游沛羽，張 艷，佟宇梁，魏 楠

（國網經濟技術研究院有限公司，北京 102209）

0 引言

隨著電源及負荷的發(fā)展，電力作為清潔、高效的二次能源，大規(guī)模、大范圍的優(yōu)化配置是必然趨勢。考慮世界各地資源稟賦，跨國互聯(lián)電網的規(guī)模逐步擴大[1]。文獻[2]回顧了世界大型電網的發(fā)展歷程，指出由于電力送出需求和電力需求，電網互聯(lián)規(guī)模的擴大，電壓等級的提升是不可逆轉的趨勢。

對于跨國、跨洲互聯(lián)電網，以往已做過一定研究。文獻[3-7]研究了亞歐洲際輸電通道凈送出國家外送潛力、意愿及方案的技術、經濟可行性。其中文獻[6]僅研究了單股電力流由單個直流通道輸送的洲際輸電方案的電價競爭力、資本金內部收益率、自有資金內部收益率，沒有考慮未來的跨國互聯(lián)電網的網架、電力流的多向性。文獻[8]研究了亞洲互聯(lián)電網未來可能存在的3類構建模式。

文獻[9]指明了交流電網的投資分攤方法——成本對應法。該方法僅考慮了輸電通道靜態(tài)投資的分攤方法，未考慮運行維護費用、損耗費用、輸電走廊土地貶值費用的分攤方式。以上4類費用組成了方案的總費用[10]。原先的靜態(tài)投資分攤方法未考慮工程的擴建及技術改造，亦未考慮逐年電力流的多向性及變化，包括大小、最大功率利用小時數(shù)及路徑的變化。

關于電網固定成本分攤問題，文獻[11-14]已做過一定研究。均未針對各類年費用的分攤做過研究，其分攤靜態(tài)投資的主要目的是確定分攤的輸電價。分攤基于具體的潮流計算數(shù)據及結果，受具體運行方式影響大。在推進跨國互聯(lián)電網的過程中，在缺少部分國家的自身電網負荷、結構數(shù)據時，基于以上4個文獻的分攤跨國互聯(lián)電網固定成本的方法缺乏可行性。

在比選跨國互聯(lián)電網方案時，總成本的比較是決定性因素之一?？偝杀究梢砸再M用現(xiàn)值表示，包括靜態(tài)投資、運行維護費用、損耗費用、輸電走廊土地貶值費用。總費用現(xiàn)值最低的方案是全局最優(yōu)方案，而不一定是各受端費用現(xiàn)值均為最低的方案?？鐕斪冸姽こ痰馁M用分攤影響各國參與建設的意愿，凈受電越多的國家，分擔的費用應該越多。因此，需要進一步探究跨國互聯(lián)電網的成本分攤問題，提出一種公平分攤4類費用至各個參與國家的成本分攤方法。

跨國互聯(lián)電網涉及的國家，單位靜態(tài)投資、生命周期、財稅制度、運行維護費率等因素，存在一定的差異?；谖磥砜鐕ヂ?lián)電網的電力流向及其可能的變化，本文提出了一種適合跨國互聯(lián)電網的靜態(tài)投資、運行維護費用、損耗費用、輸電走廊土地貶值費用的分攤方式。

1 跨國互聯(lián)電網的成本分攤模型

1.1 分攤跨國互聯(lián)電網各類成本中存在的問題

工程不同區(qū)段生命周期存在差異?？鐕ヂ?lián)電網方案由多個輸變電工程組成。工程處于不同國串聯(lián)區(qū)段的生命周期與政治、技術、經濟等方面的因素有關。確定工程生命周期時，不應考慮工程的接續(xù)性，以最短的串聯(lián)區(qū)段生命周期作為工程生命周期。

分攤年值而非現(xiàn)值。當逐年電力流發(fā)生變化時，各區(qū)域送出或受入電量的比例亦發(fā)生變化。因此，每年靜態(tài)投資的分攤比例不同。分攤靜態(tài)投資的年值，再將分攤后的費用年值折算為現(xiàn)值，比分攤其現(xiàn)值更客觀地體現(xiàn)了逐年分攤比例的變化。對運行維護費用、輸電走廊土地貶值費用的分攤，亦應考慮該問題。

