（技术经济及管理专业论文）抽水蓄能电站价值实现机制研究.pdf

摘要 抽水蓄能电站启停快速、运行灵活，在电力系统r r l 承担着重要的保安作用。随 着我国电力体制市场化改革的逐步推彳j 二，抽水蓄能电站的投资建设、运营管理机制 也势必发生相应的变化。对抽水蓄能电站价值实现机制进行研究对抽水蓄能电站的 健康发展、电网安全稳定运行具有重要的珲沦与实际意义。 本文在借鉴国内外抽水蓄能电站运行经验的基础匕，从实用性出发，比较系统、 仝面地建立了抽水蓄能电站的效益评估体系，分析比较了抽水蓄能电站各种运营模 式的特点。辅助服务市场的建立使得抽水蓄能电站的效益补偿机制更加独立、公j f ， 本文在参照国外已建辅助服务市场的基础上，对独立运营抽水蓄能电站的竞价策略 进行了相应研究。在文章最后，以河南宝泉抽水薰能电站为例，对本文研究内容进 行了实证分析。 关键词：抽水蓄能电站，效益订估，运营模式，辅助服务市场 a b s r r a c t p u m p e d s t o r a g ep l a n ti se a s yt os t a r tu pa n ds h u td o w n ，i t so p e r a t i o nm o d e sc a l lb e f l e x i b l yc h a n g e d i nv i e wo fi t s9 0 0 da b i l i t y , t h ep u m p e ds t o r a g es t a t i o nc a nb eu s e da st h e s e c u r i n gp o w e rs o u r c eo fap o w e rg r i d a l o n gw i t ht h er e f o r mo fc h i n a sp o w e ri n d u s t r y p u s h i n go ns t e pb ys t e p ，t h ei n v e s t m e n ta n do p e r a t i o nm e c h a n i s mo fp u m p e d s t o r a g ep l a n t w i l lc e r t a i n l yc a r r yo u tc o r r e s p o n d i n gc h a n g e s o u to fp r a c t i c a b i l i t y , t h i sp a p e rf i r s ts t r i k e su pp u m p e d s t o r a g ep l a n t sb e n e f i te v a l u a t i n g s y s t e ms y s t e m i c l ya n dr o u n d l yb a s e do nf o r e i g na n dd o m e s t i cp u m p e d s t o r a g ep l a n t s o p e r a t i o ne x p e r i e n c e s ，t h e na n a l y z e sa n dc o m p a r e s a l lk i n d so fo p e r a t i o n a lm o d e l s c h a r a c t e r i s t i c n ef o u n d a t i o no fa n c i l l a r ys e r v i c em a r k e tm a k e sp u m p e d s t o r a g ep l a n t s c o m p e n s a t o r ym o d em o r eu n a t t a c h e da n de q u i t a b l y , t h i sp a p e rh a v ec o n s u l t e df o r e i g nm a t u r e a n c i l l a r ys e r v i c em a r k e t ，a n dp u tu pr e s e a r c ho ns e l f - g o v e r n e dp u m p e ds t o r a g ep l a n t s b i d d i n gs t r a g e r y , t o o a tt h ee n do ft h i sp a p e qb yu s eo fb a o q u a np u m p e ds t o r a g ep l a n t e x a m p l e ，t h ea b o v e m e n t i o n e dc o n t e n ta r ev a l i d a t e d r e nj i a n g a n g ( t e c h n o l o g ye c o n o m ya n da d m i n i s t r a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a oh u i r u k e yw o r d s ：p u m p e d s t o r a g ep l a n t ，b e n e f i te v a l u a t i o n ，o p e i a t i o nm o d e ，a n c i l l a r y s e r v i c em a r k e t 摘要 抽水蓄能电站启停快速、运行灵活，在电力系统r r l 承担着重要的保安作用。