（电力系统及其自动化专业论文）风力发电激励制度及竞价机制的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 随着能源与环境问题的日益突出，风力发电日益受到重视。但是与常规能源相 比，风力发电的成本高且不稳定，在开放的电力市场中没有竞争力；并且由于风电 并网对电力系统的不利影响，往往被独立于电力市场交易机制外。针对这种情况， 本文研究了可再生能源制度特点及其在期货市场、平衡市场及电网规划等方面的影 响。探讨了以风力发电为代表的可再生能源制度的有效性及对发展我国风电市场的 启示。分析了含风力发电的电力市场竞价机制，通过算例验证分析，说明了市场清 算价的确定以不计风力发电机组竞价时，更有助于风力发电的商业化推广。所提方 法有望为我国可再生能源市场的建立提供理论依据，并为政策制定者提供决策支 持。 关键词：风力发电，可再生能源激励制度，竞价机制，市场清算价，电力市场 a b s t r a c t a st h ep r o b l e m sr e l a t e dt oe n e r g ya n de n v i r o n m e n t a li s s u e se m e 玛i n g ，w i n dp o w e r i sd r a w i n gm o r ea t t e n t i o nt h a nb e f o r e h o w e v e r d u et ot h eh i g hc o s ta n di n t e m l i t t e n t n a t u r e ，w i n dp o w e ri sn o ta sc o m p e t i t i v ea sr e g u l a re n e r g y b e s i d e s ，t h ei n t e g r a t i o no f w i n dp o w e rh a san e g a t i v ee f f e c to nt h ep o w e rs y s t e ma n dt h u sh a sb e e ni s o l a t e df r o m e l e c t r i c i t ym a r k e t t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fr e n e w a b l es u p p o r ts c h e m e s a n dt h ei n n u e n c e so nf - o n ) i r a r dm a r k e t s ，b a l a n c i n gm a r k e t sa n ds y s t e mp l a n n i n ge t c i t a n a l y s e st h ee f f e c t i v e n e s so fa p p l i c a t i o no fs u p p o r ts c h e m e so nw i n dp o w e ra n dp r o v i d e s i n c e n t i v e sf o rc h i n a sw i n dp o w e rm a r k e t t h i sp a p e ra l s o p r o p o s e st h ep r i c i n g m e c h a n i s mo fw i n dp o w e ra n df o u n dt h a tt h em c pc a l c u l a t e dw i t h o u tm ew i n dp o w e ri s t h em o s ts u i t a b l ep r i c ef o rw i n dp o w e rc o m m e r c i a l i z a t i o n t h i sr e s e a r c hi se x p e c t e dt o b eg u i d el i n ef o rp 0 1 i c ym a k e r si ns e n i n gu pr e n e w a b l em a r k e ti nc h i n a “uc o n g ( po w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f l ig e n g y i n k e yw o r d s ：w i n dp o w e r r e n e w a b l es u p p o r ts c h e m e s ，p r i c i n gm e c h a n i s m ， m a r k e tc l e a r i n gp r i c e ，e i e c t r i c i t ym a r k e t 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文风力发电激励制度及竞价机制的 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，论文中不 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。 