高 博，孫永超,羊 靜

(1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司，江蘇 南京 210024；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072；3.國(guó)網(wǎng)四川節(jié)能服務(wù)有限公司，四川 成都 610021)

清潔能源跨省跨區(qū)消納交易機(jī)制可行性及效益分析

高 博1，孫永超2,羊 靜3

(1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司，江蘇 南京 210024；2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072；3.國(guó)網(wǎng)四川節(jié)能服務(wù)有限公司，四川 成都 610021)

近年來，中國(guó)環(huán)境治理和能源供給形勢(shì)依然嚴(yán)峻。發(fā)展清潔能源和能源合理配置是緩解目前環(huán)境能源嚴(yán)峻形勢(shì)的戰(zhàn)略措施。然而目前由于中國(guó)步入經(jīng)濟(jì)新常態(tài)，電力需求放緩，清潔能源裝機(jī)仍保持較快增長(zhǎng)，“三北”地區(qū)可再生能源消納及棄風(fēng)棄光問題愈加嚴(yán)重。在新一輪電改快速推進(jìn)的背景下，完善清潔能源跨省跨區(qū)消納和交易機(jī)制，提高受端地區(qū)接納清潔能源的積極性是近期緩解“棄風(fēng)棄光”問題的主要措施。提出了通過跨區(qū)發(fā)電權(quán)交易將省內(nèi)機(jī)組部分基數(shù)電量計(jì)劃以一定價(jià)格轉(zhuǎn)讓給西部電廠發(fā)電的新機(jī)制，得出了該機(jī)制下實(shí)現(xiàn)交易主體經(jīng)濟(jì)共贏的條件。并從西部裝機(jī)現(xiàn)狀、交易通道和可交易量三方面深入分析了該交易機(jī)制的可行性。最后以華東某火電廠和西北某新能源電廠為例，從交易方式和收益分析等方面進(jìn)行了算例分析，分析結(jié)果表明該機(jī)制在滿足共贏條件下能實(shí)現(xiàn)交易主體在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益上的雙共贏。

清潔能源；跨省跨區(qū)消納；交易機(jī)制；交易通道；交易模擬

0 引 言

中國(guó)長(zhǎng)期存在能源資源分布和能源需求不均衡的問題，能源資源主要分布于北部和西部，用電需求則集中于東部、南部。發(fā)展清潔能源，實(shí)現(xiàn)能源資源大范圍配置是實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源戰(zhàn)略，助力經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要。與此同時(shí)，近年來，中東部地區(qū)霧霾等環(huán)境問題突出，國(guó)家高度重視，要求加快重點(diǎn)輸電通道建設(shè)，加大向重點(diǎn)區(qū)域跨區(qū)送電規(guī)模，緩解人口稠密地區(qū)大氣污染防治壓力[1]。另一方面，隨著中國(guó)步入經(jīng)濟(jì)新常態(tài)，電力需求持續(xù)放緩，清潔能源裝機(jī)仍保持高速發(fā)展，東北、華北、西北這些“三北”地區(qū)的可再生能源消納及棄風(fēng)棄光問題愈加嚴(yán)重；同時(shí)，受端地區(qū)用電增速的放緩趨穩(wěn)，地方機(jī)組裝機(jī)規(guī)模的繼續(xù)增長(zhǎng)，區(qū)外來電對(duì)地方機(jī)組發(fā)電利用小時(shí)、電廠效益等帶來一定影響。

綜合以上因素，在目前的市場(chǎng)環(huán)境下，探索創(chuàng)新交易機(jī)制，積極爭(zhēng)取政策支持，利用市場(chǎng)化手段化解區(qū)外來電消納與地方電廠效益的矛盾，協(xié)調(diào)清潔發(fā)展與穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)系，將可能成為滿足各方重點(diǎn)關(guān)切與合理利益，綜合實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)有效途徑。因此在新一輪電改快速推進(jìn)的背景下，完善清潔能源跨省跨區(qū)消納和交易機(jī)制，不僅能夠促進(jìn)“三北”地區(qū)清潔能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，還能提高受端地區(qū)接納清潔能源的積極性。