随 着我国电力体制市场化改革的逐步推彳j 二，抽水蓄能电站的投资建设、运营管理机制 也势必发生相应的变化。对抽水蓄能电站价值实现机制进行研究对抽水蓄能电站的 健康发展、电网安全稳定运行具有重要的珲沦与实际意义。 本文在借鉴国内外抽水蓄能电站运行经验的基础匕，从实用性出发，比较系统、 仝面地建立了抽水蓄能电站的效益评估体系，分析比较了抽水蓄能电站各种运营模 式的特点。辅助服务市场的建立使得抽水蓄能电站的效益补偿机制更加独立、公j f ， 本文在参照国外已建辅助服务市场的基础上，对独立运营抽水蓄能电站的竞价策略 进行了相应研究。在文章最后，以河南宝泉抽水薰能电站为例，对本文研究内容进 行了实证分析。 关键词：抽水蓄能电站，效益订估，运营模式，辅助服务市场 a b s r r a c t p u m p e d s t o r a g ep l a n ti se a s yt os t a r tu pa n ds h u td o w n ，i t so p e r a t i o nm o d e sc a l lb e f l e x i b l yc h a n g e d i nv i e wo fi t s9 0 0 da b i l i t y , t h ep u m p e ds t o r a g es t a t i o nc a nb eu s e da st h e s e c u r i n gp o w e rs o u r c eo fap o w e rg r i d a l o n gw i t ht h er e f o r mo fc h i n a sp o w e ri n d u s t r y p u s h i n go ns t e pb ys t e p ，t h ei n v e s t m e n ta n do p e r a t i o nm e c h a n i s mo fp u m p e d s t o r a g ep l a n t w i l lc e r t a i n l yc a r r yo u tc o r r e s p o n d i n gc h a n g e s o u to fp r a c t i c a b i l i t y , t h i sp a p e rf i r s ts t r i k e su pp u m p e d s t o r a g ep l a n t sb e n e f i te v a l u a t i n g s y s t e ms y s t e m i c l ya n dr o u n d l yb a s e do nf o r e i g na n dd o m e s t i cp u m p e d s t o r a g ep l a n t s o p e r a t i o ne x p e r i e n c e s ，t h e na n a l y z e s a n dc o m p a r e sa l lk i n d so fo p e r a t i o n a lm o d e l s c h a r a c t e r i s t i c n ef o u n d a t i o no fa n c i l l a r ys e r v i c em a r k e tm a k e sp u m p e d s t o r a g ep l a n t s c o m p e n s a t o r ym o d em o r eu n a t t a c h e da n de q u i t a b l y , t h i sp a p e rh a v ec o n s u l t e df o r e i g nm a t u r e a n c i l l a r ys e r v i c em a r k e t ，a n dp u tu pr e s e a r c h o n s e l f - g o v e r n e dp u m p e ds t o r a g ep l a n t s b i d d i n gs t r a g e r y , t o o a tt h ee n do ft h i sp a p e qb yu s eo fb a o q u a np u m p e ds t o r a g ep l a n t e x a m p l e ，t h ea b o v e m e n t i o n e dc o n t e n ta r ev a l i d a t e d r e nj i a n