学位论文作者签名： 日期：竺蛹2 ：r 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、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： 日期： 导师签名： 劾、派 华北电力大学硕士学位论文 1 1 研究目的和意义 第一章绪论 风能是取之不尽的、清洁的可再生能源，加快开发利用风能已经成为全球能源 界的共识。我国风能资源丰富，可开发的风能资源理论上有2 5 3 亿千瓦【l 】，商业化、 规模化的潜力非常大。而风力发电作为目前为止技术最成熟、效率最高的可再生能 源，日益受到国家的重视及扶持。虽然装机容量在整个电力系统中所占比例还无法 与传统的水火电容量相比，但是，风力发电已经形成完整地产业链条从风机的 制造、控制到风电场并网，从学术研究到工业应用，风力发电是当今电力系统最为 活跃的领域之一【z j 中国风力发电发展得十分迅速，风能正以一种新能源的姿态，挑战以燃煤为主 的火力发电。国家发展和改革委员会今年重新修订的我国风电发展规划目标为：中 国风力发电装机容量将在2 0 1 0 年达到5 g w ，到2 0 2 0 年将上升到3 0 g w 。风电发展 的大好前景给电力市场注入了新的活力和机遇。因此，风电市场开发研究对风电的 进一步发展有着至关重要的意义。 电能作为一种特殊的商品，其交易本身就具有垄断性，开放电力市场就是为了 打破垄断，引入竞争。但是，由于风能的不稳定性及难以预测性，风电并网影响了 电力系统的稳定性，增加了电力系统运行及调度的困难，因此，风力发电被长期独 立在电力市场交易外。随着技术的进步和融资环境的改善，风力发电成本必然会越 来越低，接近火电和水电成本，如果考虑到外部成本和未来化石燃料的燃烧成本， 风力发电和常规电力价格的差距还将缩小。但尽管如此，高价的风电依然面临市场 销售的巨大压力，许多风电场长期“窝电”，收不回成本更没有更多资金建新的项 目。这一情况有政策的原因，有企业的原因，也有市场机制的原因，以往简单的行 政指令将难以为继。 综上所述，一方面，风能与传统能源相比，成本高，风险大，如果没有政府扶 持，风力发电在开放的电力市场中没有竞争力【3 - 5 1 ；另一方面，风力发电的环境效益 与社会效益也是传统能源无法比拟的，各国发展风力发电的力度只增不减。因此， 只有加强风力发电的市场竞争力，建立与之匹配的可再生能源激励制度，才能解决 上述问题。首先，对可再生能源激励制度的分析与研究是发展风电市场的第一步， 也是本文研究内容之一。研究关键在于分析风力发电在不同的激励制度下的适用性 及风力发电对电力市场的影响等问题。其次，现有的电力市场竞价体制中，只考虑 了常规发电能源的参与，而并没有考虑到风力发电的参与。随着风力发电装机容量 的上升，风力发电参与市场竞价成为必然的发展趋势。因此，传统的电力市场竞价 1 华北电力大学硕士学位论文 机制需要进一步改进以适用于新的电力市场交易方式风力发电参与竞价的电力市 场交易方式也为本文的研究内容。 对可再生能源激励制度的研究和对风力发电竟价机制的研究，目的都是为了促 进风力发电发展。实际上，这两者是不可分割的一个有机整体。可再生能源开发的 一个最大问题，就是缺乏一种激励制度将可再生能源技术商业化推广，而电力市场 竞价，就是为了保证发电商的收益。在发展初期，风力发电通过政府政策扶持走上 轨道，但是扶持是暂时的，最终目的还是建立可再生能源发电市场，进入竞争的电 力市场中去。因此，对于可再生能源市场的建立及政策制定，此研究具有重要的学 术意义及实用价值。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 1 9 7 3 年发生石油危机以后，美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源， 投入大量经费研制现代风力发电机组，开创了风能利用的新时期。最近1 0 年中， 风电在世界范围内飞速发展，在一些欧洲国家和印度等发展中国家，市场和产业的 年增长率都在2 0 以上，其主要得益于各国采取的各种激励政策的积极引导。 德国和西班牙等欧洲国家采用长期的保护性电价政策，为风电和其他可再生能 源开发商提供担保的上网电价，并要求电力公司与风电开发商签署长期购电合同【6 】。 长期固定的较高收购风电电价，使这些国家成为风力发电市场扩展最快的地区。 以英美等图为代表实施的是可再生能源配额制。该政策规定，在总电力供应量 中可再生能源应达到一个目标数量，同时规定了达标责任人【7 】。风电价格由市场决 定，该政策与政府的发展规划结合，形成一个可持续的政策机制。 招投标政策是指政府采用招投标程序选择风电项目的开发商，提供最低上网电 价的开发商中标。中标开发商负责风电项目的投资、建设、运营和维护。该政策形 成了促进风电规模化和商业化的竞争发展机制【8 】【9 1 。 由于这些稳定的经济激励政策，欧洲风电保持了高速增长。1 9 9 6 年以后年增长 率超过3 0 ，使风电成为发展最快的清洁能源。