PDF《电力企业调峰优化经济补偿机制分析》

2019.

05 财会月刊・131・ 在我国北方地区, 煤炭、 石油以及风能资源较为 丰富, 发电设备以大型火电机组为主. 北方冬季严 寒, 热负荷需求较大, 装机机组大部分具备热电联产 功能, 这种方式可大幅度提高能源利用率, 目前辽宁 地区热电装机比重已接近七成. 现实情况中, 热电联 产机组的运行工况受热负荷约束较大, 主要由于目 前往往采用 以热定电 的调度模式, 热负荷仅由热 电联产的热出力承担, 确定了热负荷约束后, 热电机 组出力随之确定, 导致机组调峰能力下降. 大量热电 机组因调峰空间有限、 动力不足, 造成采暖期上网电 量大幅增加, 致使电网调峰困难, 大量风电、 太阳能 发电等新型清洁型能源被弃. 弃风 的大量存在从 社会成本上来说, 降低了资源配置的效率, 同时增加 了区域环保压力. 因此, 如何从制度上协调热电企业调峰的动机、 更大限度地鼓励风电接入是学术界和实务界都在积 极探索的现实问题. 热电企业调峰和风电接入的本 质是收益再分配的问题, 本文运用博弈论的思想, 对 参与调峰的热电企业、 风电企业及监管组织间的利 益进行分析, 从理论上探索电力企业调峰优化的补 偿机制和路径.

一、 电力企业经济补偿机制国内外研究综述 1. 热电企业调峰困难及对 弃风 的影响. 随着 能源消耗、 环境污染等社会问题的凸显, 可再生能源 发电比重越来越高. 在我国北方, 煤炭等资源较为丰 富, 原有发电设备以大型火电机组为主. 近年来, 在 国家新能源战略的引领下, 风电、 核电及太阳能发电 等方面发展迅速[1] . 风电、 太阳能发电等出力具有随 机性和波动性, 增加了电网系统的不平衡和对调峰 服务的需求, 且平衡需求与风电渗透率呈现同向变 化趋势, 即系统所需的辅助服务呈现增加趋势[2] . 在 以热电为主体的电网系统中, 并网风电越来越多, 给 电网调峰带来了更大的压力, 风电消纳问题也愈加 突出. 特别是在我国 三北 地区, 弃风 现象越来越 严重[1, 2] . 制约风电消纳的主要瓶颈是系统调峰能力, 为 了弥补系统调峰能力的不足, 诸多省网加强了调峰 电源建设. 北方 弃风 问题主要源于电网系统的调 峰能力, 特别是在冬季供暖期, 热负荷需求大, 以 热定电 的调度模式导致热电企业电产量增加, 机 组被迫增加出力[3] . 近年北方热电联产快速发展, 热 电联产发电量比重日益增加, 无形中增加了峰荷电 厂的调峰负担[4] . 大量热电联产机组非低出力运行, 造成热电上网增加, 地区风电被弃的比例不断提高. 2. 基于利益最大化的补偿机制探索. 电网调峰 困难和 弃风 现象存在的本质是不同发电主体间的 电力企业调峰优化经济补偿机制分析 【摘要】在我国东北地区, 热电企业追求利润最大化, 导致热电企业非低出力运行, 给电网公司调峰 带来了较大压力, 产生了大量 弃风 现象和清洁能源的浪费, 同时增加了部分环保压力, 因此从市场制 度优化的角度解决热电机组非低出力运行问题势在必行. 以辽宁省供暖电力企业为研究对象, 基于博弈模 型分析热电联产情境下的电力企业经济补偿机制, 提出调峰激励机制, 以实现电力企业的效益最大化. 【关键词】博弈;

热电联产;

调峰;

低出力运行;

激励机制;

经济补偿 【中图分类号】F427 【文献标识码】A 【文章编号】1004-0994 (2019) 05-0131-6 沈方1 (高级工程师) ,高靖1 (高级工程师) ,王涛1 (高级工程师) , 王春生2 (高级工程师) ,李占军1 (高级工程师) ,邓鑫阳1 DOI: 10. 19641/j. cnki. 42-1290/f. 2019. 05.

019 ・132 ・ 财会月刊2019.

