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第七章发电投资0发电投资基本内容7.1简介7.2发电容量投资分析7.3发电容量需求分析1发电投资简介•深入研究发电容量可能面临的增减问题。•从投资者角度出发，研究在新建电厂时，需要计及哪些因素进行投资决策。•从用户的角度出发，重点分析如何确保发电容量的充足性。发电投资2基本内容7.1简介7.2发电容量投资分析7.3发电容量需求分析3发电投资发电容量投资分析•新建发电容量•发电容量退役•需求周期性波动的影响发电投资4新建发电容量•为了做出发电投资决策，资本所有者必须计算电厂的长期边际成本（包含期望回报率），并预测电厂发电出力可能面临的销售价格。•只有当预测价格超过电厂的长期边际成本时，电厂的新建决策才有可能是合理的。•在电力巿场上建立“商业性发电扩容”机制。•非常多的不确定因素可能会影响长期边际成本与价格预测值，例如建造工期延长、燃料价格波动等问题均有可能会影响长期边际成本。发电投资5发电容量投资分析例子•【例题7-1】假设蜀国电力公司希望投资新建一座500MW的燃煤电厂，首先进行初步可行性分析，暂不考虑电厂的启停与维修成本。在估算电厂的收益状况，使用现金流折现法。首先需计算建造电厂的成本。发电投资6项目数值投资成本1021美元/kW期望寿命30年额定出力时的热耗率9419Btu/kWh期望燃料成本1.25美元/MBtu发电容量投资分析例子该电厂的投资成本为：1021*500=510500000美元假定该厂的负荷因子为80%，则电厂的年预计产量为：0.8*500*8760=3504000MWh年发电成本为：3504000MWh*9419Btu/kWh*1.25美元/Mbtu=41255220美元假设电厂以32美元/MWh的价格出售电能，则电厂的年收入为：3504000MWh*32美元/MWh=112128000美元发电投资7发电容量投资分析例子发电投资8发电容量投资分析例子在进行最终的决策之前，蜀国电力公司还需要考虑该项目可能面临的风险。需考虑的问题：•如果电能价格不能达到期望的水平怎么办？•电厂的负荷因子不能满足目标要求又当如何？发电投资9在负荷因子为80%时，为了满足最低可接受回报率为12%这一要求，该电厂的平均电能销售价格不能低于30美元/MWh。与此相反，如果负荷因子低于80%，那么电能平均销售价格相应地必须发生显著上涨才行。2.发电容量退役•一旦发电厂投产运行，它的设计寿命期就只具有理论参考意义，实际的使用寿命可能会与设计值之间有很大的偏离。•真实的市场状况也可能会出现很大的变化，发电厂收入有可能很难回收它的运行成本。•在上述条件下，除非有充足的证据表明未来市场状况可能会有所好转，否则该电厂就不得不退役。发电投资10发电容量退役•值得注意的是，在竞争性环境中，退役决策只需要考虑电厂未来的收入预期与成本数量即可，不用过多地考虑电厂的技术可用性或沉没成本。•但是，在进行退役决策时，应当考虑其它可回收成本（如电厂所占用土地的价值〉，因为它也是一种可以实现的收入。发电投资113.需求周期性波动的影响•如果电力需求增加，而发电容量的增长与之不能匹配；或者由于发电机组退役的原因，发电容量可能会出现下降。在这两种情况下，电能的市场价格均有可能会上涨。•电能价格上涨反过来又会激励发电公司投资新建电厂。发电容量会一直增加，直到它对应的电能生产长期边际成本等于市场价格为止。•在分析发电投资时，还需要考虑电力需求会发生周期性波动这一特性，同时也应计及天气变化对需求形成的显著影响。发电投资12负荷时间曲线•电能是唯一不能大规模储存的商品，每一时刻电能生产都必须与负荷相匹配。•在分析发电容量投资问题时，没有必要精确考虑每年、每周或者每天的负荷高峰、低谷情况；仅需要知道在一年中负荷低于某一给定值的时间长度是多少。•可以由负荷时间曲线得出以上信息。•该曲线表明负荷在一年的波动范围及高负荷所持续的时间。