欧盟1 9 9 1 年原来规划到2 0 0 0 年装 机4 g w ，结果1 9 9 7 年就达到4 7 9 g w ，不得不制定新的规划，2 0 0 0 年的指标为8 g w ， 实际完成了1 3 6 3 g w ，超额7 0 。2 0 0 3 年欧洲风能协会又提出2 0 1 0 年规划的目标 是7 5 g w ，占欧洲电力装机容量的1 0 6 ，2 0 2 0 年的目标是1 8 0 g w ，占欧洲电力装 机容量的2 1 。 在对于风力发电的市场机制的改进上，有些国家将风力发电用于日前市场及实 时市场的交易，且免收不平衡费用【i 。发电不平衡量是计划发电量与实际发电量偏 2 华北电力大学硕士学位论文 差造成的，不平衡费用的收取是为了避免博弈并保证系统运行。有些国家，风力发 电不允许参与竞价，只有在风力发电可用时才并网使用【1 1 1 。通常，风电的价格是在 市场价基础上支付另外的补贴费用。即使如此，风力发电的成本仍旧难以回收，为 了促进风电发展，提高效率，改进电力市场竞价机制是必要的。 1 2 2 国内研究现状 尽管我国在1 8 0 0 年前就有了帆船、风车等利用风能的记录，但现代风电产业 的发展却始于2 0 世纪6 0 7 0 年代，并且是从离网式小风机的研发推广开始的。并 网式大型风电的开发则始于7 0 年代末，在8 0 年代后期开始得到规模化发展，这比 国外仅仅晚了大约十多年。但在始于9 0 年代的全球风电发展浪潮中，中国开始落 后于德国等风电强国。 中国风电的发展近年迎来了商业化的启动。1 9 9 7 年以后，国家先后采取了乘风 计划、双加工程、国债支持、风电特许权招标等一系列措施推动并网风电的发展。 尤其是2 0 0 5 年2 月通过的可再生能源法，不仅鼓舞了各路清洁能源投资商，而 且吸引了所有传统能源巨头投身于清洁能源投资领域，在可再生能源领域掀起了一 场风电投资热潮。 国内有关风力发电在电力市场中的改革与发展的研究，主要集中在以下两个方 面：一是对风力发电并网对电力系统带来的影响及其解决途径的研究，如文献 【1 2 】- 【1 4 1 ；另一方面是在对推动风力发电发展的政策理论上的研究。风力发电技术 的不断发展，为风电进入电力市场提供了现实基础，为相关政策的实施创造了条件， 更重要的是提高了风力发电在电力市场环境中的竞争力。但是，国内针对风力发电 市场机制改革的研究，大多停留在国外可再生能源理论和实践经验的介绍上，或者 停留在政策参考层面上。 文献 1 5 】【1 6 】结合我国的国情、法律体系、可再生能源发展状况以及我国电力工 业发展与电力体制改革进程，分析各种促进可再生能源产业政策在我国的可行性及 风电产业投资的情况。文献【1 7 】简述了发展风电的优势及其在国内外的发展情况， 指出了影响我国风电发展的某些政策弊端，提出了完善和优化我国风力发电政策的 建议。文献【1 8 】综述了可再生能源的概念及分类，指出了中国发展可再生能源的必 要性和可行性，中国可再生能源发展障碍并为中国可再生能源发展战略提出建议。 总体上，国内文献对风力发电的电力市场机制的研究尚未深入，现有的研究主 要为对政策上宏观性的探讨，并多停留在理论上，实例研究较少。因此，在风力发 电发展r 益重要的今天，针对风力发电市场机制的研究，迫切需要有效的理论和方 法。 3 华北电力大学硕士学位论文 1 3 论文的主要工作 本文研究的重点在于通过对风力发电激励制度的分析与研究，评价不同的可再 生能源制度的有效性，以及对中国风力发电市场的启示。探讨风力发电参与市场竞 价的方法，分析不同方法下电力市场清算价的确定对发电商收益的影响，并通过算 例验证。 论文主要分两个部分，第一部分分析了不同可再生能源制度对电力市场的影 响。分别从期货市场、实时市场及辅助服务市场三大方面分别进行了分析。另外， 还讨论了风力发电对电力市场中的市场力、市场串谋的影响。重点分析了风电与电 力市场电价关系与相互作用。以德国和英国的可再生能源激励制度为例进行了说 明。 第二部分分析了风力发电在电力市场中的交易方法与竞价机制。风力发电参与 电力市场交易主要有两种方式，其一是与常规能源发电同等参与电力市场竞价，其 二是风力发电可用时才参与竞价。本文结合电力市场清算价理论，通过算例，分别 讨论了单边电力市场竞价( 仅供给侧) 和双边电力市场竟价( 供给侧与需求侧) 情 况下，风力发电对电价的影响。 此论文为可再生能源的政策制定者及系统的运行人员提供参考，以加强风力发 电的竞争力，并保证风电并网的可靠性及经济运行。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章风力发电及其发展面i 临的主要问题分析 2 1风能简介 空气流动所形成的动能称为风能。与化石能源不同，风能是一种洁净的、可再 生的、储量很大的能源。利用风能来发电，能使环境避免污染，气候得到保护，使 人类的健康和地球上的生命质量免受不良影响。因此，风能是一种优质的绿色能源。 而且，风能的储量非常巨大，理论上，仅1 的风能就能满足人类现代能源的需要【6 1 。 2 2 风力发电原理 2 2 1 风力发电技术 风力发电技术是多种高新技术应用的综合体。风电技术发展与空气动力学、航 空学的发展密切相关。 