分布式電源接入帶來的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)宏觀性評(píng)估

摘 要：文章提出了一種分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法，利用全社會(huì)用電量、平均單位容量成本等數(shù)據(jù)，宏觀評(píng)估電網(wǎng)改造成本增加、購電成本增加、售電市場(chǎng)份額減少、沉沒成本增加、線路網(wǎng)損增加等方面風(fēng)險(xiǎn)，并開展了某省分布式光伏發(fā)展接入的案例分析。

關(guān)鍵詞：分布式電源；經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)；宏觀評(píng)估

引言

分布式電源接入將帶來多方面經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，主要括電網(wǎng)改造成本增加、購電成本增加、售電市場(chǎng)份額減少、沉沒成本增加、線路網(wǎng)損增加等。一是改造成本。我國(guó)配電網(wǎng)多為輻射型結(jié)構(gòu)，分布式電源上網(wǎng)后，潮流不再單向流動(dòng)，這使得配電網(wǎng)的各種保護(hù)定值和機(jī)理發(fā)生根本變化，為適應(yīng)分布式電源接入需要，電網(wǎng)需要額外投資改造升級(jí)配電網(wǎng)保護(hù)裝置，確保電網(wǎng)安全運(yùn)行和用戶供電可靠性，由此產(chǎn)生電網(wǎng)改造成本，源于線路和變壓器的升級(jí)、保護(hù)裝置的更換等。二是購電成本。根據(jù)現(xiàn)有風(fēng)電、光伏上網(wǎng)電價(jià)政策，分布式可再生能源發(fā)電采用脫硫燃煤標(biāo)桿電價(jià)與電網(wǎng)企業(yè)結(jié)算，標(biāo)桿電價(jià)高于脫硫燃煤標(biāo)桿電價(jià)部分由可再生能源基金補(bǔ)貼，對(duì)公司購電成本影響不大。但是，對(duì)于水電較多的省份可能會(huì)增加購電成本。天然氣發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)政策目前仍不明確，國(guó)家僅原則提出天然氣發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)與煤電標(biāo)桿電價(jià)的差價(jià)由各地通過財(cái)政補(bǔ)貼等方式自行解決。三是售電市場(chǎng)份額。分布式電源多為自發(fā)自用類型，直接向用戶供電，將減少電網(wǎng)企業(yè)的售電量，降低電網(wǎng)企業(yè)銷售收入。四是沉沒成本。分布式電源接入供電容量充裕的區(qū)域或節(jié)點(diǎn)則可能導(dǎo)致原有供電容量長(zhǎng)期處于備用或閑置狀態(tài)，降低了供電設(shè)施利用率，產(chǎn)生沉沒成本，使原規(guī)劃方案的投資無法按期回收。五是網(wǎng)絡(luò)線損。分布式電源滲透率不高時(shí)將減少線路中輸送潮流，有利于減少降低輸配電損耗，但是隨著滲透率的提高，將頻繁出現(xiàn)反向潮流，如果反向潮流大于無分布式電源接入時(shí)的正向潮流，將使得輸配電損耗增加。總的來看，呈現(xiàn)倒U型分布。

目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展了一些分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的研究，但多數(shù)是針對(duì)某一個(gè)變電臺(tái)區(qū)開展研究，屬于微觀層面的研究。對(duì)于省市縣乃至全國(guó)層面的分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的研究，屬于宏觀層面問題，無法對(duì)所有的變電臺(tái)區(qū)進(jìn)行詳細(xì)微觀計(jì)算并加總。因此，目前微觀層面關(guān)于分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的研究方法并不適合宏觀層面省市縣乃至全國(guó)層面的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)研究，難以有效支撐宏觀決策。

文章提出了一種分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法，利用全社會(huì)用電量、平均單位容量成本等宏觀數(shù)據(jù)，分別對(duì)電網(wǎng)改造成本增加、購電成本增加、售電市場(chǎng)份額減少、沉沒成本增加、線路網(wǎng)損增加等方面風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算。

1 分布式電源接入的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

文章建立了分布式電源接入帶來的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，并給出各個(gè)定量指標(biāo)的計(jì)算方法。

1.1 電網(wǎng)改造成本風(fēng)險(xiǎn)

電網(wǎng)改造成本影響因素主要有項(xiàng)目裝機(jī)容量和電源類型組成。項(xiàng)目裝機(jī)容量越大，通常引起的電網(wǎng)改造成本越大。從電源技術(shù)類型來看，由于電壓越限和電流過載的問題主要和上網(wǎng)功率大小有關(guān)，因此，旋轉(zhuǎn)電機(jī)類型和電力電子裝置類型分布式電源都能引起電壓越限和電流過載的問題。但是，由于電力電子裝置類型分布式電源采用逆變器類型并網(wǎng)，短路電流通常不會(huì)超過額定輸出電流的1.2倍，難以引起短路電流過大問題。旋轉(zhuǎn)電機(jī)類型分布式電源在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)短路電流可達(dá)到額定電流的5-8倍，對(duì)電力系統(tǒng)的短路電流水平影響較大，增加斷路器這方面的改造成本。一般來說，分布式天然氣供電系統(tǒng)接入引起的電網(wǎng)改造成本要大于分布式光伏供電系統(tǒng)。