05 经济利益的二次分配[5] . 从博弈角度来看, 每个企业 都在追求自身利益最大化. 近年来煤价上升, 供暖价 格固定, 热电企业收益下降, 倾向于隐瞒真实热负荷 需求或虚报机组运行参数, 通过多发电获得利润以 弥补效益下降[6] . 影响热电机组运行中出力的因素 主要包括热负荷制约、 机组运行极限制约和能耗因 素制约等, 而非低出力运行的根本原因在于热电企 业对利润的追求. 北方冬季采暖用户供热属于民生 工程, 热电机组在满足热负荷需求的基础上, 同时要 考虑机组的稳定性与经济性. 从调峰技术来看, 可以 通过热电机组停运解决 弃风 问题, 当蒸汽通过减 压降温用于供热时, 热负荷低于最低稳燃条件下的 供热, 这会造成部分成本浪费[7] . 调峰效益可以通过 风电节约的煤耗来估计, 而调峰频度使旁路补偿供 热, 增加了设备损耗成本. 也可利用蓄电池储能, 通 过不同时间段热能存储降低热电比, 减少上网电功 率, 以达到对风能的消纳[8] . 虽然从理论上可以通过低出力运行降低热电上 网, 但现实中由于对利润的追求, 非低出力运行情况 非常普遍. 部分研究从经济效益和制度角度分析, 认 为通过风火交易, 使用风力发电获取的利润对热电 企业进行部分经济补偿, 并制定制度合理分配利润, 调动热电厂主动调峰的积极性, 可在一定程度上减 少 弃风 现象[9] . 为了突破热电机组 以热定电 的 限制, 可以综合考虑风电等新能源与热电的统筹协 调, 通过供热期火电机组的启停与配合为风电消纳 提供空间[10] . 热电低出力与风电消纳的核心在于补 偿机制的制度安排与利益分配范围[11] . 虽然有关研究提出补偿机制以引导热电厂调峰 来主动地解决风电消纳, 认为通过补偿可以实现整 体运营的经济性, 但是对于如何对调峰进行补偿, 尚 未得到一致的方法. 朱凌志等[12] 提出, 可按照平均 容量成本, 通过因调峰减少的发电量损失确定补偿 标准. 张国强等[13] 对辅助调峰服务补偿机制进行设 计, 认为应针对热电企业深度调峰机组超过常规能 力的比率和相应时间进行补偿, 但未区分峰谷期的 影响. 陈建华等[14] 从大规模风电间歇特性兼顾电网 运行的经济性与安全性方面考虑, 建立风电功率预 备与电力市场需求的关联模型, 并进行计量分析. 从 当前的研究来看, 对于如何降低热电联产出力水平、 增加电网调峰空间还未有一致的方式. 特别是热电 联产中成本分摊方法不同, 调峰成本计算不同, 也造 成经济补偿标准的差异较大.

二、 热电联产非低出力运行的经济性分析 热电联产技术将发电过程中的余热用于供热, 综合考虑产出, 能够节约30%的能源投入, 从而提高 能源利用效率. 由于经济总量制约电力总量消纳, 热 电联产机组 以热定电 的运行方式会导致上网电量 增加, 阻碍电网调峰. 而东北的风力资源集中在冬季 夜间时段, 正是电负荷低谷时段和供暖高峰, 几个因 素错位导致电力负荷空间被热电机组占用, 弃风 现象更加突出. 热电上网累加加剧了 弃风 弃光 现象, 当前北方 弃风 过高的原因在于 以热定电 约束导致被迫出力过高, 解决 弃风 问题的关键在 于降低热电机组的出力水平, 并合理分配各热电联 产机组的热负荷份额. 从整体经济性与社会整体利益分析, 大规模 弃风 一方面导致了风电资源的极大浪费, 另一方面热 电大量上网又造成能源消耗与环境压力. 解决风电 消纳问题的核心在于多元主体利益分配机制的建立 和健全, 即考虑热电企业运营中的特殊性, 运用多元 主体参与和利益再分配的方式, 通过弃风企业供电 的部分收益弥补热电联产企业的低出力损失, 以经 济利益引导热电企业降低发电动机, 减小调峰压力. 以辽宁省为例, 在经济放缓、 电力需求和供电能力存 在较大差距的背景下, 热电联产导致 弃风 率提高, 不利于总体电能经济效率, 而热电比重过高也导致 污染物排放等环境成本增加. 辽宁省发改委颁布的 《节能发电调度管理办法》 明确规定了风能等可再生 能源在各类发电机组中拥有第一发电优先级. 因此, 在综合考虑热电企业收益的同时, 应考虑如何通过 技术、 政策手段为政府解决 弃风 过高问题. 从发达国家热电联产、 消纳 弃风 的实践看, 上 述问题并非不可解决. 如丹麦作为风电比重较高的 国家 (42%) , 其依靠完善的日前、 日内电价报价体 系, 实现了风电、 火电等多元供电方式的开放市场交 易模式, 并通过电价中较大比例的税费和补贴支持 新能源发展, 将弃风率降至 0.2%. 这表明通过灵活 的经营利益动机激励, 可以引导热电厂、 电力运营商 等多主体实现稳定运营, 并保持较高的运营效率. 因此, 以利益动机引导为思路, 运用博弈工具分析如何 有效引导热电企业降低电出力积极性, 减少发电量, 进而解决风电消纳问题, 具有研究价值.