发电投资13需求周期性波动的影响•任一电力系统的发电装机容量水平总是会比某年内的平均电能需求量大很多。这也就意味着必然有一部分机组的负荷因子将会低于1。•需求较低时段所对应的电能价格也低于需求较高时段。低负荷时段的竞争程度也就更激烈一些。•在负荷高时段，大多数发电机实际上都处于满发状态，竞争程度比较平缓；只有少数高成本的发电机组之间存在一定的竞争。•在低负荷时段，即使是那些效率髙的机组也不得不展开竞争，以此保证至少不用停机，从而避免发生启动成本。发电投资14价格时间曲线•价格时间曲线描述的是一年之中价格低于某一给定值的小时数比例，它的形状与负荷时间曲线很像。•由于竞争程度变化的原因，价格时间曲线的首末两端出现了一定程度的变形。发电投资15市场价格是由边际机组决定的。在有效竞争的市场中，市场价格此时也就等于生产最后1单位兆瓦电能的成本。需求周期性波动的影响•边际内机组可以实现一定的经济利润。虽然是叫经济利润，但是这一部分钱并不能全部交给电厂的股东，用于回收他们的投资成本；其中的一部分必须付给电厂，其目的是为了回收电厂的固定成本。•电厂固定成本主要有不随生产量变化而改变的维护费用，还包括取决于电厂容量或价值的人力成本、税收，以及与电厂可回收价值相关的机会成本。例7-5：电厂退役需考虑的因素问题发电投资16基本内容7.1简介7.2发电容量投资分析7.3发电容量需求分析17发电投资发电容量需求分析•从用户的角度出发，研究发电容量投资问题。•在完全竞争的电力市场上，已有电力企业没有投资新建电厂的责任。•投资者需要基于自身对收益情况的判断做出投资决策，所有单个投资决策累加得到的即为用于满足用户电力需求的发电总容量。发电投资18发电容量需求分析•首先需要分析的是，在进行发电容量投资决策时，是不是只要考虑电力市场的发电收益情况就可以了。如果该方法不行的话，为了能满足用户的用电需求，就必须建立集中式调控机制作为市场方法的补充。•电力系统只有在用户需要用电时才向其供电，而不是随意安排供电。由于可能会发生故障或者需要安排检修，发电机组有时会无法发电，因此为了保证可靠供电，系统中的总发电容量总是需要超过高峰负荷数量，所以提高发电容量边界将会提高系统的稳定性。发电投资191.市场导向的扩容方法•如果某一商品的需求上涨或者供应减少，市场价格将会上升。•在电力市场中，这将刺激投资新建更多的发电容量，最终达到一个新的长期均衡点。•由于电力需求表现出一定的周期性，同时缺乏价格弹性，电力巿场的价格通常不会平滑、缓慢上涨。当需求接近总装机容量吋，电能价格可能出现价格尖峰。发电投资20电力供应函数•典型的电力供应函数是有三个组成部分的典型分段线性曲线。•第一段坡度平缓，它对应干有效竞争市场上的大部分发电机组。•第二段坡度较第一段陡得多，它对应于调用次数很少的峰荷机组。•第三段则是垂直向上的竖线，它代表了所有机组都已投入运行时的供应函数。需求函数是用一条几乎垂直的直线来表示的，它的价格弹性极低。它们与供应曲线的交点即决定了市场的最低与最高价格。发电投资21电能市场价格尖峰的形成发电投资22电能市场的价格尖峰形成机制：（a）发电容量充足；（b）发电容量不足电能市场价格尖峰•高峰时段的发电容量紧张但足以满足负荷(图a)所示，此时的电能价格取决于运行次数极少的发电机组的报价，所以会显著上升。•若在高峰时段所有的发电容量都处于运行状态(图b)所示，价格尖峰此时可能会非常高。在一些发电机组退役或者某些发电容量无法利用时，发电装机容量可能与负荷的增长速度不匹配，上述情况就有可能出现。此时唯一能够限制价格上涨的因素就是需求弹性。•如果实际情况并非如此，切负荷就成了避免系统崩溃的必须选择。发电投资23价格尖峰的作用•对于用户来说，价格尖峰的代价显然是高昂的，但因此它也会促使用户对价格信号作出更为灵敏的反应。•价格尖峰的其他作用还体现在：它能有效地激励用户与发电商签订长期合同，从而促进发电商投资新建发电容量。发电投资24市场均衡难以实现理论上，电力市场最终会到达均衡。