從宏觀上來看，對(duì)于電網(wǎng)改造成本的測(cè)算首先需要得到單位容量引起的電網(wǎng)改造成本投入。本文基于大量分布式電源項(xiàng)目的改造成本統(tǒng)計(jì)，對(duì)單位容量分布式電源項(xiàng)目引起的改造成本進(jìn)行研究。

對(duì)于分布式天然氣等旋轉(zhuǎn)電機(jī)類型分布式電源：根據(jù)不同接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案下的單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接網(wǎng)成本，分布式天然氣發(fā)電電網(wǎng)側(cè)單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接網(wǎng)成本約為3-20萬元。除光伏發(fā)電之外的分布式電源均為旋轉(zhuǎn)電機(jī)類型分布式電源，接網(wǎng)配置和分布式天然氣發(fā)電類似。根據(jù)目前旋轉(zhuǎn)電機(jī)類型分布式電源接入方式的比例進(jìn)行測(cè)算，電網(wǎng)側(cè)接網(wǎng)成本約為35-50元/kW。

對(duì)于分布式光伏發(fā)電等逆變器類型分布式電源：根據(jù)不同接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案下的單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接網(wǎng)成本，分布式光伏發(fā)電電網(wǎng)側(cè)單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接網(wǎng)成本約為2-18萬元。根據(jù)目前分布式光伏發(fā)電接入方式的比例進(jìn)行測(cè)算，電網(wǎng)側(cè)接網(wǎng)成本約為26-38元/kW。

根據(jù)上述分析，得出電網(wǎng)改造成本的計(jì)算公式，如下：

（1）

式中，Cr表示電網(wǎng)改造成本，i表示分布式電源類型，分別表示逆變器類型電源和電機(jī)類分布式電源，Capi表示第i種類型分布式電源的裝機(jī)容量，Cpi表示第i種類型分布式電源的單位裝機(jī)容量的改造成本。

進(jìn)行歸一化處理，將分布式電源接入引起的電網(wǎng)改造成本除以整個(gè)電網(wǎng)的投資成本，得到電網(wǎng)改造成本占比。

（2）

式中，indexcr表示電網(wǎng)改造成本占比，Cr-all表示電網(wǎng)總投資成本。

1.2 購電成本風(fēng)險(xiǎn)

分布式電源接入將引起單位電量購電成本的改變，可按照各類型分布式電源上網(wǎng)電量和價(jià)值之積，然后再除以所有上網(wǎng)電量得到，計(jì)算式如下：

式中，Cb表示單位電量平均購電成本，i表示分布式電源類型，分別表示分布式光伏、分布式天然氣發(fā)電、分散式風(fēng)電等，n表示分布式電源類型種類，Ei表示第i種類型分布式電源的上網(wǎng)電量，Cbi表示第i種類型分布式電源上網(wǎng)電量的購電價(jià)格。

進(jìn)行歸一化處理，將分布式電源接入引起的單位電量平均購電成本除以目前平均購電成本，得到單位電量平均購電成本變比，具體計(jì)算公式如下：

（4）

式中，indexcb表示單位電量平均購電成本變比，Cb-now表示整個(gè)電網(wǎng)目前平均購電成本。

1.3 售電市場(chǎng)份額風(fēng)險(xiǎn)

售電市場(chǎng)主要是指分布式電源自用電量占用整個(gè)售電市場(chǎng)的比例表示，具體計(jì)算式如下：

（5）

式中，indexEsell表示自用電量占用整個(gè)售電市場(chǎng)的比例，Edg表示分布式電源自用電量；Esell-all表示整個(gè)售電市場(chǎng)的電量。

1.4 沉沒成本風(fēng)險(xiǎn)

沉沒成本和分布式電源接入引起的資產(chǎn)利用率有關(guān)。資產(chǎn)利用率按照分布式電源接入減少的網(wǎng)供負(fù)荷和電網(wǎng)容量占比來表示，具體計(jì)算式如下：

（6）

式中，indexc-cap表示分布式電源接入減少的網(wǎng)供負(fù)荷和電網(wǎng)容量占比，Capdg表示分布式電源接入減少的網(wǎng)供負(fù)荷，這個(gè)數(shù)值并不是簡(jiǎn)單的分布式電源裝機(jī)容量，也不是分布式電源發(fā)電出力的峰值，而需要考慮對(duì)電網(wǎng)峰值負(fù)荷的時(shí)間重合度。Capgrid表示電網(wǎng)容量。

