連 聰 王一琦 邱景業(yè)

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司臺州市黃巖區(qū)供電公司）

0 引言

新型電力系統(tǒng)呈現(xiàn)“雙高”、“雙峰”、“雙隨機”三組特點，面臨著系統(tǒng)調節(jié)資源不足和電網(wǎng)建設運營成本增加的問題和挑戰(zhàn)［1］。電力負荷快速增長使電網(wǎng)投資壓力加大，新能源和新型負荷的波動性使電網(wǎng)運行風險增加。靈活性資源可以有效提高電力系統(tǒng)的調峰能力，是緩解上述問題的重要手段之一［2］。與電網(wǎng)建設投資集中在初期不同，靈活性資源只能通過后期運營投入進行調用。如何衡量不同場景下的建設與運營成本，確定最佳的投資策略，是實現(xiàn)電網(wǎng)建設與運營成本雙贏的關鍵所在。

本文分析了電網(wǎng)公司構建靈活性資源所面臨的投資和運營成本。針對不同應用場景，構建平準化成本測算模型，量化分析電網(wǎng)建設和靈活性資源配置的全生命周期成本，找出系統(tǒng)全成本的最優(yōu)點。在此基礎上提出電網(wǎng)公司構建靈活性資源的投資策略和相關政策建議。

1 電網(wǎng)建設及靈活性資源成本分析

1.1 電網(wǎng)建設投資及運營成本分析

電網(wǎng)建設投資主要為建設變電站、輸電線路等基礎設施的費用。具體包括土地及房屋購置成本、設備成本、工程施工成本等，其與投資規(guī)模和施工技術成本正比關系。電網(wǎng)運營成本主要為維持電網(wǎng)正常運行的費用，具體包含人員工資和修理費用，其與通貨膨脹水平和設備維護強度成正比關系［3］。

電網(wǎng)建設投資大多集中于項目前期建設階段，資金量巨大，電網(wǎng)公司需要負擔較重的資金壓力；而運營成本由于初期設備尚在質保期內費用較低，中期穩(wěn)定運行階段費用也較低，后期隨設備問題增加和運維工作頻繁而費用增加［4］。

圖1 設備故障率浴盆曲線

1.2 靈活性資源運營成本分析

電網(wǎng)公司構建靈活性資源的主要運營成本包括儲能租賃費用、需求側響應和新能源補貼成本等。這部分成本在資源利用初期較小，但隨著靈活性資源規(guī)模的擴大，相關運營成本也將顯著增加。

圖2 靈活資源運營成本曲線

具體來說，儲能租賃費用與租賃電量容量和租期年限對應增加，其單位功率成本與隨單次持續(xù)充放電時間呈線性增長關鍵；需求側響應補助資金隨著參與主體數(shù)量增加和資源利用小時增加而顯著提高。靈活性資源運營成本總體呈現(xiàn)出前期線性增長、后期顯著增加的特征。

1.3 靈活性資源投資方式及成本分攤

靈活性資源投資主要來源于電力用戶、靈活資源聚合商和獨立儲能運營商等社會各界投資，該類投資屬于市場化資本，通過后期提供電力輔助服務、響應電網(wǎng)需求指令或設備租賃獲得投資回報。電網(wǎng)公司則通過購買或租用設備及服務等方式實現(xiàn)電網(wǎng)供需調節(jié)需求，最終以運營成本方式分攤至輸配電價中進行成本回收。

不同投資主體對應不同的資本成本率要求，市場主體以獲得一定利潤率為目的。資本成本率的差異會導致靈活性資源設備的租購價格出現(xiàn)差異，這也將影響電網(wǎng)公司最終的運營成本水平。

2 平準化成本分析方法

鑒于電網(wǎng)建設投資通常集中在項目初期，而靈活性資源運營成本在后期逐漸增加，兩者難以直接進行金額比較。為實現(xiàn)電網(wǎng)建設與靈活性資源運營成本的權衡分析，本文采用平準化成本計算方法。