g a n g ( t e c h n o l o g ye c o n o m ya n da d m i n i s t r a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a oh u i r u k e yw o r d s ：p u m p e d s t o r a g ep l a n t ，b e n e f i te v a l u a t i o n ，o p e i a t i o nm o d e ，a n c i l l a r y s e r v i c em a r k e t 声明 y 8 6 7 8 2 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文描水蓄能电站价值实现机制研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文巾不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作苔签名r 期： 似j j ； 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力犬学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：导师签名： 望数 日 期：业堕i 厂 华北电j 人学顼十学位论文 1 1问题的提出 1 11研究背景 第一章引言 抽水蓄能电站是目前在系统层次上调峰与备用的重要手段，己成为现代电力系 统不t j 缺少的重要组成部分。抽水蓄能机组的主要运行工况有：发电、抽水、发电 + 润相、抽水+ 调相、备用等等。抽水蓄能机组在工况问转换的速率是其他类型机 组难以比拟的，其运行方式相当灵活，在系统中起到非常重要的作用。近年来，在 研究论证的基础i 二，我困投建了大量抽水蓄能电站，截至2 0 0 4 年底，我国投产运 行的抽水蓄能电站总装机容量为6 1 0 1 m w ，约占全国总装机容量的1 4 1 1 i 。随着 泰安( 1 0 0 0 m w ) 、宝泉( 1 2 0 0 m w ) 、西龙池( 1 2 0 0 m w ) 等一系列抽水蓄能电站 的建设并相继投运，抽水蓄能电站在我国电力总装机容量中所占比例将进一步增 加。 固家发改委2 0 0 4 年1 月发布的发改能源1 2 0 0 4 1 7 1 号文中指出：“抽水蓄能电站 二要服务于电网，为了充分发挥其作用和效益，抽水蓄能电站原则上山电网经营企 业建设和管理，具体规模、投资与建设条件由国务院投资主管部门严格审核，其建 设和运行成本纳入电网运行费用统一核定。发电企业投资建设的抽水蓄能电站，要 服从于电力发展规划，作为独立电厂参与电力市场竞争。”1 2 1 由此可见，在我国电力 f i 场化改革的初期，抽水蓄能电站的投资建设主体主要限定为电网企、世，这与我国 目前现实情况是相吻合的，也与国外抽水蓄能电站建设的经验相一致。计划经济时 期，抽水蓄能电站的建设是建立在单纯系统安全稳定的条件下考虑的；市场经济时 期，对抽水蓄能电站综合经济性的认识成为决定其牛存、发展的根本性问题。由于 抽水蓄能电站与火电厂、水电站等常规电厂在技术特性上存在差异，它们在系统中 起的作用也大相径庭。凶此，它们不口j 能在同个竞价平台 ：展 竞争，尤其在我 幽目前电力交易机制及各项电力法规尚不是很完善的情况下。必须对抽水蓄能电站 政策的合理性、可行性展丌研究，不解决抽水蓄能电站价值的实现机制问题，将很 人程度上影响其发展，甚至生存。本论文选题的目的就是着力解决新形势f 抽水蓄 能电站的价值实现问题，以期对我国抽水蓄能电站的政策制定提供理论参考和决策 依据。 华j e 电力人学硕i 学侍论文 1 1 2 抽水蓄能电站的作用 抽水莆能电站与常规电站的技术特性不同，这决定了其在电力系统中作_ l f j 的特 殊性，主要体现为以f 几个方面i j ： ( 1 ) 调峰填谷。抽水蓄能电站具有调峰和填谷的双重作用，它的调峰能力是 其装机容量的2 倍。抽水蓄能电站机组从备用到满负荷运行仅需1 2 0 s 1 5 0 s ，这是 火电机组所望尘莫及的。 ( 2 ) 节煤效益。抽水蓄能电站通过提高系统中火电站的工作效率，可以避免 火电机组频繁启停机和压负荷运行，降低火电机组的发电煤耗，从而具有很大的节 煤效益。 ( 3 ) 显著的动态效益。抽水蓄能电站的动态效益主要体现在承担备用、调频、 调相、黑启动等方面。 ( 4 ) 改善水电调节性能。在水电站占相当比重的电力系统中，处于汛期时， 具有调峰能力的常规水电站，为了避免或减少弃水，一般都满发，在电力系统中实 际上承当了基荷或腰荷。在此期问，电网的调节能力大为减少，特别是库容小的常 规水电站，在电网处于低铃时，只有减负荷或完全停机，导致弃水。抽水蓄能电站 此时萨好可以利用常规水电站的弃水负荷来抽水蓄能，即消耗电网的大量电力加以 “储藏”，减少弃水。 ( 5 ) 节省电力投资和运行费用。由于抽水蓄能电站的站址选择受到的限制较 少，常选在地形良好、地址条件优越、靠近用电中心的位旨。