損耗費用年值應由各電力流受端承擔。當逐年電力流發(fā)生變化時，產生的損耗費用年值亦不同。應以年值的形式體現(xiàn)損耗費用，并將其分攤至各受端。

1.2 跨國互聯(lián)電網的成本分攤方法

討論跨國互聯(lián)電網的各類成本年值及現(xiàn)值的分攤、計算方法。考慮電力流的路徑與輸電通道的相關性，以凈送出和凈消納電量為基礎。

參與跨國互聯(lián)電網的國家，建設配套輸變電工程，以增強本國家電網電力配置、轉送能力和安全穩(wěn)定性。配套輸變電工程主要包括跨國互聯(lián)電網工程；本國的既有電網和跨國互聯(lián)電網銜接的輸變電工程。本文研究的成本分攤即為前述配套輸變電工程的成本分攤。

1.2.1 成本分攤的思路

凈送出國家，若不考慮資源輸出效益，地區(qū)電網無聯(lián)網需求；凈消納國家，一般環(huán)保要求高，很難滿足負荷發(fā)展需求，需要大量消納外來電力，其對跨國互聯(lián)電網的需求較凈送出國家更強烈。

電力流的安排主要基于凈消納國家的需求，其傳輸波及沿途國家，增加了沿途輸變電工程的靜態(tài)投資、運維費用、損耗費用、輸電走廊土地貶值費用，這些費用應考慮由各凈消納國家分攤。

線路工程靜態(tài)投資、運行維護費用、輸電走廊土地貶值費用，考慮各工程區(qū)段存在不同的生命周期及年利率，可以費用年值的形式表示。在求得各工程區(qū)段被各凈消納國家分攤的3類費用年值后，以各工程區(qū)段實際所處國家的生命周期及年利率將分攤靜態(tài)投資年值中各部分折算至現(xiàn)值后求和，以得出該國應被分攤的3類費用現(xiàn)值。

凈消納國家的變電站、換流站及其他本國的既有電網和跨國互聯(lián)電網銜接的輸變電工程的3類費用，應由該國自行承擔，不被分攤。如果該國與其他國家的電力凈交換量為0，這些部分的3類費用亦由該國自行承擔。

凈送出國家的變電站、換流站及其他本國的既有電網和跨國互聯(lián)電網銜接的輸變電工程的3類費用，應由各凈消納國家承擔。若考慮安排受端向送端反送少量電力以解決送端的調峰、短時缺電問題的可能性，送端僅承擔反送電力流產生的損耗費用。

1.2.2 靜態(tài)投資、運行維護費用、輸電走廊土地貶值費用的分攤方法

圖1為成本分攤方法流程圖。

文獻[9]給出了交流線路的投資分攤方法，對直流線路同樣適用。串補裝置、高抗和交、直流線路一樣分攤靜態(tài)投資、運維費用、輸電走廊土地貶值費用。在僅能確定各輸電通道凈傳輸電量的情況下，以圖2的案例，描述變電站、換流站及既有電網和跨國互聯(lián)電網銜接的輸變電工程靜態(tài)投資分攤的原理。

圖1 成本分攤計算流程

圖2 電力流示例

圖2中，國家A、B為送出側，D、E為消納側，C處于樞紐位置，亦消納了一部分電力。U+V、W為A、B凈送出的電量，V+X、Y為D、E凈消納的電量，Z為C凈消納的電量。顯然，在不考慮損耗電量的情況下：

A、B的變電站、換流站及既有電網和跨國互聯(lián)電網銜接的輸變電工程靜態(tài)投資，由C、D、E分攤。每個國家分攤的量為

式中：a0、b0分別為A、B的變電站、換流站及既有電網和跨國互聯(lián)電網銜接的輸變電工程的靜態(tài)投資；c0、d0、e0分別為 A、B 的前述靜態(tài)投資應分攤給 C、D、E的數(shù)額。公式（2）中，前一項為涉及A的部分的分攤數(shù)額，后一項為涉及B的部分的分攤數(shù)額。