平準化成本分析方法通過資本現(xiàn)值算法，將不同時期的資金轉化為基準時點的金額，用于成本比較［5］。資本現(xiàn)值公式為：

式中，CVt為t期資金的現(xiàn)值，Rt為t期資金實際金額，r為資本成本率，t為計算期間。

對電網(wǎng)建設投資采用上述方法進行平準化處理，可以消除投資時間差異的影響，將不同年限內的投資轉化為初始投資年份的金額，用于后續(xù)運營成本的對比分析。

以某變電項目為例，如果項目建設期為2 年，在首年投資1 億元，次年投資2 億元。假定資本成本率為8%，則首年投資的現(xiàn)值為10000 萬元；次年投資的現(xiàn)值為18518.52萬元。

表1 建設投資成本平準化對比/萬元

對靈活性資源運營成本同樣采用資本現(xiàn)值法進行平準化處理，將不同年份的運營成本轉化為首年的金額。以某儲能租賃項目為例，如果租賃期為10 年，首年運營成本1000 萬元，以后每年遞增10%，采用8%的資本成本率計算，則首年的現(xiàn)值為1000 萬元；第二年的現(xiàn)值1018.52 萬元；第三年的現(xiàn)值1120.37萬元。

表2 運營成本平準化對比/萬元

利用平準化處理后的數(shù)據(jù)，可以將電網(wǎng)建設投資和靈活性資源不同時期、不同規(guī)模的投入進行直接對比。找出在滿足一定可靠性和安全性的前提下，全生命周期成本最小的方案，該方案下電網(wǎng)建設規(guī)模和靈活性資源配置水平的組合，就是系統(tǒng)全成本的最優(yōu)平衡點。

綜上，平準化成本分析方法可以消除時間因素影響，實現(xiàn)不在同一時期的資金投入進行橫向比較。這為電網(wǎng)建設與靈活性資源配置的最優(yōu)化分析提供了分析工具，是實現(xiàn)全生命周期成本管理的有效手段。

3 典型場景下的投資策略分析

本文選取儲能、需求側響應兩種靈活性資源，分析其在新能源消納及配電線路重過載等典型場景中的應用作用及投資策略。

3.1 新能源消納場景

在新能源消納場景下，電網(wǎng)面臨的主要問題是大規(guī)模的風電、光伏并網(wǎng)導致的消納風險，采用儲能、需求側響應可一定程度提高電網(wǎng)對新能源的消納能力。針對該場景，本文構建了電網(wǎng)擴容、儲能消納、需求側響應三種方案的平準化全生命周期成本模型。

（1）方案邊界條件

采用電網(wǎng)變電站擴容方案，則需要新增投資擴建主變。各類型主變投資情況如表3所示：

表3 主變擴容工程造價/MVA、萬元

表4 新增線路工程造價/MW、（萬元/km）

電網(wǎng)運營成本費率為4%，6-10 年費率為4.2%，11-20年費率為4.41%。

若選擇租賃電網(wǎng)側儲能進行削峰填谷，則需要租賃電化學儲能系統(tǒng)。儲能單位租賃成本為0.2 元/Wh·年，放電深度為85%，充放電效率為90%。

若選擇通過需求側響應解決新能源消納棄電量，則需要通過價格激勵調動可調負荷參與需求側響應。某地區(qū)需求側響應電量補貼為4 元/kWh，容量補貼為1元/kW·月。

（2）結果分析

以某地區(qū)35kV 電網(wǎng)為例，以滿足新能源利用率不低于95%為目標，假設目前電網(wǎng)還需要消納電量3000MWh的光伏發(fā)電，其最大出力12MW。

雖然租賃儲能和需求側響應單位電量成本較高，但高峰負荷的持續(xù)時間較短，采用靈活性資源的單位功率成本較低。通過優(yōu)化三種方案配置量使得整體單位功率成本接近一致即可得到較優(yōu)的配置方案。

經(jīng)過測算表明，采用主變擴容單臺10MVA 主變、2MW1.2MWh 儲能、1MW 需求側響應的配置方案，三項配置成本均在11.6 萬元/MW·年左右，既滿足新能源消納要求，又能夠實現(xiàn)全生命周期成本最小化。

3.2 配電線路重過載場景

在配電線路重過載場景下，電網(wǎng)面臨的主要問題是已建成配電線路的輸送容量無法滿足負荷增長帶來的需要。此時可以采用新建備用線路或利用靈活性資源進行重過載防護。