建设抽水蓄能电站， 比常规水电站、火电站或核电站投资少、工期短，具有较犬的容量效益。 ( 6 ) 不消耗能源( 如煤和油等) ，没有污染，存在较强的社会效益。修建抽水 蓄能电站对生态影响小，是清洁的绿色能源。由于不会破坏自然环境，抽水蓄能电 站还是很好的旅游景点。 ( 7 ) 有利于“西电东送”与“南北互供”“全国大联网”，促进全国资源的优 化配置。西部水电的调节能力受到径流、库容的限制，在“西电东送”受端电网建 设抽水蓄能电站有利于充分利用西部水电电力，从而促进“两电东送”。同时，抽 水蓄能电站也以其特有的调峰填谷与快速启动等功能对“南北互供”、“全国大联 闾” 的u t 靠性起到很好的保障与支撑作用。 表1 1 列出了与其它常规电源相比，抽水蓄能电站性能上的优越性。 表1 - 1 再类电站运行特性比较 项口抽水蓄单循环燃联合循环常规水电燃煤火电 能t u 站气轮机燃气轮机 降负荷启停l i 所承 r 负荷位置 峰荷峰衙 峰荷、基荷 峰荷、基荷峰荷、基荷峰荷l j 最人凋峰能力( ) 2 0 01 0 08 51 0 05 01 0 0 2 华北电力人学硕+ 学付论文 开启每日启动 特点 静止满载 9 5 s3 r a i n6 0 m i ,2 r a i n 填谷 x 调频 调相 、 旋转备用 快速增荷 黑启动 1 1 3 在我国建设抽水蓄能电站的必要性 电力行业和人民生活息息相关，是保障国民经济各行业发展、社会进步的基础 产业。稳定、可靠的电力供应对国民经济的持续增长和人民生活水平的提高起到非 常重要的作用。近年来，我国各区域电网的电力负荷峰谷差逐渐加大，在这种情况 下，电力系统迫切需要经济、有效、环保的调峰电源，抽水蓄能电站无疑是最优选 择。表1 2 列出了1 9 9 6 年2 0 0 2 年我国各电网韵最大峰谷差情况。在最近j l 年内， 随着用电负荷的持续增加，电力系统峰谷差有继续拉大的趋势。2 0 0 5 年，华北、东 北、华东、华中和西北五大区域电网最大负荷分别达到8 0 3 5 万千瓦、3 1 4 1 万千瓦、 8 5 8 1 万千瓦、5 9 5 9 万千瓦和1 9 9 3 万千瓦，较2 0 0 4 年都有较大幅度的增长，其中 华北电网最大负荷增长达2 6 2 7 ，而最小负荷率变化却并不大。在这种情况下， 在我国建设抽水蓄能电站具有很大的必要性。 表卜21 9 9 6 2 0 0 2 年我国各电网最大峰谷差情况 单位：m w 项目 1 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 l2 0 0 2 增长率 华北电网 6 9 1 07 0 4 08 9 9 09 5 3 09 8 9 01 0 5 7 01 2 2 3 01 0 山东电网 3 5 0 03 9 9 0 4 1 3 0 4 7 0 0 4 9 4 0 5 3 6 0 5 9 6 09 ，3 华东电网 1 2 5 0 0“1 2 01 1 5 6 01 4 2 1 01 3 6 8 01 6 0 3 0 1 8 1 8 06 4 福建电网 1 7 6 0 1 8 0 0 2 4 4 0 2 1 3 02 2 9 02 4 8 03 4 7 01 2 华中电网 7 5 0 07 4 1 09 3 0 09 2 l o9 5 6 01 0 2 0 0 1 0 9 0 06 4 川渝电隔3 0 0 0 3 7 2 03 6 2 04 0 7 04 1 4 04 8 5 05 1 6 09 5 南方电网7 8 5 08 5 8 09 1 5 01 0 2 2 0 1 2 2 4 01 2 0 2 0 1 4 6 1 01 0 9 两北电网 2 9 0 02 7 l o3 2 9 03 5 3 03 1 6 03 4 0 03 7 2 04 2 东北电网9 1 2 0 8 3 9 0 8 7 9 08 0 9 0 8 2 0 08 1 9 08 5 7 0一1 0 另外，厂网分丌后，电网缺乏保证安全、稳定运i r 的调控手段；在实施“西电 东送、南北互供、全国联网”战略过程中，互联电网的稳定问题比较突出；新体制 卜，协调和约束各市场主体市场仃为的法律和规范尚未出台和完善，电网安全稳定 的问题诱发因素增加、不确定性加大等等；这些变化都使电网面临更为严峻的形势， 一3 一 华北电力人学硕十学何论文 极容易引发大的电网事故。抽水蓄能电站是一种具有特殊功能的电站，对电力系统 的安全、稳定及经济运行具有特殊的作用。在电网调峰越来越困难以及安全稳定运 行和可靠供电面临更为严峻形势的情况下，修建必要的抽水蓄能电站，加强列抽水 蓄能电站投资建设、运行管理、效益补偿等方面的研究，对抽水蓄能电站的价值实 现机制进行全面分析，都将具有很强的理论和现实意义。 1 2国内外关于抽水蓄能电站价值实现机制的研究现状 对于抽水蓄能电站的认识，经历了一个由浅入深的动态过程。早期的抽水蓄能 电站大多只用于在汛期抽水，然后枯水期发电，只起到补充枯水期电量不足的作用。 从本世纪5 0 年代开始，才对抽水蓄能电站调频、调相、备用等动态效益有所认识， 这方面的研究也开始增加。