三、 热电联产低出力运行的制约因素及现实障 碍分析 1. 交叉补贴效应. 热电厂往往由多种不同类型 2019.

05 财会月刊・133・ 的热电联产机组组成, 每个机组的型号、 产出能力差 异较大, 要清晰界定热电厂的热电产能并非易事. 在 实际运行中, 首先要保障供暖的持续安全, 以供暖需 求 (即蒸汽量) 供应为前提, 而产生的电量不在电网 调峰范畴 (即优先安排热电机组电产) . 热电联产实 质上是热负荷与电负荷的合理分配问题, 以热定 电 的模式是建立在能源效率考虑基础上的生产安 排. 但实际上, 由于供暖属于民生工程, 供暖价格较 低且无法根据市场机制调整, 政府对热电联产机组 缺乏财政、 税收等优惠扶持政策, 通过热电交叉补贴 方式对热电厂供暖进行弥补, 加剧了热电企业增加 电负荷的动机. 而国家通过批复较高的上网电价进 一步加剧了热电机组增加电产量的动机, 给调峰带 来更大压力. 2. 安全性与经济性. 热负荷和热电机组运行的 极限约束属于硬性约束, 不可变动. 从当前热电联产 企业运行的模式看, 其运行极限主要有投油稳燃极 限和不投油稳燃极限, 投油稳燃极限标志着机组运 行的安全性, 不投油稳燃极限标着机组运行的经济 性. 热电联产机组能耗量主要由汽轮机的进气量决 定, 而汽轮机的进气量由机组承担的热负荷及电负 荷决定, 同时受凝气量的影响. 为实现收益最大化, 热电机组多按照能耗最小的目标安排生产. 最小能 耗生产方式能够为热电企业带来较高利润, 但无法 达到出力最小, 无形中抬高了热电企业出力下限, 造 成上网电量增加. 3. 利益分配制度. 当前热电联产机组非低出力 运行造成 弃风 现象普遍存在, 其直接原因是热电 企业存在较强的追求利益最大化的动机, 根本原因 是众多相关组织间缺乏基于利益合理分配的制度安 排. 由于东北地区电源结构较单一, 灵活调节电源比 重低, 热电企业可以通过低出力运行降低调峰压力, 以吸纳更多的风电, 节约能源. 而风能的随机性、 波 动性导致电网公司调峰成本较高, 吸纳风电意味着 收益没有增加却增加了调峰成本压力和运行风险, 导致其对吸纳风能缺乏利益动机, 甚至会有意减少 对风能的吸纳, 提高自身收益. 对于地方政府来说, 煤电生产包括热电联产更具价格优势, 且能够增加 地方财政收入, 其接收外省风电的动机不足. 而发电 机组发电量、 上网电价由政府部门确定, 不同企业 间、 机组间丧失灵活调节的动力, 市场激励机制建设 缺失也造成当前热电企业非低出力运行, 并导致了 弃风 严重的现象.

四、 热电企业调峰经济补偿的博弈分析 1. 热电企业与监审部门间的博弈分析. 如上文 所述, 热电企业具有提高上网电量的动机, 热电厂 以热定电 模式下并非最小出力, 并且近年来热电 联产快速发展, 热电厂发电量积少成多, 增加了电网 调峰负担. 以辽宁为例, 热电联产企业数量多, 规模、 技术水平差异大, 为监管部门监管带来了难度. 监管 部门由于专业和精力限制, 很难对热电厂热、 电产量 进行准确监控, 只能根据热电企业单方面提供的原 始数据对最小运行进行估算. 由于信息不对称和较 高的监管成本, 造成监管效果不佳. 热电企业与监管 部门之间的策略选择是典型的博弈问题, 本文拟用 博弈论的方法对其进行分析. 热电企业为了获取较高利润, 倾向于违规增加 电力供应, 假设热电企业选择违规的概率为p (0................