风电技术的另一个表现是必须具备高强度的抗疲劳性能。风电场的年平均风速 范围在5 1 1 m s 之间变化，极端的瞬时狂风可达7 0 m s ，而且风向飘忽不定。风力 机要承受来自恶劣风力条件下的十分不规则的交变载荷。通过对结构部件的试验得 出这样的结论，风力机的疲劳周期要比其他旋转电机大得多。假定一个现代风力机 的设计寿命为2 0 年，每台风电机组需要在无人值守和裸露在恶劣得气候条件下安 全运行高达1 2 万小时【_ 7 1 。 另外，风力资源具有广域分布、不稳定、能量密度相对较低的特点，对高效的 风能获取技术提出了更高的要求。这给风力机的设计、工程安装以及运行维护增加 了难度。 其他的挑战还有： ( 1 ) 满足并网的技术要求，包括频率、电压、谐波含量等； ( 2 ) 成本要求，能与其他发电方式进行经济上的竞争； ( 3 ) 环境要求，噪声在可以接受的范围之内，造型不影响景观。 尽管风电技术复杂，在人类不懈的努力下，风电技术已经取得了长足的进步。 1 9 世纪开始提出，到2 0 世纪的最后2 0 年，风机制造业得到了飞速发展。在近年里， 风力发电机的功率增加了1 0 0 倍，风电成本也随之大幅度的下降。现在，风电技术 仍在快速进步中，主要的发展趋势表现在【7 】： ( 1 ) 风力发电机组的单机容量继续增大，兆瓦级机组与百千瓦级机组比小型机 组有更好的经济效益。风力发电机组桨叶增长，具有更大的捕捉风能的能力。塔架 高度上升，在5 0 m 高度捕捉的风能要比3 0 m 高处多2 0 。 5 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 风力发电机组控制技术采用变速风机，在平均风速6 7 耐s 时，比恒速风机 多捕获1 5 的风能。 ( 3 ) 海上风力发电技术取得进展，丹麦、德国、西班牙、瑞典等国都在建设大规 模的海上风电场项目，同等容量装机，海上比陆地成本增加6 0 ，但电量增加5 0 以上，并且，每向海洋前进l o k m ，风力发电量增加3 0 左右随着风电技术水平 的不断提高，其经济性逐步提高。一般估计，2 0 2 0 年风力发基本上可以和清洁的煤 电相竞争【19 1 。 2 2 2 风电场 风电场是指将风力发电机组并网到常规电网上，是大规模利用风能最经济的方 式。商业化的机组单机容量为1 5 0 k w 至3 0 0 0 k w ，既可以单独并网，也可以由多台， 甚至成百上千台组成风力发电场，简称风电场【2 0 1 。 风力发电机组( 简称风电机组) 是将风能转化为电能的机械。风轮是风电机组 最主要的部件，由叶片和轮毂组成，叶片具有良好的空气动力外形，在气流作用下 能产生空气动力使风轮旋转，将风能转换成机械能，再通过齿轮箱增速，驱动发电 机转变成电能。电能通过升压变压器到电网同一等级的电压后，并网运行。 风电机组主要参数为风轮直径( 或风轮扫掠面积) 和额定功率。风轮直径说明 机组能够在多大的范围内获取风中蕴含的能量，是机组能力的基本标志，它应当根 据不同的风况与额定功率匹配，以获得最大的年发电量和最低的发电成本。额定功 率是与机组配套的发电机铭牌功率。其定义是“正常工作条件下，风力发电机组的 设计要达到的最大连续输出电功率”。图2 1 为风力发电机组的功率曲线图。其中， 横坐标是风速以m s ) ，纵坐标是机组的输出功率p ( w ) ，功率曲线主要分为上升和恒 定两部分。机组开始向电网输出功率时的风速称为切入风速，随着风速的增大，功 率上升，大约与风速的立方成正比。达到额定功率值时的风速称为额定风速，此后 风速再增加，由于风轮的调节，功率保持不变。允许机组j 下常运行的最大风速称为 切出风速，当机组运行时遇到超 过切出风速的大风时必须停机与 电网脱开，输出功率立刻降为o ， 功率曲线到此终止。风电机输出 在达到额定功率之前，功率与风 速的立方成正比，即风速增加l 倍输出功率增加8 倍，所以风力 发电的效益与当地的风速关系极 大。 机组年估计发电量是指功率 o5 1 01 5 2 02 53 03 5 矿( m s ) 图2 1某型号的风力发电机的功率输出曲线 6 o o o o o o o o 0 柏 始 如 怂 如 ：2 加 5 v 氐 华北电力大学硕士学位论文 曲线上有每个风速段对应的输出功率( k w ) 和风频分布圈上有每个风速段对应的年 出现小时数 ( 或百分比) 的乘积( k w ，h ) 就是该风速段的年理论发电量，各风速 段的年理论发电量累加后，再乘匕l 各种损失系数( 合计结果约7 0 一8 0 ) ，得到该机 纽估算年发电量。 23 风电的环境效益和社会效益 23 1 风电的环境效益 传统能源的真实生产成本包括那些不得不山 社会吸收的代价包括健康影响和当地及地区性 甚至全球性的环境恶化。据欧盟委员会的“外部 性e ”研究项目的估算，如果将这些外部成本内 部化，煤和石油的发电成本将翻倍，天然气的成 本则会上升3 0 。如粜将这些成本计算进电力价 格，许多可再生能源，尤其是风屯，将不需要任 何政府政蘸扶持，将具备很强的市场竞争力。任 欧盟，仅2 0 0 5 年一年，风电就避免了5 0 亿欧元 庶刖 幽2 2 能源的社会成术 的外部环境成本的发生川。图2 2 是欧洲m 能协会的研究成果。