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输电投资0第八章输电投资0输电投资输电投资1基本内容8.1简介8.2输电业务特性8.3基于成本的输电扩容1输电投资8.4基于价值的输电扩容输电投资2简介•输电网络扩容的实现手段主要有两种，即新建线路或对现有设施进行升级改造。•为了最大化全社会的经济福利，实现电力行业长期发展的目标应当遵循最小成本原则。•输电网络投资机制建立的两种发展方向：商业性输电投资和基于监管激励的输电投资。•第一种方法的理论依据是：市场力量是推动输电投资与扩容的关键因素。•第二种方法的理论前提是：输电网络本质上具有自然垄断性，因此需要实施监管。输电投资2输电投资3基本内容8.1简介8.2输电业务特性8.3基于成本的输电扩容3输电投资8.4基于价值的输电扩容输电投资4输电业务特性•输电业务基本原理：发电厂与负荷位置不同，负荷需要通过输电网络才能实现用电，这是输电业务之所以会存在的原因。•随着生产者与用户之间距离的增加，输电业务的市场空间也将不断增大。输电业务特性：•输电具有自然垄断性：现实情况下，很难想象一些投资者会决定架设一套全新的网络，与已有的网络进行竞争运营。另外，输电网络的最小经济规模也决定了电力传输是典型的自然垄断业务。输电投资4输电投资5输电业务特性•输电是资金密集型业务。为了实现电力的远距离安全输送、输电企业需要购买非常多的昂贵设备。架空输电线路显然是输电业务最常见的贵重设备，除此之外，变压器、开关与无功补偿设备的成本也是极其高昂的。•输电资产使用寿命长。大多数输电设备的设计使用寿命大约是20〜40年，有的甚至更长。•输电网络具有规模经济性。电力输送的平均成本会随着电能输送数量的增加而减少。输电投资5输电投资6输电业务特性•输电投资具有不可变性。一旦输电线路建成，输电企业就不可能将它重新布置到其他位置，从而谋取更多的收益。•输电投资具有团性。在新建输电设施时，它的额定容量通常不可能恰好等于容量需求值。新输电设施投资发生的频率是很快的，并且通常是成块增加的。•商业性输电。不是由受监管的区域输电企业建设的，而是由一些不受监管的企业提供输电建设所需资金的。输电投资6输电投资7基本内容8.1简介8.2输电业务特性8.3基于成本的输电扩容7输电投资8.4基于价值的输电扩容输电投资88.3.1输电容量投资水平的设定采用传统方法时，输电设施的投资一般按照下面的程序进行实施：•基于人口与经济预测，输电企业对输电容量需求做出预测。•在以上预测的基础上，输电企业制定扩容规划，并提交给监管机构。•监管机构对规划进行审查，并决定对哪些设施进行建设或升级。•输电企业使用它的股东或债券持有者提供的资金建设新的输电设施。•在新的设施投运后，输电企业通过向电网使用者收取输电费用回收投资成本，这些输电费是必须支付的。输电投资8输电投资9输电容量投资水平的设定用户支付的输电价格与输电网络容量成函数关系。•如果监管者允许输电企业建设的输电容量超过实际需要，则使用者必须为未使用的容量付钱。•另一方面，如果建设的输电容量不能满足需要，网络阻塞将减少电能交易机会，增加一些地区的购电价格，同时降低另外一些地区的购电价格。输电投资9输电投资10输电容量投资水平的设定采用基于成本的方式回收输电投资的优缺点：•优点：可以保证输电公司的持续经营，该方式是保证各相关方利益的最佳方式，还能确保电力输送成本具有一定程度的可预见性。•缺点：不能保证输电容量投资水平是经济最优的。输电投资10输电投资118.3.2输电成本分摊为了帮助输电企业回收投资成本，监管者首先需要确定它们的允许收入。接下来需要进行的工作是：在使用输电网络的电能生产者与消费者之间分摊该嵌入成本。主要有以下几种方法：•邮票法•合同路径法•兆瓦—公里法输电投资11输电投资121.邮票法为了取得网络使用权，所有的使用者都必须向所在地区的输电企业支付一笔“系统使用费”。该费用像邮票一样，一般总是与电能的来源与去向无关，它只与使用者在不在本地输电系统中有关。