文獻[9]中已描述過通道靜態(tài)投資的分攤方法。若輸電通道兩端均為送端或受端且有安排電力流的可能性，分攤靜態(tài)投資方式為：

如果為了加強送端A、B間電氣聯(lián)系新建聯(lián)絡通道AB，無論通道AB是否安排電力流，其費用應由各受端C、D、E分攤，其費用應考慮C、D、E受入電量占A、B送出總電量的比例分攤至各受端區(qū)域。

如果為了加強受端D、E間電氣聯(lián)系新建聯(lián)絡通道DE，凈輸送電量的方向為D→E，其靜態(tài)投資應由E承擔。根據CD通道分別傳輸至D、E電量的大小，將CD通道的靜態(tài)投資分配給D、E。

跨國互聯(lián)電網中在受端還有可能新建一些僅僅起到聯(lián)絡作用的輸電通道，正、反向傳輸?shù)碾娏肯嗤蛳嘟８鲊袚鲊硟鹊撵o態(tài)投資年值或現(xiàn)值，根據各區(qū)段實際所處國家年利率、生命周期折算。

Step 1：當需要保留重建對象原始位置信息時可以取剛體位移為Δξ=ξi-r0sin(θi-θ0)。如果不需要知道重建對象原始坐標，可以直接取Δξ=ξi。

由于V和輸電通道AB、AC、BC無關，AD通道的靜態(tài)投資應由D承擔。

以上的靜態(tài)投資分攤計算過程中，沒有明確X、Y、Z來源于U或者W的比例。若可以明確安排電力流，則可以按電力流分攤A、B的變電站、換流站及既有電網和跨國互聯(lián)電網銜接的輸變電工程靜態(tài)投資，以及輸電通道AC、BC的靜態(tài)投資。

若存在將原有輸變電設備技術改造的可能性，技改的靜態(tài)投資亦可以按照前文的新建輸變電工程的靜態(tài)投資分攤方法進行分攤。生命周期應考慮技改的具體情況進行調整。

原有輸變電工程在構建目標跨國互聯(lián)電網網架時，考慮到更換運營商的可能性，應考慮折舊?？梢詫⒃鹊撵o態(tài)投資，考慮截至目標網架存在的年限和一定的折舊率，折算至目標網架投產年的靜態(tài)投資，從目標網架投產水平年起，按照前述方法分攤。生命周期相應減小。

如果存在技改或擴建的工程，既有靜態(tài)投資考慮折舊后，再與技改或新建靜態(tài)投資組合，從投產年份開始，按新建的輸變電工程考慮成本分攤。同時調整技改后工程的生命周期。

綜上，每個國家的總靜態(tài)投資分攤額，應為自身未被分攤的投資和分攤其他國家的投資之和，對于凈送出國家，靜態(tài)投資被凈消納國家分攤。對于凈消納國家，需要考慮：

1）分攤的和其應承擔的自身的輸電通道的交、直流線路，串補、高抗的靜態(tài)投資；

2）分攤的凈送出國家的和其變電站、換流站及這些國家的既有電網和跨國互聯(lián)電網銜接的輸變電工程靜態(tài)投資。

輸電走廊土地貶值費用的分攤方法，和靜態(tài)投資的相似。

每個國家承擔的運行維護費用應按照其應分攤的各工程區(qū)段靜態(tài)投資實際所處的國家的運行維護費率進行計算，按照其實際所處的國家的年利率和生命周期折算至現(xiàn)值后求和。如果某個工程在某個國家的區(qū)段存在兩個及以上不同的生命周期和年利率組合，可再分為多個部分進行求和。