基于對(duì)電力市場(chǎng)主體走訪和調(diào)研，提出了通過跨區(qū)發(fā)電權(quán)交易，將省內(nèi)機(jī)組部分基數(shù)電量計(jì)劃以一定價(jià)格轉(zhuǎn)讓給西部電廠發(fā)電的交易機(jī)制，從而在實(shí)現(xiàn)大資源優(yōu)化配置的同時(shí)，保證省內(nèi)電廠的經(jīng)濟(jì)效益[2-3]。下面首先介紹了清潔能源跨區(qū)、跨省消納的新機(jī)制，并在分析跨省交易的基礎(chǔ)上，從網(wǎng)、源兩方面即清潔能源西部裝機(jī)現(xiàn)狀和跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線通道建設(shè)情況的基礎(chǔ)上，探討了交易機(jī)制的可行性。最后以實(shí)際電廠為例，從交易方式、交易組織、交易價(jià)格、結(jié)算方式和收益分析等方面進(jìn)行了交易模擬，模擬結(jié)果表明該機(jī)制能同時(shí)保證清潔資源優(yōu)化配置和受端電廠經(jīng)濟(jì)效益。

1 清潔能源跨省跨區(qū)消納交易機(jī)制

清潔能源跨省跨區(qū)消納交易機(jī)制涉及到東部化石能源發(fā)電廠、西部清潔能源電廠、電網(wǎng)公司、政府4個(gè)主體。其交易機(jī)制如圖1所示。

圖1 清潔能源跨區(qū)跨省消納交易機(jī)制

如圖1所示，清潔能源跨省跨區(qū)消納交易機(jī)制的核心是在電網(wǎng)公司安全校核前提下[4-5]，東部化石能源電廠將部分基本電量指標(biāo)轉(zhuǎn)移給西部清潔能源電廠，以實(shí)現(xiàn)清潔能源跨省跨區(qū)消納。

而轉(zhuǎn)移的電量中涉及的費(fèi)用流動(dòng)關(guān)系，可表述如下：

1)電網(wǎng)公司依然按照上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)，向東部化石能源電廠支付上網(wǎng)費(fèi)用；

2)東部化石能源電廠根據(jù)雙方協(xié)商結(jié)果，向西部清潔能源電廠支付電量上網(wǎng)費(fèi)用(稱為替代費(fèi)用)；

3)由于電量跨區(qū)遠(yuǎn)距離輸送而產(chǎn)生的過網(wǎng)費(fèi)用及線損由西部清潔能源電廠承擔(dān)；

4)東部化石能源電廠、西部清潔能源電廠按照相關(guān)規(guī)定向政府交納相應(yīng)稅金。

由此可見，轉(zhuǎn)移電量WT后，東部化石能源電廠獲得的稅前收益為

EproA=(Pg2A-PA2B)WT

(1)

式中：EproA為東部化石能源電廠在轉(zhuǎn)移電量后產(chǎn)生的利潤(rùn)；Pg2A為上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)；PA2B為替代電價(jià)。

而西部清潔能源電廠獲得的稅前收益為

EproB=(PA2B-PcostB-Pnet)WT

(2)

式中：PcostB為西部清潔能源電廠每度電的成本；Pnet為過網(wǎng)費(fèi)及線損[6-8]。

電廠繳納17%的增值稅。東部、西部地區(qū)政府獲得稅收PrateA及PrateB分別達(dá)到

PrateA=EproA×17%

(3)

PrateB=EproB×17%

(4)

如果不進(jìn)行電量轉(zhuǎn)移，則東部化石能源電廠獲得的稅前收益為

(4)

而在此情況下，西部清潔能源電廠獲得的稅前收益為

(5)

(6)

為了實(shí)現(xiàn)新機(jī)制下各方經(jīng)濟(jì)共贏，需要滿足

(7)

聯(lián)立求解以上各式，可以得到實(shí)現(xiàn)各方經(jīng)濟(jì)共贏的條件為

PcostB+Pnet

(8)

除此之外，新機(jī)制還將帶來極大的社會(huì)效益[9]。由于開展跨省跨區(qū)替代交易，消納西部清潔能源，變輸煤為輸電，與國(guó)家整體能源戰(zhàn)略相一致，能夠在更大范圍內(nèi)優(yōu)化配置資源，為華東地區(qū)提升減排績(jī)效創(chuàng)造條件與基礎(chǔ)，緩解東部人口稠密地區(qū)大氣污染防治壓力。