•优点：方法简单。•缺点：每个使用者支付的费用不能反映他们对网络的实际使用程度；只能回收地区性输电网络的使用成本。输电投资12输电投资132.合同路径法•采用合同路径法时，合同中通常会规定一条连续的电气路径（即合同路径），并假定电能在发电厂与送达点之间会按该路径流动。•在合同有效期内，生产者与用户同意支付一定的转运费，该费用与电能输送数量成比例。通过转运费用，公用事业可以回收合同路径内输电资产的部分成本。•在保持简单、可操作的同时，与邮票法相比，合同路径法更能反映实际的使用成本。然而问题在于：交易的电能并不会只在合同路径中流动。输电投资13输电投资143.兆瓦—公里法•在兆瓦—公里法中，为了确定电能在网络中的实际流经路径，它常常会进行潮流计算。每笔交易所对应的兆瓦—公里数会通过计算给出。然后，将该数量乘以单位输电容量的协议成本，所得数值即为转运费用。•如果输电网络是线性系统，该方法很严格的。•输电网络并不是线性的。交易评估时采用的基础潮流假设，以及交易被计算的顺序等，都会对最终的计算结果产生不可预知的重大影响。输电投资14输电投资15以上三种方法的评价三种方法均缺少可信的经济理论支持。•尤为要注意的是：它们对应的输电费用与网络平均成本成比例，但不是微增成本成比例。•上述方法不能提供正确地经济信号。但是它们简单且易于操作，所以也得到广泛应用。输电投资15输电投资16基本内容8.1简介8.2输电业务特性8.3基于成本的输电扩容16输电投资8.4基于价值的输电扩容输电投资178.4.1输电价值的确定•【例8-1】假设有一个双母线、单线路系统。不考虑网络损耗，并忽略安全约束的影响。•假设两个发电机的容量都足够大，每个发电机都能单独承担1000MW负荷的电力供应；•假设输电线路有足够的容量，能够承担任何数量的电力传输任务。输电投资17输电投资18输电价值的确定对于母线B来说：•可以以45美元/MWh从本地电厂G2购电•也可以20美元/MWh向远端的发电厂G1购电，需要支付电能传输费用。如果输电成本低于25美元/MWh，用户将选择向发电厂G1购买电能，因为这样做所需要的总成本将低于45美元/MWh。从输电线路所有者的角度看，超过25美元/MWh的电价并不是一个很好的选择。本例题中输电服务的价值是25美元/MWh。输电投资18输电投资19输电价值的确定•输电价格选定为这一数值时，用户使用或不使用输电系统的影响实际上完全一样，输电价值是关于短期边际发电成本的函数。•从输电投资的角度看，只有在该输电线路的分摊成本低于25美元/MWh时，才可以真正投资进行建设。•如果本地发电厂的最大出力小于1000MW，那么此时只有使用输电线路才能满足负荷的用电需求。输电线路在该情况下的价值不再取决于本地发电价格，而是与用户购买电能的支出意愿有关。•【例8-2】：输电的边际价值是关于线路潮流数量的函数输电投资19输电投资208.4.2输电需求函数•在输电需求函数中，将给出输电价值相对于蜀国与魏国之间潮流传输数量F的关系：pT(F)=pW(F)-pS(F)---pT(F)表示输电价值•魏国和蜀国的电能价格pW(F)、pS(F)是关于潮流输送数量F的函数。•将两国的供应函数代入上式：pT(F)=[13+0.02PW(F)]-[10+0.01PS(F)]=3+0.02PW(F)-0.01PS(F)输电投资20输电投资21输电需求函数•蜀国与魏国的发电量可以用联络线上的潮流数量以及本地负荷来表示：PS(F)=DS+FPW(F)=DW-F•输电价值函数可表示为：pT(F)=3+0.02(DW-F)–0.01(DS+F)pT=28–0.03F(DS=500；DW=1500)输电投资21输电投资22输电线路所有者的收入•输电线路所有者的收入可以用关于线路可用容量的函数来表示：R(F)=pT(F)×F=(28-0.03F)×F输电收入是关于输送潮流的二次函数•输电容量为0，收入为0；•输电容量最大，收入为0；•输电容量=466MW；输电收入最多输电投资22输电投资238.4.3输电供应函数•一条输电线路建成后，它的年成本可以分解为两个部分，即取决于线路容量的变动成本和与容量无关的固定成本。