柱l 表示风能发电 柱2 表示常舰能源发电，纵坐标表示社会总成本。 232 风电的社会效益 风山发电已经被证明具自广泛的社会效益，除了环境效j ；i i 之外，_ i 丕自就业效益 和脱贫敏高等社会综台效盏。任何一个新的丁业都会为当地制造新的拈i l 机会。美 国一项研究表叫，牛广l r 司样的电力，风电比煤炭发电多创造2 7 的就、眦，比天然气 联合循虾发r n 多创造6 6 的就业。而风能资源丰富的地区，一般 占况f 都足自然条 件比较恶劣的地区，当地居民发展经济的条件很差，风力发i n 很t 丌能是当地脱贫致 富的重要手段。 24 风电的成本与价格 24 1 风电的成本 风力发电是可再生能源技术中成本降低最抉的发i u 技术之 。随着市场发展和 技木进步，批电价话显若下降。在过士s 年l b ，其成本下降约2 0 。风t 乜成本随p 均风速的增加而降低。在一个资源好的场址，胤电成本己经能与新建火电厂相竞争t 华北电力大学硕士学位论文 根据国外测算，平均时速为7 “sl l 的场址，如果投资为7 0 0 欧元k w ， 1 6 则风电可以与天然气发电竞争f 7 1 。 1 2 随着制造成本和其它成本的蔓； 逐步下降，风电的度电成本也，弋幅鉴： 度下降( 见图2 3 ) 。2 0 0 2 年丹麦每 2 k w 装机容量的投资成本为8 2 3 欧 i 元，发电成本4 0 4 欧分k w h 。预 计2 0 l o 年发电成本下降至3 欧分 9 0 i1 9 8 31 9 8 5 1 9 8 71 9 眇1 9 9 i1 9 9 31 9 9 51 9 9 71 9 9 92 l2 0 0 32 0 0 s2 0 0 7 图2 3 风力发电成本变化【7 】 l ( 、，2 0 2 0 年降低为2 3 4 欧分k w h 。 事实上，不同国家的风电投资成本大不相同，其原因是由于不同的风能资源和 不同的建设条件，包括不同的激励政策，但总的趋势是风电成本越来越低。成本下 降的原因很多，最重要的原因就是随着技术的改进和规模化生产，风电机组越来越 便宜并且高效。 2 4 2 风电的上网电价 风电的上网电价主要取决于资源条件和政策环境。西班牙、澳大利亚和美国的 风能资源条件较好，上网电价较低，一般在6 8 美分k w h ，德国、意大利等国风能 资源较差，价格分别从8 1 3 欧分k w h 不等【2 1 1 。 2 5 风力发电发展面临的主要困难 2 5 1 风力发电的激励机制不1 建全和风电电价问题 近年来，我国对风力发电越来越重视，多次出台了鼓励政策支持风电的发展， 还将风电纳入我国“十五”计划。但是，除了原电力部关于风力发电上网管理规定 以外，目前我国还没有出台更加具体的措施有效降低风电电价，尤其是缺乏对风电 的财政补贴和税收减免政策。 ( 1 ) 财政补贴是世界各国对风力发电最直接的一种鼓励政策。它是政府或相关 职能部门对风力发电的投资、生产、上网销售等环节的支出给与一定的减免或补贴 以促进风电与常规能源发电竞争。例如美国一些州实行的“每千瓦时新能源发电直 接补贴 ：即生产者每生产一度风电，就能从政府获得o 1 5 美元的经济补贴。还有 一些欧洲国家，如丹麦，除了对风场经营者直接补贴外，还给予o 1 丹麦盾k w h ( 合 o 1 元k w h ) 的碳税补贴，有效地降低了风力发电的成本电价，刺激了潜在投资者 的投资热情。同国外相比，我国的风力发电才刚刚起步，还没有建立健全的以财政、 8 华北电力大学硕士学位论文 税收、环保和市场为主要内容的激励制度体系。从中国工程院对风力发电专家和经 营者所做的问卷调查中发现，9 0 专家认为“缺少优惠政策 是我国风力发电发展 的主要障碍的首位。这说明我国在国家层次上没有积极支持风电产业的政策，风电 上网与市场电价的差额只好由电力系统内部或地方电网补贴，在电力体制市场化改 革之后，各电网公司进入市场相互竞争，这样的差价分摊方式将难以为继。 ( 2 ) 税收减免政策也是对风力发电的有效激励手段。我国目前常规风电项目( 以 内蒙古风电项目为例) 所须缴纳的税种有：6 的风机进口关税和1 7 的进口增值税； 3 的零部件税率；3 3 的企业所得税；销售税金附加( 包括城市建设税和教育费附 加) 分别为5 和3 ；1 7 的增值税。其中，增值税在电价成本中占很大的比例， 以经营期0 6 7 元的平均上网电价为例，其中增值税约占电价的1 4 5 ，折算成电价 约为o 1 0 1 元k 讹，仅次于成本费用所占的比重，是影响风电电价的一个重要因素。 这主要是因为我国的风力发电产业才起步，风电上网增值税无章可循，税则中也没 有规定风电上网电量的增值税率，税务部门套用火电的增值税率，按1 7 计收，没 有考虑到两种发电方式完全不同，一种是消耗有限的矿物质能源，一种是利用可再 生能源；一种是有进项税抵扣，一种无抵扣，须全额缴纳。因为风电不像火电那样， 在生产过程中消耗大量的煤和水，有进项税抵扣。按1 7 的增值税率征税，抵扣后， 火电负担税额仅o 0 3 元k w h ；而风电的进项税抵扣不足l ，也按1 7 的增值税率 征税，风电增值税净征收额已超过o 1 0 元k w h ，是火电的3 倍多，大大加重了风电 的成本负担，削弱了风电在能源市场上的竞争力。