2 機(jī)制可行性研究

長(zhǎng)距離大容量電能傳輸是目前清潔能源跨省消納的主要方式，集中的大容量清潔能源電廠更利于長(zhǎng)距離大容量電能傳輸，因此清潔能源跨省跨區(qū)交易的可行性分析主要包括西部裝機(jī)現(xiàn)狀、交易通道和可交易量。

2.1 裝機(jī)規(guī)模及電廠分布

目前在西部省份(甘肅、寧夏、內(nèi)蒙、新疆、青海)裝機(jī)規(guī)模較大的有華能、國(guó)電、華電、大唐等發(fā)電集團(tuán)，總裝機(jī)容量均超過15 000 MW，而華潤(rùn)、神華等發(fā)電集團(tuán)裝機(jī)較小，總裝機(jī)容量均小于5 000 MW。

2.1.1 風(fēng)、光新能源

風(fēng)、光新能源裝機(jī)主要分布于甘肅、寧夏、內(nèi)蒙、新疆等省份，其中風(fēng)電容量較大，上述幾大集團(tuán)裝機(jī)總?cè)萘考s28 200 MW；光伏容量較小，總?cè)萘考s3 500 MW。各集團(tuán)裝機(jī)比較分散，在單個(gè)省裝機(jī)不超過2 000 MW。

2.1.2 火電

火電主要分布于甘肅、寧夏、內(nèi)蒙、新疆等地，基本都是燃煤發(fā)電。各集團(tuán)在青海裝機(jī)很小。

綜上所述，由于西北地區(qū)風(fēng)電大規(guī)模裝機(jī)，所以在能源跨省跨區(qū)交易中，風(fēng)電具有較強(qiáng)的可行性。

2.2 交易通道分析

清潔能源跨省跨區(qū)交易通道依托于跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線，目前的跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線建設(shè)現(xiàn)狀如圖2所示。

根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)架，西北電網(wǎng)(甘肅、寧夏、新疆)向華東負(fù)荷中心送電，可通過德寶直流、靈寶背靠背直流等通道從西北電網(wǎng)送電至華中電網(wǎng)(西南省份隸屬華中電網(wǎng))，再通過錦蘇特高壓直流、龍政直流等通道送電至華東電網(wǎng)。

由于高壓直流通道輸送水電的高峰均在每年的6月初到10月末，而西部風(fēng)電資源的良好風(fēng)況出現(xiàn)在每年的春、秋二季，具有較好的時(shí)間差效益，這對(duì)于有效利用高壓通道資源，開展跨省跨區(qū)新能源替代火電，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰輸電、電源互濟(jì)非常有利。

與此同時(shí)，可以看到若內(nèi)蒙向華東負(fù)荷中心送電，需先從蒙東/蒙西電網(wǎng)送電至華北電網(wǎng)，再從華北電網(wǎng)送電至華中電網(wǎng)，最后從華中電網(wǎng)送電至華東電網(wǎng)，跨越區(qū)域電網(wǎng)較多，送電經(jīng)濟(jì)性較低，暫不考慮。

圖2 跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線通道示意圖

2.3 可交易量分析

按照風(fēng)電、光伏平均每月的總利用小時(shí)在130 h左右測(cè)算，幾家西部裝機(jī)較大發(fā)電集團(tuán)在上述省份風(fēng)、光總裝機(jī)容量均在6～10 GW之間，每月可交易量上限約在800～1 300 GWh(按裝機(jī)容量×月平均利用小時(shí)預(yù)計(jì))。

各集團(tuán)在上述省份裝機(jī)較為分散，單個(gè)省份裝機(jī)容量基本不超過2 GW，若以省為單位考慮(因許多集團(tuán)的子公司或分公司管理范圍在單個(gè)省)，幾家西部裝機(jī)較大發(fā)電集團(tuán)每月可交易量上限不超過260 GWh(2 GW×130 h，相當(dāng)于平均負(fù)荷360 MW，此負(fù)荷水平對(duì)省內(nèi)電力平衡影響不大)。幾家規(guī)模較大發(fā)電集團(tuán)在上述省份火電裝機(jī)總量在12～24 GW之間，可交易空間均較大。

