配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃地理接線見圖1。遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)4座4×50 MVA變電站,YJV-1×1 000 mm2電纜16.8 km,YJV-1×800 mm2電纜28.7 km。高壓配電網(wǎng)總投資47 040萬元。

      圖1 遠(yuǎn)期高壓配電網(wǎng)地理接線

      10 kV配電網(wǎng)采用單環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng),每個單環(huán)網(wǎng)掛接3座開關(guān)站,每個雙環(huán)網(wǎng)掛接6座開關(guān)站,開關(guān)站負(fù)荷按6 MW控制。遠(yuǎn)期10 kV配電網(wǎng)絡(luò)地理接線見圖2。遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)69座開關(guān)站,YJV-3×400 mm2電纜81.5 km,296座配電室考慮用戶出資建設(shè),投資不包含配電室進(jìn)線。中壓配電網(wǎng)總投資31 860萬元。規(guī)劃建設(shè)電力通道58.9 km,綜合管廊中電纜通道使用費用按3×7孔電力排管建設(shè)費用考慮,單價735萬元/km。電力通道總投資約43 291.5萬元。

      圖2 遠(yuǎn)期中壓配電網(wǎng)地理接線

      綜合上述高、中壓配電網(wǎng)規(guī)劃方案及主要道路電力通道規(guī)劃方案,得到增量配電網(wǎng)運營商在增量配電網(wǎng)規(guī)劃方案下的遠(yuǎn)期總投資CI約為12.2億元。

      3.3 增量配電價格估算

      電價測算假設(shè):①項目資本金按20%考慮,其余投資均考慮融資貸款,貸款利率4.9%,按季計息,貸款償還期暫定為20年,等額本息方式。②流動資金參考國家相關(guān)規(guī)定,暫按自有資金30%、短貸資金70%、短貸利率4.35%考慮。③折舊按20年考慮,殘值率5%,直線折舊法。④基準(zhǔn)收益率8%。⑤增值稅按現(xiàn)行財稅制度規(guī)定的17%計算,所得稅按25%、城市維護(hù)建設(shè)稅按7%、教育附加費按5%計算。⑥計算運行成本CO時,以固定資產(chǎn)為計算基數(shù)取材料費1%,其他費用取2.5%。⑦計算故障成本CF時,以固定資產(chǎn)為計算基數(shù)取修理費1.5%。⑧計算線損成本時,配電網(wǎng)線損率按5.5%計算。⑨計算缺電成本時,考慮該增量配電網(wǎng)供電率目標(biāo)值達(dá)到99.999%。

      根據(jù)核定的輸配電價,該區(qū)域增量配電網(wǎng)輸配電價為0.03元/(kW·h)。經(jīng)測算,該增量配電網(wǎng)10 kV用戶配電價格需要在核定價格的基礎(chǔ)上加價,以滿足增量配電網(wǎng)準(zhǔn)許成本加合理收益的要求。10 kV用戶配電價格:不考慮電力通道投資為0.133 0元/(kW·h)(居民用戶分?jǐn)偧觾r)、0.181 4元/(kW·h)(居民用戶不分?jǐn)偧觾r);考慮綜合管廊分?jǐn)傎M為0.189 5元/(kW·h)(居民用戶分?jǐn)偧觾r)、0.264 5元/(kW·h)(居民用戶不分?jǐn)偧觾r)。

      3.4 增量配電價格敏感性分析

      根據(jù)上文對影響增量配電價格主要技術(shù)因素的分析,通過滾動規(guī)劃、預(yù)留電網(wǎng)裕度等方法可盡可能消除負(fù)荷預(yù)測偏差的影響,配電自動化投資成本較小,影響有限。為分析用電量預(yù)測、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等因素對增量配電網(wǎng)價格影響的敏感性,在上述方案上進(jìn)行了進(jìn)一步研究。

      (1)用電量敏感性分析。電網(wǎng)建設(shè)完成后,如用戶用電量與預(yù)測值存在偏差,則會影響到增量配電網(wǎng)配電價格。分別測算用戶用電量0.8和1.2倍時的配電價格,預(yù)測結(jié)果見表2。從表2可知,用戶用電量對增量配電網(wǎng)用戶配電價格影響較大。因此,用電量預(yù)測時采用多種預(yù)測方式相互印證,可提高預(yù)測的準(zhǔn)確性,對降低增量配電網(wǎng)投資風(fēng)險尤為重要。

      表2 增量配電網(wǎng)10 kV用戶配電價格 元/(kW·h)

      (2)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。考慮降低電網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),10 kV電網(wǎng)采用單環(huán)網(wǎng)接線形式,開關(guān)站負(fù)荷按8 MW控制,最終建設(shè)10 kV開關(guān)站48座,10 kV線路長度57 km。經(jīng)測算,10 kV配電網(wǎng)投資將減少0.97億元,總投資約11.25億元。此情景下測算的配電價格:不考慮電力通道投資為0.120 4元/(kW·h)(居民用戶分?jǐn)偧觾r)、0.162 9元/(kW·h)(居民用戶不分?jǐn)偧觾r);考慮綜合管廊分?jǐn)傎M為0.176 9元/(kW·h)(居民用戶分?jǐn)偧觾r)、0.246 0元/(kW·h)(居民用戶不分?jǐn)偧觾r)。從結(jié)果可以看出,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對增量配電網(wǎng)配電價格有顯著影響。在進(jìn)行增量配電網(wǎng)規(guī)劃時,應(yīng)平衡配電網(wǎng)供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性,滿足增量配電網(wǎng)合理收益的需求。

      4 結(jié) 語

      本文提出的基于全壽命周期成本的配電價測算方法,能真實反映增量配電項目全壽命周期的成本,依據(jù)準(zhǔn)許成本加合理收益的原則測算出增量配電價格。負(fù)荷預(yù)測精度會影響增量配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃,實際工程中,可通過控制初期建設(shè)規(guī)模,預(yù)留發(fā)展裕度,滾動調(diào)整建設(shè)計劃等方法將風(fēng)險控制到最小。用電量預(yù)測、配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等因素會對配電價格產(chǎn)生顯著的影響,配電自動化因占總投資比例較小,對配電價格影響不大。為降低投資風(fēng)險,應(yīng)精細(xì)化增量配電網(wǎng)試點區(qū)域的用電量預(yù)測,因地制宜地選擇合適的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和配電自動化配置方案。

      對建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較高的區(qū)域在開展增量配電業(yè)務(wù)時,需單獨核定其配電價格,以保證其合理收益,激發(fā)社會資本的參與熱情。隨著電力體制改革的不斷深化,可進(jìn)一步深入研究增量配電業(yè)務(wù)對區(qū)域售電業(yè)務(wù)的影響。

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