因此国家要鼓励风力发电产业的 发展，就应该对风电项目实行“个案 审批，先征后返，既每月按1 7 的税率征税， 年底再由财政返还1 1 ，这样实际缴纳的税额就与火电比较接近了。这样既可扶持 风电产业加速发展，又不会对国家财政产生冲击和损害。 ( 3 ) 风电企业需要绿色电价。我国目f i 的电价，总体上是低于发达国家的电价 水平。以德国为例，其平均售电价折合成人民币约为1 13 元k w h ，高出我国平均水 平一倍多。但是我国的风电电价却高于国际水平，这主要是由于我国在现阶段没有 考虑社会生态的量化效益，没有实施绿色电价来保护风电企业。目前内蒙古的风电 企业正在走公司化经营的道路，但风电的电价机制尚未建立，还按还本付息加微利 的原则，套用火电或水电的电算程序测算成本和电价，时高时低，难以规范，严重 阻碍了风电企业的进一步发展。风力发电与火力发电不同，尽管二者所发电的质量 无差别，在使用时也没有任何区别，但在生产过程中，风电不耗水、不燃煤、无排 放、社会生态效益好，因此国家应在定价时考虑可避免成本，风电的电价应为国家 批准的大型火电机组上网不含增值税电价加上风电的减排、节水、节煤等社会效益 的量化值。风力发电产业作为清洁的、可再生能源产业中最活跃、最现实的新产业， 需要一个公j 下合理的定价。有了绿色电价，才可以确保风电企业的生存与发展，确 保绿色电力顺利的通过电网，销售到有关用户，使许多企业和社会公众享用绿色电 q 华北电力大学硕士学位论文 力，同时也承担起支持绿色能源发展的权利和义务 2 5 2 风电项目投融资方面的障碍 作为国家扶持产业，风电可以获得国家的低息贷款，如国家经贸委每年有1 2 亿元用于可再生能源产业的发展，一些双边和多边援助也向风电项目提供低息或无 息贷款，但是这些贷款数额较小，只能用于一些示范项目，要开发大规模的风电项 目，开发商主要还是以银行贷款作为融资的主要来源。但我国目前缺乏完全商业化 投资的风电项目，银行对风电项目的贷款期限远远短于对火电和水电项目的贷款期 限，仅为7 年，这加重了风电项目在还贷期的还贷压力，增加了风电的成本电价。 在对风电专家就“如何促进风力发电发展的对策”的调查中，5 0 的专家认为贷款 政策对风电发展非常重要。但是，对于我国许多商业贷款机构而言，新能源开发的 项目是高风险的，所以对这类项目不仅贷款期限短，而且利息高，使新能源项目同 火电项目相比，在经济性上处于劣势。在许多欧美国家中，政府一般对风电这样的 新能源项目提供长期低息贷款。如果我国风电贷款的利息降低到1 ，那么在还贷 期内风电的成本就能下降2 0 左右。还贷期的长短也对风电的成本有很大的影响， 如将贷款期限由1 0 年增至1 5 年时，风电电价将下降o 0 5 5 元。世界银行的许多机 构都对新能源项目提供2 0 年的低息贷款，使电价至少下降o 0 8 元，因此获得长期 贷款是非常重要的。这种政策有效地降低了投资者的风险，鼓励潜在投资者进入。 就我国目前的现状而言，风电开发公司的资本实力目前还不强，其他投资者对风电 项目又不熟悉，风电项目缺乏有雄厚资本实力的大公司的投资。例如一个l0 0 m w 的风电项目对一般的开发公司而言，筹集资本会可能已经很不容易，担保的困难就 更大了。在国家批准内蒙古的几个风电项目，贷款金额都在1 亿元以上。银行评估 中担保问题已成为影响项目进展的又一个障碍。现在银行向商业化转变，要求贷款 项目都要有符合条件的企业担保，而内蒙古地区有能力为大项目做担保的企业比较 少，因此寻找担保单位相当困难，这样必然影响评估，延误项目的实施。因此国家 需要为项目融资创造条件，使投资商与银行联合，以项目的资产价值和收益作为贷 款信用条件。为了项目融资的条件，提供固定电价的购电合同或特许协议中政府承 诺的特许条件等，给投资者，特别是贷款人足够的信心，能以项目融资的形式进行 项目投资。 2 5 3 风力发电的上网销售问题 尽管原电力部19 9 4 年就颁布了风力发电场并网管理的规定，要求电网部门 收购风电场的全部电量，困家计委和科技部也在19 9 9 年联合发出通知，要求“在 电网容量许可的条件下，电力部门必须全额收购风力发电 ，但在实际执行过程中， 1 0 华北电力大学硕士学位论文 这些政策没有很好地贯彻。由于国家没有对风电上网规定具体的管理措施，对差价 分摊、绿色电价和税收补贴等敏感问题没有具体规定，所以风电的高价只能在电力 系统内部( 如风电场所在的地区电网) 消化。许多大型风电场都在我国的西部，那 里经济比较落后，人均用能水平低，没有能力消化这样高的电价，因此导致有的风 力发电场常年不能满发，或得不到较高的电价，严重制约了风力发电的发展。 ( 1 ) 面对这种情况，国家应该对风力发电项目要求以合同的形式向投资商承诺 全额收购风电。为了保障这条规定能贯彻实施，在项目建设之前，应该要求电网公 司在并网协议中承诺收购风电项目的全部电量，电网公司对项目对电网的稳定性做 出评估，如果承诺收购必须采取相应的措施，一旦出具了并网协议，就不能以电网 容量限制为由拒绝收购风电。实际上，分析电网不愿收购风电的原因，主要不是电 网容量限制的技术原因，因为目前我国风电在电网中仅占很小的比例，还不足l ， 根本不会对电网造成影响，而是风电的高价造成了电网经济利益损失。