對于考慮折舊的原有輸變電工程，其在計算運行維護費用時的靜態(tài)投資應為投產水平年考慮折舊率之后的靜態(tài)投資。

1.2.3 損耗費用的分攤方法

電力流產生的損耗費用，由各電力流的受端承擔。損耗年費用和電力流、年等效損耗小時數(shù)、上網電價成正比例關系。損耗費用年值、現(xiàn)值，亦應分段計算。如果電力流大小、流向或路徑、持續(xù)年限等發(fā)生了變動，按不同的電力流對待。按照各區(qū)段的生命周期及年利率將各電力流的損耗費用年值折算為現(xiàn)值后求和作為本電力流損耗費用現(xiàn)值。某個國家應承擔的損耗費用現(xiàn)值為所有以其為受端的電力流的損耗費用現(xiàn)值之和。

2 跨國互聯(lián)電網的方案算例分析

2.1 互聯(lián)國家基本情況及電力流的安排

針對一個五端跨國互聯(lián)電網交流、柔性直流組合聯(lián)網方案進行分析。國家之間輸電走廊的長度及在各國家內的距離如圖3所示。其中A、C間已存在2回1 000 kV線路由A向C輸電，導線截面積均為8×630 mm2。截至互聯(lián)電網投運時，考慮了開工建設、降壓500 kV運行的期限，已經存在5年。

A、C已存在500 kV交流變電站1座，容量分別為1 500 MVA，線路的1／3和2／3處各有串補站1座，分別補償該站至變電站線路電抗的20%。每個變電站配置高抗225 Mvar，串補站配置高抗450 Mvar。

A、C變電站各存在配套500 kV線路200 km，500 kV高抗210 Mvar。

圖3 五個國家輸電走廊示意圖

安排5個國家間電力流向、最大功率及最大功率利用小時數(shù)為

A→D：10 000 MW，6 000 h；

A→C：3 000 MW，5 500 h；

A→E：2 000 MW，3 000 h；

B→D：3 000 MW，4 500 h；

B→E：3 000 MW，4 000 h；

B→C：2 000 MW，3 000 h；

D→B：3 000 MW，1 000 h；

D→C：2 000 MW，2 000 h；

E→A：1 000 MW，1 000 h；

C→A：1 000 MW，2 000 h；

C→B：1 000 MW，2 000 h。

2.2 聯(lián)網方案的設想

設各電力流同向最大功率的同時率0.95，交流功率因數(shù) 0.95，構建 A、B、C、D、E 五端柔性直流輸電系統(tǒng)方案，如表1所示。

BC、CD、CE、AD 之間分別建設 1、1、1、2回±800 kV直流線路，導線截面積均為8×1 250 mm2。

表1 5個±800 kV柔性直流換流站新建、2個1 000 kV變電站擴建容量及新增的配套500 kV交流工程規(guī)模

A、C國家的1 000 kV變電站與換流站合建，原有500 kV變壓器投入各區(qū)域其他站點使用。每個變電站配置1 000 kV高抗900 Mvar，串補站配置1 000 kV高抗1 800 Mvar。原先的配套高抗投入各區(qū)域其他站點使用。同時，將串補容量參考交流線路輸電容量的增加而新建，原有500 kV串補裝置投入各區(qū)域其他站點使用。

2.3 計算的基本參數(shù)

設A國家原有輸變電設備的折舊率取10%，C國家取5%。

文獻[15]提供了1 000 kV、500 kV線路、新建變電站、新建高抗的單位靜態(tài)投資。新近投產的1 000 kV、500 kV串補站工程可研估算提供了串補裝置的單位靜態(tài)投資。結合新近完成可研的柔性直流換流站、常規(guī)直流換流站的單位靜態(tài)投資，得出±800 kV柔性直流換流站工程的單位靜態(tài)投資。結合新近投產的±800 kV線路工程的單位靜態(tài)投資，設定本案例采用的單位線路靜態(tài)投資。D國家采用上述單位靜態(tài)投資，A國家取上述數(shù)值的60%，B國家取75%，C國家取85%，E國家取90%。

