基于全壽命周期成本的增量配電價格測算

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。