抽水蓄能电站的价值实现机制需要首先对抽水蓄能电站 的效益有比较合理的估算，在此基础上，结合抽水蓄能电站自身的投资主体结构和 运营管理模式，得出对抽水蓄能电站进行补偿的货币量。在公平合理的交易模式卜， 抽水蓄能电站得到的补偿与其自身所具有的价值应该是相一致的，抽水蓄能电站价 值的实现机制与其效益评估、运营管理模式等有着密不可分的联系。 1 2 1 国外对于抽水蓄能电站价值实现机制的研究 对于抽水蓄能电站的价值实现机制及相关领域，国外有比较成熟的研究成果。 i e e e 高级成员p j d o n a l c k 分析了抽水蓄能电站在电力系统中所起的重要作用，在 比较各个不同国家与地区不同水文条件的基础上，计算了在区域电力市场中特定节 点电能与辅助服务的成本与效益，并以东南欧巴尔f 地区为例进行了深入分析1 4 l 。 a s m a l i k 与b s c o r y 提出。个电力扩容时用于优化抽水蓄能电站水库利用水平的 随机生产成本法，并指出了这种方法与e l d c 法的区别1 5 】。n i n gl u ，j o eh c h o w 与 a l a n a d e s r o c h e r s 对竞争性电力市场条件下抽水蓄能电站的最优竞价策略进行了探 讨，通过预测周市场价格出清曲线，得出一个考虑备用竞价前提下寻求抽水蓄能电 站利润最大化的算法【6 】。e r n a nn i 、p e t e rb ，l u h 与s t e p h e nr o u r k e 提出了取消管制 后发电公司同时参与主电能市场和辅助服务市场竞价的情况下，抽水蓄能电站在考 虑风险约束的摹础t ，如何寻找一个最为有效的报价策略，并以新英格兰市场一个 拥有1 t 台常规机组和一台抽水莆能机组的电力系统为例进行了实例验证1 7 1 。l o u i sn h a n n e t t ，b a l d w i npl a m 等构建了我国华东电网中个抽水蓄能电站的动态模拟模 型，并对此电站对保证电力系统稳定所起的作用进行了深入分析i s 。 法固电力公司( e d f ) 的d k o h n 撰文指出，法国 【l 力系统的负荷调整分为三 级：各发电设备的自动调频、负荷频率控制( l f c ) 、旋转备用，并分析了相当于法 4 华北电力人学顺十学位论文 圈电力公司规模的电力系统中抽水蓄能电站的效益情况，研究得出当其承担旋转备 用时，其动态效益为2 9 0 法郎( k w 年) 。意大利国家电力局的s p a n i c h e l l 和 s a l v a d e u ，对抽水蓄能电站承担静态任务和动态任务进行了容量划分，分别计算了 某抽水蓄能电站的静、计态效益，得出该抽水蓄能电站仅旋转备用效益即达3 0 美 元( k w 年) 。美国电力研究院的a f e r r e i r o 和麻省理工学院的c e c a r v e rj r ，根 据基准年的价格水平，定量评估了美国某抽水蓄能电站的效益，得出：当电站承担 旋转备用时，为系统带来效益4 5 美元( k w 年) ，承担调频功能时1 0 美元 ( k w 年) ，进行负荷跟踪时1 0 美元( k w 年) ，进行同步调相时5 美元( k w 年) ， 满足负荷爬坡时1 0 美元( k w 年) ，增加系统的可靠性折效益5 美元，( k w 年) 1 9 1 。 国外这些对于抽水蓄能电站的研究，很大程度上丰富了本文的研究思路，不足 之处在于，上述对于抽水蓄能电站文献都只是提供了参考数据，没有提供具体的计 算方法和评估模型。 1 2 2国内对于抽水蓄能电站价值实现机制的研究 在国内，北京勘测设计院于上世纪8 0 年代末期提出的抽水蓄能电站经济效 益分析方法研究当中，较系统地论述了抽水蓄能电站的节煤效益，并编制了相应 的软件，对于抽水蓄能电站静态效益的分析提出了比较成熟的建议。其计算方法是 在同等满足电力系统要求的前提条件下，经电力电量平衡，得出有、无抽水蓄能电 站两个系统的燃料费用之差，即为节煤效益；有、无抽水蓄能电站的两个等效组合 方案的基建投资之差，即为容量效益；最后提出十三陵抽水蓄能电站各项效益的估 算值。而合肥工业大学与华东勘测设计院合作研究了天荒坪抽水蓄能电站动态效益 评估项目，在研究中提出了应用概率法计算旋转备用效益的方法。其具体做法是： 将事故备用和负荷备用放在一起同时研究，即同时考虑机组的随机强迫停运和计划 外负荷的随机增加和减少，进而求出系统实际所需的旋转备用容量，当系统所设旋 转备用小于实际所需的旋转备用时，利用抽水蓄能电站的空闲容量和备用电能向系 统提供旋转备用；同替代方案比较，算出抽水蓄能电站提供旋转备用，从而节省系 统费用，提高供电质量的效益。司徒湛在广州抽水蒂能电站在广东电网中的作用 及经济性分析中给出广州抽水蓄能电站年静态效益和替代效益综合见表1 - 3 1 ”j 。 