采用新建線路方式，需要投入大量資金建設新線路，但新建線路會造成設備利用小時降低較多，存在資源浪費的問題。采用儲能和需求側響應可以在線路重過載時進行快速抑制，事后再恢復正常供電，這種方式既避免了新建線路的高額投資，又不存在資源利用效率低的問題。針對該場景，本文構建了新建線路、儲能與需求側響應三種方案的平準化全生命周期成本模型。

（1）方案邊界條件

選擇新建10kV 架空線路，架空線路造價主要包括線路本體、桿塔以及其他費用。具體造價情況如下所示：

儲能租賃和需求側響應成本條件與新能源消納場景相同。

（2）結果分析

公司在手訂單充足，支撐業(yè)績高速增長：截止到2018年7月31日，公司18年的在手訂單未交付9.80億（大于5000萬的訂單合計），17年的在手未交付17.34億，而公司2018年上半年營收為7.81億，隨著在手訂單持續(xù)確認，公司業(yè)績將保持高速增長。

假設實際負荷為10.2MW，現(xiàn)有線路導線型號為JKLYJ-240，若新建線路則需建設10km 長度。以10kV線路不重載為約束條件，

經(jīng)過測算標明，采用JKLYJ-120 導線型號、0.2MW 需求側響應的配置方案，三項配置成本均在1.41 萬元/MW·年左右，既滿足負荷增長要求，又能夠實現(xiàn)全生命周期成本最小化。這表明在該場景下，與大容量線路建設相比，適當利用靈活性資源可以顯著降低全成本，實現(xiàn)建設與運營成本的最佳平衡。

綜上，針對不同特性的典型場景，構建考慮電網(wǎng)建設、靈活性資源設備投資以及后續(xù)利用的平準化全生命周期成本模型，量化分析不同投資策略，找出最優(yōu)配置方案。最優(yōu)方案通過適度靈活性資源配置與電網(wǎng)建設相結合，實現(xiàn)了全生命周期成本的最小化，這也驗證了混合投資策略的優(yōu)勢。

4 政策建議

靈活性資源在調節(jié)電網(wǎng)供需平衡、提高電力系統(tǒng)整體經(jīng)濟運營水平上具有積極作用。但是，要實現(xiàn)靈活性資源落地實施還需要多方面政策進行扶持。

2）增加對靈活性資源投資的財政支持。政府可以通過給予稅收優(yōu)惠、直接補貼等形式增加對靈活性資源投資的支持力度。特別是在新能源消納和輸電防護等社會效益較高的典型場景，政府補貼可以顯著降低整體成本。

3）鼓勵并規(guī)范電網(wǎng)企業(yè)對靈活性資源的購租賃。完善相關制度機制，在不損害電網(wǎng)公司財務可持續(xù)性的前提下，鼓勵其采取購買、租賃、融資租賃等形式配置一定比例的靈活性資源。

5 結束語

本文對電網(wǎng)建設與靈活性資源配置進行了全生命周期投資分析。結論如下：1）采用平準化方法可以消除不同時期資金的時效性影響，實現(xiàn)橫向投資方案對比。這為找出全生命周期成本最小的最優(yōu)投資方案提供了分析工具。2）在確保安全可靠的前提下，混合投資策略可以實現(xiàn)全生命周期成本最小化。適度配置靈活性資源與電網(wǎng)擴容相結合，既控制了電網(wǎng)建設規(guī)模，又不致靈活性資源成本太高，是實現(xiàn)了建設與運營成本平衡的較優(yōu)路徑。3）政策支持對推動靈活性資源發(fā)展至關重要。完善靈活性資源電價機制、增加財政補貼、鼓勵電網(wǎng)公司采購等政策，可以降低投資者參與成本，引導社會資本積極配置靈活性資源。

綜上，本文提出的研究方法和結論，可為電網(wǎng)企業(yè)高效利用靈活性資源，實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)成本優(yōu)化提供參考。后續(xù)研究可進一步考慮技術進步帶來的影響，擴大場景范圍和推廣區(qū)域，以完善相關結論。