为此，风电 项目应该定位于政府项目，政府采取措施弥补，在综合销售电价调整时允许把风电 的销售电价单独核算，不因风电的高价给电网公司造成经济损失。但是电网公司的 义务是采取技术措施和合理的方案，保证风电上网和输配供的顺利进行。 ( 2 ) 解决风电跨省区销售的问题也很重要。现有的电力体制不利于风力发电的 跨省交易。东部省份从地区利益出发，往往倾向于从西部地区购买价格低廉、污染 严重的煤电。以北京为例，2 0 0 1 年北京用电量为3 4 6 4 亿k w h ，而北京地区当年的 发电量仅1 7 6 6 5 亿k w h ，外购电量为1 6 9 7 5 亿k w h ，基本上为来自山西、内蒙的 火电。虽然内蒙有着丰富的风能资源，目前年发电量已达到l 亿k w h 的水平，但基 本上只能在当地电网销售，因为外省的电网不愿意购买高价的风力发电。随着电力 供需矛盾缓解，由卖方市场转向买方市场，内蒙已产生大量窝电，影响剑风电发展。 今后内蒙风电的发展若只靠内蒙电网自己来消化、分摊风电价将难以为继。中国现 已启动西电东送工程，建议应该鼓励将西部的绿色电力输送到东部地区。因为如果 东部地区享受廉价的煤电，却让西部地区承受环境污染的全部成本，这不符合可持 续发展战略。风力发电应该得到能源市场甚至社会上每一个电力用户的认可，内蒙 古的风力发电除了当地消化一小部分外，应该送到京、津、唐电网，以平抑电价。 这是推动地区合作，促进优势互补，实施“经济、社会、生态三效并举”的重要措 施。 2 5 4 风机国产化问题 我国并网型风力发电经过了2 0 多年的发展，风力发电的总装机容量仅占电力 总容量的0 1 4 ，远远低于欧美国家，也低于同本和印度。除了政策方面的原因， 我国的风机国产化率低、大部分风机和关键零部件依赖进口也是制约我国风力发电 华北电力大学硕士学位论文 发展的阻力之一。 目前，我国风电场设备大部分依靠进口，风机市场基本是由国外的品牌占据， 如w e s t a s 、m i c o n 和n o r d e x 等，国产机组的装机容量只占4 0 1 。进口设备 的价格约为6 7 0 美元k w ，风电场的综合造价为8 6 0 0 元k w ，比火电高出5 0 。据 专家估计，风机国产化可使风电设备造价降低3 0 左右，风力发电的上网电价将会 降低2 0 左右，不含税风电电价可以降至o 4 3 元k w h 左右，相当于北京市平均售 电价，可以被社会接受，这就为大规模开发风力发电创造了条件。因此，我国可以 借鉴美国和丹麦的做法，成立风电技术中心，负责技术进步和技术创新。逐步减少 引进部件的投入，形成具有自主知识产权的技术和风电机组产品，也可以通过技术 合作，逐步实现风机设备国产化，这是中国风能大规模开发的必由之路。我国的风 力发电要大力发展，必须有风电设备的本地化生产为基础。风电项目是政府为了环 境保护、长期能源技术储备而开发的，所以政府在风电项目中要求一定的本地化生 产是合理的。这种本地化生产设备比例可以通过三种方式达到： ( 1 ) 在关税上采取保护国内设备的措施。例如，对进口整机征收少量关税和进 口环节增值税；但是对国内技术条件还达不到要求的机组关键零部件，国家应该免 征进口关税和进口环节增值税。对国内的风机制造产业给予一定的优惠条件和支持 政策，以鼓励它们的发展。另外，国家还应允许外国风电设备制造商在我国境内建 风电机组生产厂，促进我国的风机制造技术的发展。 ( 2 ) 对于国内的风电项目可以规定一定比例的机组设备在国内选购。因为风电 场的机组是模块化的，与火电、水电和核电不同，一部分风电机组采购国内生产设 备在技术上是可行的，在实施过程中也是合情合理的。就如同有的风电项目利用外 国政府的优惠贷款就必须采购指定国别的产品一样，那么国内的风电项目也必须完 成政府发展本国风电设备制造业的目标。当然在选购国内生产的风电机组时，政府 应鼓励业主采取设备招投标的方式，通过市场竞争采购合适的设备，也促进j x l 电设 备制造业的技术进步。大连和营口示范风电场项目共3 0 台6 0 0 k w 的风电机采购向 国内所有具有6 0 0 k w 风机制造能力的7 家厂商发出了招投标邀请。从招标采购结果 看，国产化风电机组设备的单位造价已经比两年前有了大幅度降低，从每k w 7 0 0 0 元以上降到了4 8 0 0 元左右，下降幅度在3 0 左右。 总之，我国风力发电虽然在近几年发展迅速，但也暴露出不少的问题，风电场 发展在运行机制上还存在很多问题，人员冗多、管理不善、运行效率低下的现象普 遍存在；我国风机制造产业至今仍处于发展的幼稚阶段，技术创新能力十分薄弱， 不具备自主开发具有世界先进水平风机的能力；此外，我国政府对包括风力发电在 内的可再生能源的支持力度不足，激励制度不健全，使风力发电面临缺少资金、上 网困难、增值税高、电价不合理等种种困难。这些问题都严重影响了我国风电产业 的健康发展。 12 华北电力大学硕士学位论文 2 6 本章小结 本章详细介绍了风力发电的相关知识及风电发展面临的主要困难。风能资源是 清洁的、可再生的、储量很大的能源。风电具有广泛的环境效益和社会效益。但是， 由于风力发电的间歇性与不稳定性，技术上对风力发电的获取要求较高，经济上成 本高，投融资风险大。