表1 3 ：广州抽水蓄能电站效豁评估情况 服务功能作崩量效益( 亿元)功能受益对象 i 发电 9 1 1 亿k w h9 1 1 0 3 7 = 33 7抽水蓄能公司 f 抽水( 吸收谷电) 1 1 5 6 亿k w h 1 1 5 6 o j 2 = 1 3 8 核电、屯网各公司 5 华北l e 力人导硕十学位论文 涮相2 3 9 亿k v a r h 2 - 3 9 0 3 7 = 0 9 电网 凋频投入1 0 次 周频靠氮栈朵诗3 4 9 ) ik w 3 4 9 x4 2 = 1 4 6 u 网 每次2 b 一4 5 万k w 事故容结备_ f ! i3 6 万k w省网减少投资1 2 6电网 负荷调整1 2 0 万k w 1 2 0 8 4 = 1 电网 增加可靠性1 2 0 万k w1 2 0 4 2 = 0 5 4电网 合计8 6 5 亿元，年，并减少电网1 2 ，6 亿元投资 存与抽水蓄能电站机制实现相关的运营策略方面，国电动力经济研究中心2 0 0 3 年完成的抽水蓄能电站管理体制和相关政策研究就抽水蓄能电站目前投资运营 情况进行了比较深入的总结，并提出了相关问题。中国水电顾问有限公司2 0 0 4 年2 月完成的抽水蓄能电站核算方式与管理模式研究报告对目前国内外抽水蓄能电 站的管理模式和核算方式的现状进行了重点介绍，并结合我国国情选取典型的抽水 蓄能电站进行了案例分析。河海大学程芳博士的抽水蓄能电站旋转备用容量电价 研究在研究我国现有电价制度对抽水蓄能电站影响的基础上，选取蓄能电站所提 供辅助服务中最重要的旋转备用功能进行了深入的研究1 1 ”。大连理工大学郭东浦的 工程硕士学位论文抽水蓄能电站效益计算方法和经济性研究计算了抽水蓄能电 站的静、动态效益，并对抽水蓄能电站与其他常规电站出于不同的技术特性和运行 方式而造成的经济性差异进行了比较i “1 。华北电力人学( 北京) 李笑蓉2 0 0 5 年1 月提交的硕士学位论文抽水蓄能电站运营模式与i 二网电价定价方案研究在介绍 目前抽水蓄能电站上网电价定价方法的基础上，提出了在参与市场竟价前的过渡时 期，独立运营模式抽水蓄能电站的上网电价定价方案l ”i 。另外，中国水电顾问有限 公司的赵士和1 1 4 。5 1 、上海大学言茂松【1 6 l 、华北电力大学何永秀【”。1 8 l 等老师也对抽水 蓄能电站有着深刻的认t 和研究。 1 3 论文研究的内容和意义 本论文以抽水蓄能电站的价值实现机制研究为核心，从抽水蓄能电站的效益评 估和运营管理机制两方面加以展开。在对抽水蓄能电站总体效益进行评估的基础 i i 以有、无辅助服务市场为分界点，研究了在有、无辅助服务市场两种情况下， 抽水蓄能电站价值实现机制方面的差异。本文研究的主要内容分为以下四部分： 第，对抽水蓄能电站的价值评估机制展”研究。本部分将首先确定抽水蓄能 电站各项效益的受益主体；然后，建立比较合理的抽水蓄能电站的效益评估方式。 这是制定抽水蓄能电站补偿方式和运营策略的基础，也是对论文以后部分进行研究 一6 华北电力人学硕士学位论文 的基础。 第二，在介绍国内外抽水蓄能电站运营情况的基础上，分析抽水蓄能电站运营 方式与电力行业整体情况之间的内在联系。本部分联系我田目前实际，探寻现阶段 最适合我国具体情况的抽水蓄能电站的运营、管理及补偿机制。 第三，对辅助服务及其市场进行简要介绍，然后在考虑抽水蓄能电站技术特性 的基础上，对多个市场下抽水蓄能电站的竞价策略进行研究。 第四，通过对宝泉抽水蓄能电站所处华中电网，尤其是河南电网的情况进行分 析，评估宝泉抽水蓄能电站的静、动态效益，并对其运营管理、价值补偿机制进行 了探讨。 华北电力人学硕十学位论文 第二章抽水蓄能电站价值评估 抽水蓄能电站具有多种多样的效益，而其受益主体也是多方面的。因此，对抽 水蓄能电站价值评估必须首先建立合理的评价体系。本部分将从静、动态效益两方 面着手，对抽水蓄能电站所具有的各项效益进行详细分析。 2 1抽水蓄能效益及其受益主体分析 2 1 1抽水蓄能电站所具有的效益分析 抽水蓄能电站的技术特性决定了其在电网中可承担多种角色，能够起到常规电 站所无法超到的作用。抽水蓄能电站的容量效益、节煤效益以及调峰效益称为静态 效益，其余为动态效益。在抽水蓄能电站的规划设计时一般对抽水蓄能电站的静态 效益给予了相当多的重视，经济计算也常以此为基础。但根据电力系统实际运行情 况来看，它的主要效益并不反映在可以计算的电量效益上，而主要反映在各种动态 效益上。一般认为，对抽水蓄能电站来说动态效益是主要的，静态效益次之。 容量效益：抽水蓄能电站由r 其站址选择受到的限制条件少，常具有良好的 地形、地质条件和优越的地理位置：其单位造价一般要低于常规水电站、火电站和 核电站；建设工期比水电、核电短；固定运行费用比火电低。抽水蓄能电站能有效 担任系统的工作容量和备用容量，可减少火电机组的装机容量，节省电力系统的投 资和运行费用，由此产生的经济效益叫做容量效益。 节煤效益：抽水蓄能电站抽水时具有填谷的功能，可改善提供抽水电源的火 电机组的运行条件，使得这部分机组以最优运行方式运行。这样既可提高火电设备 的利用率和运转效率，又可延长机组的使用寿命，降低运行维护费用，降低发电煤 耗和厂1 用电消耗。这部分燃料的节约叫做填谷节煤效益( 简称节煤效益) 。 调峰效益：抽水蓄能电站代替煤耗率高、发电成本责的调峰火电机组承担系 统的调峰任务，使系统的燃料消耗减少；并且，抽水蓄能电站承担调峰任务时具有 火电机组无法其有的技术优势，由此产生的效益，称为调峰效益。 调频效益：电力系统负荷瞬问突然变化，影响电网的频率稳定。