3 算例分析

以華東某火電廠與西北某新能源電廠為例，模擬跨省跨區(qū)風(fēng)火替代交易。

3.1 電廠情況介紹

華東某火電廠(以下簡(jiǎn)稱“A火電廠”)現(xiàn)有火電裝機(jī)1 320 MW(4臺(tái)330 MW)。同集團(tuán)在西北某省擁有全資子公司B風(fēng)力發(fā)電公司(以下簡(jiǎn)稱“B風(fēng)電廠”)，已建成風(fēng)電裝機(jī)1 000 MW。

按照320 g/kWh煤耗，煤炭入廠標(biāo)煤電價(jià)570元/噸(含稅)測(cè)算，發(fā)電燃料變動(dòng)成本為0.182 元/kWh(含稅)，再考慮環(huán)保等成本(按照0.018 元/kWh測(cè)算)，A火電廠發(fā)電邊際成本約0.2 元/kWh。

而B風(fēng)電場(chǎng)由于采用可再生能源發(fā)電，發(fā)電成本較低約為0.02 元/kWh，考慮跨省、跨區(qū)輸電費(fèi)用及線損暫按0.10 元/kWh考慮，B風(fēng)電廠生產(chǎn)每度電承擔(dān)的成本約為0.12 元/kWh，小于A火電廠生產(chǎn)成本。根據(jù)，當(dāng)替代電價(jià)

0.12

(9)

時(shí)，新機(jī)制下華東火電廠、西北清潔能源電廠和政府多個(gè)主體均能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的共贏。

3.2 交易方式

根據(jù)政府年度發(fā)電計(jì)劃，A電廠年度交易電量為800 GWh，標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)為0.378元/kWh。

現(xiàn)根據(jù)協(xié)商將其330 MW火電機(jī)組的部分基本電量指標(biāo)，約100 GWh轉(zhuǎn)移至B風(fēng)電場(chǎng)，以可再生的風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)跨省跨區(qū)替代。

A火電廠將其330 MW火電機(jī)組的部分基本電量指標(biāo)(標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)為0.378元/kWh、年度交易電量100 GWh)轉(zhuǎn)移至B風(fēng)電廠以可再生的風(fēng)電能源跨省跨區(qū)替代。替代價(jià)格經(jīng)A火電廠與B風(fēng)電廠自行協(xié)商[10-11]，暫定為0.15元/kWh，滿足式(9)要求。

具體發(fā)電計(jì)劃交易月度安排則由電網(wǎng)公司根據(jù)A火電廠300 MW機(jī)組運(yùn)行方式需要、輸電通道裕度，安全校核等綜合考慮，盡量避開豐水期水電滿發(fā)時(shí)段(6～10月)。

3.3 電廠收益分析及納稅分析

3.3.1 電廠收益分析

根據(jù)3.1節(jié)提供的條件，可以估算出當(dāng)A電廠將100 GWh電量轉(zhuǎn)移給B電廠后，兩個(gè)廠的稅前收益為

EproA=2 280 萬元
EproB=300 萬元

(10)

而如果100 GWh電量由A廠自行生產(chǎn)，兩個(gè)廠的稅前收益為

(11)

對(duì)比式(10)和式(11)可知，采用新機(jī)制后A、B兩廠的收益均較舊機(jī)制有了明顯增加。

3.3.2 電廠納稅分析

根據(jù)3.1節(jié)提供的條件，可以估算出當(dāng)A電廠將100 GWh電量轉(zhuǎn)移給B電廠后，兩個(gè)廠的納稅額為

PrateA=387.6 萬元
PrateB=51 萬元

(12)

而如果100 GWh電量由A廠自行生產(chǎn)，兩個(gè)廠的納稅額為

(13)

可見，只要A火電廠的替代收益不低于其自己發(fā)電的邊際成本，則納稅額不會(huì)減少，甚至可能增加，這與之前的分析相同。

4 結(jié) 論

前面提出了一種新的清潔能源跨省跨區(qū)消納交易機(jī)制，在電網(wǎng)公司安全校核的前提下，東部化石能源電廠將部分基本電量指標(biāo)轉(zhuǎn)移給西部清潔能源電廠，以實(shí)現(xiàn)清潔能源跨省跨區(qū)消納。在該機(jī)制中，電網(wǎng)公司按照上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)，向東部化石能源電廠支付上網(wǎng)費(fèi)用；東部化石能源電廠根據(jù)雙方協(xié)商結(jié)果，向西部清潔能源電廠支付電量替代費(fèi)用；而由于電量跨省跨區(qū)遠(yuǎn)距離輸送而產(chǎn)生的過網(wǎng)費(fèi)用及線損由西部清潔能源電廠承擔(dān)。