因此，需要激励制度扶持支持风电发展。 1 3 华北电力大学硕士学位论文 第三章风力发电激励制度及评估 3 1风力发电激励制度的特点 不同的可再生能源激励制度会对各自电力市场带来不同的影响，这其中部分原 因在于制度本身，另外，也有所实施的市场环境以及实施国家( 或地区) 执行效率等 原因。各种可再生能源的激励制度尽管具体方法不同，但目的基本一致，以风力发 电作为代表，即推动风电的商业化发展，加强竞争力，降低成本。具体表现在风能 电价的降低及装机容量的扩大上。固定电价制、投标制和配额制分别是风力发电激 励制度三个主要方向，本节将结合具体机制的实施特点，从电价和装机容量两个结 果概括评价其影响。 3 1 1 固定电价制 固定电价政策是一种国际社会普遍采用的方式，即政府对不同的可再生能源电 力分别制定明确的价格标准或价格核算方法，固定电价政策可以充分体现政府的意 愿，通过电价水平的高低调整和适用年限等的规定，大体确定可再生能源发电项目 的投资水平，从而选择促进可再生能源发电发展的速度。到2 0 0 7 年底，世界上建立 可再生能源固定电价体系的国家已经有4 0 个，包括2 7 个发达国家和13 个发展中国 家，欧洲是主力军。以德国为例，德国根据不同可再生能源发电技术的成本情况， 分门别类地制定了电价，基本原则是要保证可再生能源发电企业可以获得略高出常 规发电的利润，以促进可再生能源发电发展。德国在2 0 0 4 年修订的可再生能源电价 标准是：风电、光伏发电和采用先进技术的生物质发电的价格分别是8 7 欧分k w h ( 约为德国平均上网电价的2 倍) 、4 5 7 5 7 4 欧分k w h 和1 0 5 1 5 欧分k w h 。德国实 施固定电价的效果非常显著，德国成为世界上可再生能源发展最快的国家，2 0 0 7 年 可再生能源发电总量在全部发电量中超过1 0 ，风电增长最为迅速，2 0 0 7 年装机容 量已经达到2 2 2 5 万k w ，占世界装机总量的2 4 ，居世界首位。 3 1 2 投标制 投标制是通过招投标方式选择可再生能源项目开发者的电价制度，政府组织招 标并管制竞争性招标过程，通过电力公司与可再生能源电力发电商签订长期购电协 议去实现目标。为促进可再生能源的发展利用，英国自19 9 0 年实施了非化石燃料 公约( n o n f o s s 订f u e lo b l i g a t i o n ，简称n f f o ) 。n f f o 本质为投标制度。由于可 再生能源发电成本通常会高于常规能源发电成本，对于中标合同电价与平均电力交 1 4 华北电力大学硕士学位论文 易市场价格( 即电力库电价) 之差，即地区电力公司所承受的附加成本，将由政府 补贴，补贴费用则来源于政府征收的化石燃料税【2 2 1 【2 3 1 。 英国n f f o 体制的推行成功地使得风能电价降低至接近电力库电价，即从1 9 9 0 年的1 2 3 4 便士瓜w h ( 约1 8 元l 【w h ) 降低到1 9 9 8 的3 9 9 便士姗l ( 约0 6 元k w h ) 。 但是，由于竞标过程中的恶性竞争，到n f f o 实旌后期，出现中际的合同电价过低， 不足以使风力发电开发项目投资主体盈利的问题，因此并不是所有的中标合同最终 落实并实施。表现就是实际装机容量并没有达到预定目标。例如，1 9 9 3 年，英国对 可持续能源建设的目标是，至2 0 0 0 年达到1 5 0 0 m w 的净装机容量( 净装机容量等同 于同等基负荷电厂的平均年发电量) 。尽管英国政府在1 9 9 0 年和1 9 9 8 年问，于英格 兰及威尔士地区发布了3 2 7 0 m w 的风力发电项目合同，但至2 0 0 3 年9 月，实现的净装 机容量只有9 6 0 m w 。不过总体上，装机容量是在稳步上升的。 3 1 3 配额制 配额制是一个以数量为基础的政策机制，一个国家( 或地区) 用法律的形式对可 再生能源发电在电力供给总量中所占的份额进行强制性规定，并给予生产者颁发有 价的绿色能源证书，其电价由市场决定，与交易机制相配套。可再生能源义务令 ( r e n e w a b l e so b l i g a t i o n ，简称r o ) 是配额制的代表，是英国于2 0 0 2 年4 月开始实 施的法令。规定每l m w 合格的可再生能源电力作为1 个计量单位( 称为1 个r o c ) 可以在市场上进行交易。所有供电商都必须履行责任和义务，从可再生能源发电企 业购买合格电力并从而获得配额( r o c ) 证书，或者从电力监管局直接购买r o c 证书，以达到当年所规定的可再生能源电力份额【2 4 1 。此份额2 0 0 2 2 0 0 3 定为3 ， 至2 0 1 5 将增至1 5 4 。任何供 l o 0 0 电商如果无法完成任务，将要 8 o o 交纳最高达其营业额1 0 的罚 款( 2 0 0 2 2 0 0 3 年为3 0 英镑喜 r o c ，并逐年增长) 。 通过综合考虑2 0 年( 2 0 0 2 “u v 2 0 2 0 ) r 0 体制实施已带来及可 。舢 能带来的影响，可得出风能电 价( 便士k w h ) 的组成变化如 图3 1 所示。这种变化的前