为应付电力 系统的瞬l 瑚波动，在一些发电机组上常需装没自动调整装置。抽水蓄能电站实时跟 踪负荷变化，为系统安全稳定运行带来的效益，称为调频效益。 调相效益：电删无功不足，会使电网电压下降，这不仅影响供电质量，还影 响系统的安全运行。凶此，电力系统中既要有功平衡，也要求无功平衡。当系统无 一r 华j b 电力人学硕 学 市论文 功不足时，常要设置调相机，有时也将同步发电机改做调相运行或增发无功出力。 抽水蓄能电站的机组是同步电机，不仅在空闲时可供调相用，在发电或抽水的同时 也可以供给电力系统无功电力，这称为抽水蓄能电站的凋相效益。 备用效益：在大型电网中，必需设置负荷备用和事故备用，以应付难以预测 的负荷增加和突发性事故。若用火电机组柬承担，则常常将这些备用设置为“热备 用”，即将这部分容量分散在效率较低的机组上，使这些机组处于空转或少负荷状 态，这些机组常常偏离最优工况运行，使系统燃料消耗增加。而用抽水蓄能电站来 担负负荷或事故备用，则以“冷备用”待机，技术上能迅速满足突发负荷变化和突 发事故发，的要求，又可以为系统节约火电机组“热备用”的煤耗。 环境效益：抽水蓄能电站4 i 消耗水资源，不向大自然排放污染，对生态影响 小，是极清洁的能源。除了上、f 水库，抽水蓄能电站其余均为隐蔽工程，所以它 并不会破坏自然景观和旅游业。相反，抽水蓄能电站的优美的风景往往是极佳的旅 游资源，这会给电站带来不少的旅游收入。 2 1 2 抽水蓄能电站效益受益主体分析 抽水蓄能电站所具有的各种效益被常规电赫、电网、电力用户等分摊，并且， 由于抽水蓄能电站发电方式的特殊性，社会也能从抽水蓄能电站的运营中获益。修 建适当容量的抽水蓄能电站将形成一种多赢的局面。随着电力体制改革的进行，电 力负荷的变化和对于供电质量要求的日趋f “格，拉闻限电的现象将逐渐减少。供电 部门在电力质量要求提高的情况f ，对具有良好技术特性的电厂需求增加。这时抽 水蓄能电站将起到非常重要的作用。下面将对抽水蓄能电站的受益主体逐一加以分 析： 电网企业。随着供电质量要求的提高，电网企业面i 晦很大的压力。抽水蓄能 所具有启停快速、运行灵活的特点，对电网的安全、稳定运营起到很好的保障作用。 除具有良好的调频、备用等作用外，抽水蓄能电站的调相、黑启动等功能也将非常 关键。近年来国内外发生的一系列停电事故凸现出优化电力系统装机构成的重要 性。抽水蓄能电站对电网安全运营起到非常关键的作用。 电网中常规电源。抽水蓄能电站除具有调峰功能外，其还能在用电低谷期间 充当负荷。常规火电站压负荷运行将导致煤耗的增加。抽水蓄能电站利用低谷时段 的剩余r 乜量进行抽水，除能起到蓄能的作用外，还可以大夫改善系统中常规电源的 运行条件，减少电厂煤耗、降低运行成本，延长机组的寿命。 u 力用，“。抽水蓄能电站低谷抽水、高峰发电的双重调峰功能降低了系统规 划中对高成本调峰容量的需求，降低了系统的投资与调峰机组的运行费用，减少了 用户应分摊的成本费用。并且，抽水蓄能电站除改善电网中各类电源的运行方式外， 一9 一 华北【b 力人学硕十学何沧义 另一方i f 【也保证了各类用户的用电质量和可靠性，用户因此而受薷。 社会。抽水蓄能电站对社会环境也产生明显的效益，如提高供电安全、减少 环境污染、增加旅游景点等，可以充分地利用资源以促进我国能源的可持续发展。 2 1 3 抽水蓄能电站各受益主体间的价值转移 抽水蓄能电站目前的价值回收主要采取的是电价这个途径。在这种情况下，抽 水蓄能电站以其出售的电量作为收入的衡量标准。而抽水蓄能电站特殊的技术特性 决定了其发电时段主要集中在电网负荷高峰时期。可以说，在抽水蓄能电站发电时 段，在电站和电网企业之问基本遵循的是公平交换的原理，抽水蓄能电站的价值得 到一定程度的体现。但国内外抽水蓄能电站的运营经验表明，抽水蓄能电站的主要 效益并不应该仅体现在这个上面，其承担调频、备用等动态效益应该是主要的。如 果对抽水蓄能电站实行以发电量为计量单位的补偿机制，将违背国家建设抽水蓄能 电站的初衷。 在完善市场经济条件下，供求关系决定了商品的价格。当供给量和需求量达到 均衡时，就形成了商品的价格。市场交易客体、交易量都是由市场中供需双方所决 定。但对于我国目前电力行业的具体情况来看，由市场供求关系来决定均衡价格将 很不现实。目前我国电价并不是完全依市场调控，政府管理电价的政策性电价体系 对电力价格确定仍然起着起实质性的主导作用。并且，我国的电力法规并没有对电 能质量提出强制规定。在我国目前情况下，当电力供求关系紧张时，通常采取拉闸 限电的手段而不需要进行任何的补偿。这时，以保证电力系统的安全为首要任务的 抽水蓄能电站的效益很难体现。通过下面的供求关系图分析，如果对于电力企业( 包 括发电企业和输配电公司) 没有保证质量的强制规定，抽水蓄能电站动态效益的潜 在购买者就会降低对于交易物的价格认知，需求曲线向下移动，均衡价格也会出现 下移。当移动超过一定的幅度，抽水蓄能电站很难保证不亏损。 价格 p n 图2 1价格与产苗天系图 存研究抽水蓄能电站的受益主体时，还有一个概念必须提及，那就是外部性。 当一个行为个体的行为不是通过影响价格而影响另一个行为个体的环境时，就称之 为存存外翮性。