將資產(chǎn)利用率乘以電網(wǎng)所有投資成本，得到沉沒成本，具體計(jì)算公式如下：

式中，Pcon表示分布式電源接入引起的沉沒成本。

1.5 線損風(fēng)險(xiǎn)

假定分布式電源接入之后其他用電量的線損比例不變，則分布式電源接入引起的全網(wǎng)線損變化主要表現(xiàn)在分布式電源的自用電量減少了線損，具體計(jì)算式如下：

（8）

式中，indexploss表示分布式電源接入之后引起的線損變化，Ege表示分布式電源之外的所有電源的發(fā)電量，Eimport表示該省從外部購入電量，Edg表示各種類型分布式電源的發(fā)電電量，Pself表分布式電源發(fā)電量的自用比例。

2 某省分布式光伏接入影響案例分析

2.1 2020年某省電網(wǎng)和分布式光伏發(fā)展情況

2.1.1 2020年電網(wǎng)發(fā)展情況

2020年，全省全社會(huì)用電量和最高用電負(fù)荷將分別達(dá)到6800億kWh和12150萬kW。2016-2020年全省全社會(huì)用電量和最高用電負(fù)荷均增長(zhǎng)率分別為3.96%和5.04%。

依據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，充分考慮220kV、110（66）kV電網(wǎng)直供負(fù)荷、220kV直降35kV供電負(fù)荷、35kV及以下電源等因素，在量化分析“十一五”相關(guān)歷史數(shù)據(jù)及其變化率的基礎(chǔ)上，分析預(yù)測(cè)2020年110（66）kV公用電網(wǎng)供電負(fù)荷81759MW，35kV公用電網(wǎng)供電負(fù)荷為7302MW，10kV網(wǎng)供負(fù)荷為43165MW。

2.1.2 2020年分布式光伏發(fā)展情況

根據(jù)資源稟賦情況，“十二五”期間將在落實(shí)常規(guī)資源輸入的同時(shí)，加大本省新能源的利用力度，預(yù)計(jì)2020年分布式光伏發(fā)展規(guī)模為729萬千瓦。

2.2 分布式光伏接入對(duì)電網(wǎng)企業(yè)的影響

2.2.1 對(duì)改造成本的影響

結(jié)合2020年光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)模預(yù)測(cè)的結(jié)果，全省在2020年前需累計(jì)投入接網(wǎng)成本約1.9-2.8億元。根據(jù)“十三五”規(guī)劃的工程總量，依據(jù)各種輸變電設(shè)備綜合造價(jià)，進(jìn)行配電網(wǎng)建設(shè)靜態(tài)投資估算，2015-2020年期間全省公用配電網(wǎng)建設(shè)改造總投資約1052.79億元。因此，分布式光伏接入引起的電網(wǎng)改造成本占比為接近3‰。

2.2.2 對(duì)購電成本的影響

根據(jù)現(xiàn)有光伏上網(wǎng)電價(jià)政策，采用脫硫燃煤標(biāo)桿電價(jià)與電網(wǎng)企業(yè)結(jié)算，標(biāo)桿電價(jià)高于脫硫燃煤標(biāo)桿電價(jià)部分由可再生能源基金補(bǔ)貼。該省電網(wǎng)企業(yè)購電成本基本和當(dāng)?shù)孛摿蛉济簷C(jī)組標(biāo)桿電價(jià)差不多，因此，對(duì)公司購電成本影響不大。

2.2.3 對(duì)售電市場(chǎng)份額的影響

按照分布式光伏1000小時(shí)計(jì)算，2020年全年發(fā)電量72.9億千瓦時(shí)，按照90%自用比例測(cè)算，分布式光伏自用電量65.61千瓦時(shí)。綜合看，分布式光伏發(fā)電影響售電市場(chǎng)份額為1%。

2.2.4 帶來的沉沒成本

按照分布式光伏對(duì)網(wǎng)供負(fù)荷的影響為10%測(cè)算，則影響2020年網(wǎng)供負(fù)荷73萬千瓦。根據(jù)預(yù)測(cè)，2020年，全省網(wǎng)供負(fù)荷為13222萬千瓦。則分布式光伏影響網(wǎng)供負(fù)荷占全省網(wǎng)供負(fù)荷的0.55%。由此帶來的沉沒成本為5.8億元。

2.2.5 對(duì)網(wǎng)損的影響

按照分布式光伏1000小時(shí)計(jì)算，2020年全年發(fā)電量72.9億千瓦時(shí)，按照90%自用比例測(cè)算，分布式光伏上網(wǎng)電量7.29千瓦時(shí)。綜合來看，對(duì)網(wǎng)損影響變化比為99%。

3 結(jié)束語

文章提出的分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法，可有效解決現(xiàn)有相關(guān)研究偏微觀、難以支撐宏觀決策等問題。通過典型省份案例分析顯示，分布式光伏接入所帶來的影響需要重點(diǎn)關(guān)注改造成本和沉沒成本。

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