文獻[16]提供了1 000 kV交流輸電、±800 kV直流輸電的走廊寬度。

表2列出了一些各國家其他的主要計算參數(shù)。

表2 5個國家其他計算參數(shù)

將柔性直流新建和主變擴建工程投產的年份作為測算費用現(xiàn)值的基準年份。

3 結果分析

根據各國家各工程區(qū)段的生命周期，推出AC、BC通道的生命周期為20年，AD、DC、CE通道的生命周期為25年。

就近安排各電力流的路徑。分析前20年、后5年的電力流路徑可知，A→E、E→A、A→C、C→A 4 個電力流的路徑發(fā)生了變化。

應考慮各交、直流輸電通道陸續(xù)退出運行后給電力流路徑及持續(xù)年限帶來的變化。B→D、B→E、B→C、D→B、C→B電力流僅可以持續(xù)20年。

在前20年輸電通道CD的凈輸送電量方向為C→D，因此輸電通道CD的靜態(tài)投資、運行維護費用、輸電走廊土地貶值費用由D國家承擔。輸電通道CE的凈送電方向為C→E，因此輸電通道CE的靜態(tài)投資、運行維護費用、輸電走廊土地貶值費用由E國家承擔。

考慮到電力流具體的路徑和交、直流電氣聯(lián)系為解耦的情況，可以使換流站A及配套工程、變電站A及配套工程的成本分攤更為明確。

在前20年，途經換流站A及配套工程的電力流為A→D，途經換流站B及配套工程的電力流為B→D、B→E、B→C、D→B、C→B， 途經變電站 A 及配套工程的電力流為 E→A、A→E、A→C、C→A。 因而，變電站A及配套工程的靜態(tài)投資由C、E分攤，換流站A及配套工程的靜態(tài)投資由D承擔，換流站B及配套工程的靜態(tài)投資由C、D、E分攤。

在后5年，途經換流站A及配套工程的電力流為 A→D、A→C、C→A、A→E、E→A， 因而換流站 A及配套工程的靜態(tài)投資由C、D、E三者分攤。

在前20年，考慮到變電站C轉送的作用，變電站C的各類成本應由C、E分攤。換流站C亦不是一個純受端，其靜態(tài)投資按照經由其向自身、D、E凈送達的電量的比例由C、D、E分攤。

表3 5個國家分攤的費用表

考慮到電力流具體方向，將交、直流輸變電工程及配套工程的靜態(tài)投資、運行維護費用、損耗費用、輸電走廊土地貶值費用分攤給各端。四類費用現(xiàn)值分攤結果如表3所示。

相比其他因素，各端分攤費用的占比與靜態(tài)投資、上網電價、受電量關系較大。表3基本滿足“多用電多付錢”的合理性。C承擔了轉送電力的任務，分攤的費用現(xiàn)值比例有所降低。處于送端、受端末端位置的區(qū)域分攤的費用較少、較多。

4 結語

提出了適用于跨國互聯(lián)電網的成本分攤方法。需要考慮各類技術因素和非技術因素，合理規(guī)劃安排電力流向，電力流對各凈消納國家或國家的損耗費用影響很大，直接影響了各凈消納國家加入跨國互聯(lián)電網的意愿。

在結構復雜的電網中，以不同的電力交換方式確定典型的運行方式，以比例潮流追蹤法確定功率流向，同時預測其運行小時數(shù)，以預測各端送出或受入的電量。

分析了交流、多端柔性直流混合輸電系統(tǒng)的成本分攤方法。若互聯(lián)電網方案僅由多個雙端直流、雙端交流輸電系統(tǒng)組成時，存在電力就近置換的可能性，此時每個區(qū)域均分攤一定的損耗費用，總損耗費用由于關稅累加較少而降低。

在構建跨國互聯(lián)電網方案時需采用降低工程靜態(tài)投資、土地貶值費用的措施，借助各國及國家的財稅優(yōu)惠政策，降低方案總費用、各國分攤費用，從經濟方面保障各國加入跨國互聯(lián)電網的可能性。