或者说，当某个行为个体的行为所引起的个人成本不等于社会成本， 1 0 华北l u 力人学颐十学位论文 个人收益小等于社会收益对，就存在外部性。抽水蓄能电站既能调峰填谷，又能承 担调频、调相和系统事故备用等辅助服务功能，所提供的产品和服务为多个受益主 体带柬福利，不具有排他性。在目前情况下，这些经济活动能为社会上其它成员带 来好处，但抽水蓄能电站本身却不能由此得到补偿，其动态效益存在“看得见、拿 不到”的现象。此时，抽水蓄能从其活动中得到的私人利益就小了二该活动的社会效 益。这种性质的外部性即为所谓的“外部经济”。在我国现行电价机制下，由于我 国目前还缺乏比较完善的辅助服务市场机制，如果不采取特殊的补偿措施，抽水蓄 能电站的效益很难得到回收，价值难以得到体现，将很大程度上影响其生存的能力。 2 2 抽水蓄熊电站效益评估方法及思路 2 2 1 抽水蓄篚电站的评估方法 2 2 1 1从电源角度对抽水蓄能电站效益的评估 抽水蓄能电站的效益评估并不是割裂的事件，而是相互关联的整体。抽水蓄能 电站运行t ：况的变化具有很强的随机性，其效益值也不是恒定的，会随着运行工况 的不同而存在差异。抽水蓄能电站的效益评价方式，目前主要有以下两种1 1 “”i ： 1 、等效替代法 首先，求出所研究抽水蓄能电站提供事故备用时事故持续时间、事故缺供电力 和事故缺供电量等可靠性指标的年期望值；然后，再求出系统中没有该抽水蓄能电 站而由其他电源提供替代供电服务并能达到同样的可靠性水平( 即三个可靠性指标 的年期望值相等) 时所需替代措施的容量；最后，比较两种措施的年费用，蓄能电 站投入的年费用比替代方案年费用的减少值即是抽水蓄能电站所求备用效益的年 值。对于抽水蓄能电站所具有的调频效益、调相效益等而言+ ，在方法上与计算抽水 蓄能电站备用的方法是相同的，主要是从功能效益上进行考虑，即为达到同样的可 靠性水平，采取替代措施时所付出的代价，亦即替代方案多发生的费用。 2 、随机模拟法 本法采用蒙特卡罗模拟，首先模拟出发电系统运行和检修状态，根据逐小时的 模拟结果计算出发电系统在线工作容量盈亏过程；然后以考虑抽水蓄能电站的事故 备用作为基本方案，不考虑蓄能机组提供事故备用而是在系统既设火电旋转备用之 外增设部分事故备用作为补偿为对比方案，模拟上述两种不同备用方案的运行过 程，当两方案运行结果等效( 降低系统负荷损失电量相同) 时，停止计算：最后比 较两者的费用，基本方案比对比方案节省的系统支出费用，即为抽水蓄能电站事故 备用效益。由于调频与备用在本质上的相似性，抽水蓄能电站调频效益可用随机生 华北电力人学硕十= 学位论文 产模拟法加以计算。 2 2 1 2 从用户角度对抽水蓄能电站实施评估 系统中有无抽水蓄能电站将直接影响到电网供电的稳定性和可靠性。而这些都 最终要反映到用户上。不同电源装机构成对电力用户的影响相当明显。在研究抽水 蓄能电站所具有的效益时，用户的因素必须考虑在内。 评估用户缺电损失的常用方法有三种：用户调查法、停电事件研究法以及| - 日j 接 评估法【”i 。这其中，最为常用的是用户调查法。该方法用于评估短期的直接的缺电 损失。加拿大s a s k a t c h e w a n 大学的电力系统研究组从8 0 年代以来对缺电损失问题 进行了深入的研究，在1 0 年间，对包括居民、商业、农业、以及小工业领域进行 了调查。在调查过程中，采用了以下方式：第一种适用于大工业和商业用户，是直 接询问用户在给定停电条件下的停电成本；第二种方式是询问用户愿意支付多少钱 以避免某次停电的发生，或者愿意被支付多少钱以接受某次停电；最后种是间接 的价值评估，用在直接询问的方法失效的时候，从用户对预先设置的一些问题的回 答推导出用户的停电成本。对调查结果进j r 进一步的处理，可以得到用户停电损失 函数，这一函数反映了不同类型的用户在不同的停电持续时间的情况下停电损失的 预期值。 2 2 2 抽水蓄靛电站评估的思路 就目前研究水乎来说，在进行电力系统电源优化时，一般只对其静态效益进行模拟 量化，对动态效益只能进行定性地分析或估算。在设计工作中，精确计算抽水蓄能电站 效益更为困难。我国各设计院在抽水蓄能电站各设计阶段进行经济评价时，一般只计算 静态效益，并且大都采用简化了的容量和电量替代系数法，即用抽水蓄能电站的装机容 量乘以容量替代系数( 一般取1 0 5 1 1 ) ，计算抽水蓄能电站的替代容量；按照抽水蓄 能电站的发电量乘以电量替代系数( 般为i 0 5 ) 计算替代电站的发电量，再根据循环 效率大小计算抽水蓄能电站的燃料消耗。这样的处理方法过于粗糙，且具有很大的任意 性。上面提到的随机生产模拟的方法，通过模拟发电系统的运行和检修状态，逐时段模 拟在线工作容量的盈亏过程，采用等效替代的方法得出事故备用效益。但问题是该方法 需要输入大量技术数据，且计算量随着参数的增加呈几何级数递增。 本文将采用等效替代法。等效替代思想的基本思路是在满足电力系统供电要求 前提下，以电力系统中有抽水蓄能电站的方案作为基本方案，以电力系统中无抽水 蓄能电站的方案作为替代方案，在相应的约束条件下，分别计算两个方案的效益指 标，二者的差值即为抽水蓄能电站的效益。， 当然在评估静态效益和动态效益时，两个方案的约束条件和效益