分析結(jié)論表明，當(dāng)替代電價(jià)高于清潔能源電廠發(fā)電成本及過網(wǎng)費(fèi)、線損總和，并且小于化石能源電廠發(fā)電邊際成本時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)新機(jī)制下東部化石能源發(fā)電廠、西部清潔能源電廠、政府多個(gè)主體在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益上的共贏。

由于這里僅考慮了跨區(qū)發(fā)電權(quán)交易這一機(jī)制的可行性，并未對(duì)價(jià)格機(jī)制進(jìn)行深入研究。

[1] 李春曦, 王佳, 葉學(xué)民, 等.中國(guó)新能源發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J]. 電力科學(xué)與工程, 2012(4):1-8.

[2] 尚金成. 基于節(jié)能減排的發(fā)電權(quán)交易理論及應(yīng)用:(一)發(fā)電權(quán)交易理論[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2009, 33(12):46-52.

[3] 尚金成. 基于節(jié)能減排的發(fā)電權(quán)交易理論及應(yīng)用: (二)發(fā)電權(quán)交易應(yīng)用分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2009, 33(13):37-42.

[4] 王雁凌, 邱小燕, 許傳龍. 以節(jié)能降耗為目標(biāo)的發(fā)電權(quán)交易阻塞管理模型[J].電網(wǎng)技術(shù), 2012, 36(6):272-276.

[5] 楊胡萍, 左士偉, 陳歡. 碳排放約束下考慮靜態(tài)電壓穩(wěn)定的發(fā)電權(quán)交易優(yōu)化[J].電網(wǎng)技術(shù), 2014, 38(11):3011-3015.

[6] 張粒子, 王楠, 趙新,等. 發(fā)電權(quán)交易網(wǎng)損補(bǔ)償問題剖析[J].電網(wǎng)技術(shù),2011,35(3):200-204.

[7] 黃大為, 劉志向, 楊春雨, 等. 計(jì)及網(wǎng)損成本的發(fā)電權(quán)交易模式[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2010, 34(5):38-42.

[8] 張粒子, 王楠, 周娜, 等.邊際出清機(jī)制下區(qū)域發(fā)電權(quán)交易網(wǎng)損補(bǔ)償方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2011, 35(15):58-63.

[9] 鄭欣, 蔣傳文, 李磊, 等.基于能耗和效益最優(yōu)的發(fā)電權(quán)節(jié)能降耗分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2008,32(24):39-42.

[10] 張午陽. 發(fā)電權(quán)轉(zhuǎn)讓交易中的博弈行為的研究[J].華中電力,2005, 18(6): 1-4.

[11] 莫莉, 周建中, 李清清, 等. 基于委托代理模型的發(fā)電權(quán)交易模式[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2008, 32(2): 30-34.

In recent years, the situation of environment treatment and energy supply are still severe in China. Developing clean energy and disposing energy properly are strategic measures to alleviate the serious condition of energy and environment. But due to the new circumstances of economy in China, the demand of electricity has slowed down. However the capacity of clean energy has maintained rapid growth, the consumption of renewable energy in "three north" area has become a problem and the abandon of wind and solar power is more serious in China. In the new round of power system reform, it is important to complete trans-provincial and trans-regional consumption and transaction mechanism of clean energy to stimulate the initiative of receiving power grid to consume clean energy, which will solve the serious problem mentioned above. A new transaction mechanism is proposed which is to transfer certain capacity of base power generation plan from local power plan to western power plan at certain price through trans-regional generation right trade. The condition for transaction subjects to achieve win-win is obtained. Further the feasibility of transaction is studied deeply as viewed from western power generation installation status, transaction channel and potential transaction capacity. Taking some thermal power plants in East China and some new energy power plants in northwestern area for example, transaction simulation is carried out in transaction pattern, benefit analysis and so on. The results of transaction simulation show that the mechanism can achieve win-win of all transaction subjects in both economic benefits and social benefits under the condition mentioned above.

clean energy; trans-provincial and trans-regional consumption; transaction mechanism; transaction channel; transaction simulation

TM7

A

1003-6954(2017)03-0082-04

2017-02-13)