在均衡点上，发电容量投资与负荷控制设备投资之间的平衡将是最优的，从而恰好实现社会福利最大化。现实中，市场均衡可能难以实现：•首先，就目前的电力技术水平而言，它还不足以支持大多数的电力用户对短期价格信号作出反应；•在负荷高峰时段，为了保证系统的平衡，系统运行人员只能切断系统中的部分负荷供应。发电投资25市场导向的扩容方法•为了保证发电容量的充裕性，不能仅仅依赖电能市场及其价格尖峰，它们很难带来满意的效果。因为上述方法假设用户只会购买电能，并且这种买卖与普通商品一样。•实际上用户所购买的不仅仅是电能，而是一种服务，即在—定的可靠性范围内提供电能。发电投资262.容量电费•许多国家和地区的市场设计者认为，与其在发电容量短缺时，偶发性地依据价格尖峰向发电商支付大笔费用，不如周期性地向他们支付一小笔钱。•无论机组调用频率是多还是少，容量电费至少需要涵盖新建机组的部分资金成本，目的是促使发电公司保持机组的可用性。•随着总可用容量的增加，容量电费会降低容量发生短缺的可能性，但不会使该可能性完全消失。发电容量的增加反过来也会促进电能市场竞争，形成合理的电能价格。发电投资27实行容量电费的难处•第一，目前还没有合适的方法可以确定支付容量电费所需要的总金额，或者是应向每兆瓦的装机容量支付多少钱。•第二，该办法还会在每个机组应支付多少电费这一问题上产生无休止的争论。例如，有人会说干旱会限制水电机组的出力，因此火电厂与水电厂的可靠性贡献不同。最后，容量电费不与任何的绩效指标挂钩，并没有充分的证据表明它们能实质性地提高系统的可靠性。发电投资28容量电费的替代方案•在每个时间段以集中计算方式产生的电能价格之上附加一个与容量相关的费用(容量价格因子）CEt：CEt=VOLL×LOLPt---VOLL表示失负荷价值---LOLPt表示时间t的失负荷概率失负荷概率取决于多种因素，如负荷与可用容量之差、机组停运比例，因而电容量价格因子会在不同的时段发生波动，偶尔还会引发明显的价格尖峰。发电投资29容量电费的替代方案•电容量价格因子方法倾向于为用户提供短期信号，而前面提到的容量电费则是为了向生产者提供长期激励。•尽管电容量价格因子方法能为发电商带来明显的收入，有助于保持发电容量水平，但它取决于失负荷概率，而LOLP会发生短期变化，这就方便了大发电公司对其进行操纵。发电投资303.容量市场•有些监管组织会预先设定一个发电充裕性目标，并给出满足规定目标所需要的发电容量数目。所有电能零售商与大用户（即可以直接购电的组织）都必须通过集中式的容量市场购买一定比例的容量份额。•尽管该巿场上售出的容量数目是通过行政方式确定的，但是巿场价格取决于待出售的容量数额，可能波动得很剧烈。发电投资31建立容量市场的难处•第一个问题，也许是最根本的一个问题，是如何确定容量市场的时间跨度，也就是计算零售商容量义务所采用的时间周期。•零售商本身会偏向采用较短的时间跨度；•较长的时间跨度则对发电商比较有利，它将促进投资新建发电容量。•第二个问题就是如何选择合适的方法评估发电机的绩效，然后据此做出回报。好的评估方法显然应当尽可能地反映系统的可靠性水平，奖励可靠性高的电厂，加速低可靠性电厂的退役。发电投资32建立容量市场的难处•虽然有些电能购买者没有购买相应比例的目标发电容量，但他们也将从其他市杨成员所承担的边界装机容量中受益，并且他们还将在电能市场上取得一定的成本优势。•因此，对没有履行规定义务的所有市场成员，必须加收补充费用或罚金。补充费用水平与征收规则的设定应当合理，有利于引导正确的市场行为，避免出现搭便车的现象。发电投资33可靠性合同•最理想的容量解决方案是：每个用户可以自由并且独立地决定自身愿意支付的可靠性费用。•通过一个成熟的电力市场，用户能够与发电商签订长期合同，确保电能供应满足所需要的可靠性要求。这种长期合同能够向发电商提供激励，促使他们新建发电容量实现用户期望的供电可靠性目标。发电投资34可靠性合同•在电力市场还没有发展到可以采用上述方法的程度时，能够选取的折衷方案是：由某一集中性组织