CT(T)=CF+CV(T)•假设变动成本是关于容量的线性函数：CV(T)=klTl---线路长度k---建设长度为1km的输电线路分摊到每年的边际成本T---线路容量输电投资23输电投资24输电供应函数•输电容量的年边际成本dCT/dT=kl•年边际成本与输电投资成本有关，被称为长期边际成本。•将其除以一年的小时数t0(=8760h)，得到小时长期边际成本，即输电供应函数：cT(T)=kl/t0输电边际成本实际上是一个常量，它与线路的输电容量无关。输电投资24输电投资258.4.4最优输电容量输电供应与需求恰好实现均衡时，输电容量最优。•假设有一条长l=1000km的输电线路，k=35美元/(MW·km·a)，则输电小时长期边际成本为：cT=4美元/MWh•输电电价为：pT=cT=4美元/MWh•由输电需求函数得到最优容量为：TOPT=800MW输电投资25输电投资26最优输电容量•图6-10中，蜀国和魏国的节点价格是关于各自生产量的函数。•在联络线潮流受联络线容量限制时，两条曲线之间的垂直距离即为两国电能市场节点价格之差。•该价差为输电容量短缺量所对应的输电短期边际成本。输电投资26输电投资27最优输电容量•如果互联线路的输电容量是800MW，并且从蜀国流向魏国的潮流也为800(F=T），此时的短期边际运营成本即为4美元/MWh。•这也就意味着该短期边际运营成本恰好等于互联线路的长期边际成本。•如果互联线路所有者能按两市场间节点价差实现费用回收（或者收取等于该价差的输电费用），此时的收入将恰好等于建造该线路的成本。输电投资27输电投资288.4.5线路约束成本与投资成本的折衷•针对第6章两节点系统，由两国的边际发电成本推导出各自的变动发电成本：CS=10PS+1/2×0.01PS2CW=10PW+1/2×0.02PW2•当发电不受输电网络容量约束时，为了实现最小成本发电，出力分布为：PS=1433.3MW；PW=566.7MW•互连线路上的无约束潮流F=933.3MW•各国发电成本及全系统的发电成本分别为：CS=24605美元/h；CW=10578美元/hCU=CS+CW=35183美元/h输电投资28输电投资29线路约束成本与投资成本的折衷•无约束调度及其对应成本称为优化调度和优化成本。•如果输电容量是800WM，此时的发电出力及对应的成本为：PS=1300MW,CS=21450美元/hPW=700MW,CW=14000美元/h•在该约束条件下，总的负荷供电成本为：CC=35450美元/h•有约束与无约束情况下的成本差额被称为约束成本或者次优发电成本。DC=CC–CU=267美元/h输电投资29输电投资30线路约束成本与投资成本的折衷•输电总成本等于输电系统建造成本与约束成本之和。输电投资30随着容量的增加，输电线路的建造成本会增加，但是输电网络对发电调度的限制减少了，所以输电约束成本会降低。输电网络发展应以优化输电总成本为目标。右图表明上面例子对应的最优输电容量应当是800MW。输电投资318.4.6负荷波动的影响1.负荷时间曲线假设整个系统的负荷均按相同的方式发生波动。•将一天划分为若干个时间间隔，并且假设负荷在同一个间隔里恒定不变。图8-5(a)示的负荷时间特性展示了负荷在一天的各个时段是如何变化的。•将一天划分为八个时段，每个时段长三个小时。在8-5(b)所示的图中，各时段负荷按照从高到低的顺序进行了重新排列，这样可以比较容易从图中査出一天中超过特定值的负荷所持续的时间。输电投资31输电投资32负荷时间曲线输电投资32输电投资33负荷时间曲线如果负荷时间曲线有接近8760个小时时段，处理起来将很不方便，因此通常会进行一定的汇总。例如，将数值比较相近的负荷进行汇总，使负荷减少到仅有四段，得到对图8-5进行简化的结果。输电投资33输电