分布式电源接入带来的经营风险宏观性评估
2022-06-08
摘 要：文章提出了一种分布式电源接入对电网企业经营风险的评估方法，利用全社会用电量、平均单位容量成本等数据，宏观评估电网改造成本增加、购电成本增加、售电市场份额减少、沉没成本增加、线路网损增加等方面风险，并开展了某省分布式光伏发展接入的案例分析。
关键词：分布式电源；经营风险；宏观评估
引言
分布式电源接入将带来多方面经营风险，主要括电网改造成本增加、购电成本增加、售电市场份额减少、沉没成本增加、线路网损增加等。一是改造成本。我国配电网多为辐射型结构，分布式电源上网后，潮流不再单向流动，这使得配电网的各种保护定值和机理发生根本变化，为适应分布式电源接入需要，电网需要额外投资改造升级配电网保护装置，确保电网安全运行和用户供电可靠性，由此产生电网改造成本，源于线路和变压器的升级、保护装置的更换等。二是购电成本。根据现有风电、光伏上网电价政策，分布式可再生能源发电采用脱硫燃煤标杆电价与电网企业结算，标杆电价高于脱硫燃煤标杆电价部分由可再生能源基金补贴，对公司购电成本影响不大。但是，对于水电较多的省份可能会增加购电成本。天然气发电上网电价政策目前仍不明确，国家仅原则提出天然气发电上网电价与煤电标杆电价的差价由各地通过财政补贴等方式自行解决。三是售电市场份额。分布式电源多为自发自用类型，直接向用户供电，将减少电网企业的售电量，降低电网企业销售收入。四是沉没成本。分布式电源接入供电容量充裕的区域或节点则可能导致原有供电容量长期处于备用或闲置状态，降低了供电设施利用率，产生沉没成本，使原规划方案的投资无法按期回收。五是网络线损。分布式电源渗透率不高时将减少线路中输送潮流，有利于减少降低输配电损耗，但是随着渗透率的提高，将频繁出现反向潮流，如果反向潮流大于无分布式电源接入时的正向潮流，将使得输配电损耗增加。总的来看，呈现倒U型分布。
目前国内外已经开展了一些分布式电源接入对电网企业经营风险的研究，但多数是针对某一个变电台区开展研究，属于微观层面的研究。对于省市县乃至全国层面的分布式电源接入对电网企业经营风险的研究，属于宏观层面问题，无法对所有的变电台区进行详细微观计算并加总。因此，目前微观层面关于分布式电源接入对电网企业经营风险的研究方法并不适合宏观层面省市县乃至全国层面的经营风险研究，难以有效支撑宏观决策。
文章提出了一种分布式电源接入对电网企业经营风险的评估方法，利用全社会用电量、平均单位容量成本等宏观数据，分别对电网改造成本增加、购电成本增加、售电市场份额减少、沉没成本增加、线路网损增加等方面风险进行计算。
1 分布式电源接入的经营风险指标
文章建立了分布式电源接入带来的经营风险指标，并给出各个定量指标的计算方法。
1.1 电网改造成本风险
电网改造成本影响因素主要有项目装机容量和电源类型组成。项目装机容量越大，通常引起的电网改造成本越大。从电源技术类型来看，由于电压越限和电流过载的问题主要和上网功率大小有关，因此，旋转电机类型和电力电子装置类型分布式电源都能引起电压越限和电流过载的问题。但是，由于电力电子装置类型分布式电源采用逆变器类型并网，短路电流通常不会超过额定输出电流的1.2倍，难以引起短路电流过大问题。旋转电机类型分布式电源在电网发生故障时短路电流可达到额定电流的5-8倍，对电力系统的短路电流水平影响较大，增加断路器这方面的改造成本。一般来说，分布式天然气供电系统接入引起的电网改造成本要大于分布式光伏供电系统。
从宏观上来看，对于电网改造成本的测算首先需要得到单位容量引起的电网改造成本投入。本文基于大量分布式电源项目的改造成本统计，对单位容量分布式电源项目引起的改造成本进行研究。
对于分布式天然气等旋转电机类型分布式电源：根据不同接入系统设计方案下的单个并网点接网成本，分布式天然气发电电网侧单个并网点接网成本约为3-20万元。除光伏发电之外的分布式电源均为旋转电机类型分布式电源，接网配置和分布式天然气发电类似。根据目前旋转电机类型分布式电源接入方式的比例进行测算，电网侧接网成本约为35-50元/kW。
对于分布式光伏发电等逆变器类型分布式电源：根据不同接入系统设计方案下的单个并网点接网成本，分布式光伏发电电网侧单个并网点接网成本约为2-18万元。根据目前分布式光伏发电接入方式的比例进行测算，电网侧接网成本约为26-38元/kW。
根据上述分析，得出电网改造成本的计算公式，如下：
（1）
式中，Cr表示电网改造成本，i表示分布式电源类型，分别表示逆变器类型电源和电机类分布式电源，Capi表示第i种类型分布式电源的装机容量，Cpi表示第i种类型分布式电源的单位装机容量的改造成本。
进行归一化处理，将分布式电源接入引起的电网改造成本除以整个电网的投资成本，得到电网改造成本占比。
（2）
式中，indexcr表示电网改造成本占比，Cr-all表示电网总投资成本。
1.2 购电成本风险
分布式电源接入将引起单位电量购电成本的改变，可按照各类型分布式电源上网电量和价值之积，然后再除以所有上网电量得到，计算式如下：
式中，Cb表示单位电量平均购电成本，i表示分布式电源类型，分别表示分布式光伏、分布式天然气发电、分散式风电等，n表示分布式电源类型种类，Ei表示第i种类型分布式电源的上网电量，Cbi表示第i种类型分布式电源上网电量的购电价格。
进行归一化处理，将分布式电源接入引起的单位电量平均购电成本除以目前平均购电成本，得到单位电量平均购电成本变比，具体计算公式如下：
（4）
式中，indexcb表示单位电量平均购电成本变比，Cb-now表示整个电网目前平均购电成本。
1.3 售电市场份额风险
售电市场主要是指分布式电源自用电量占用整个售电市场的比例表示，具体计算式如下：
（5）
式中，indexEsell表示自用电量占用整个售电市场的比例，Edg表示分布式电源自用电量；Esell-all表示整个售电市场的电量。
1.4 沉没成本风险
沉没成本和分布式电源接入引起的资产利用率有关。资产利用率按照分布式电源接入减少的网供负荷和电网容量占比来表示，具体计算式如下：
（6）
式中，indexc-cap表示分布式电源接入减少的网供负荷和电网容量占比，Capdg表示分布式电源接入减少的网供负荷，这个数值并不是简单的分布式电源装机容量，也不是分布式电源发电出力的峰值，而需要考虑对电网峰值负荷的时间重合度。Capgrid表示电网容量。
将资产利用率乘以电网所有投资成本，得到沉没成本，具体计算公式如下：
式中，Pcon表示分布式电源接入引起的沉没成本。
1.5 线损风险
假定分布式电源接入之后其他用电量的线损比例不变，则分布式电源接入引起的全网线损变化主要表现在分布式电源的自用电量减少了线损，具体计算式如下：
（8）
式中，indexploss表示分布式电源接入之后引起的线损变化，Ege表示分布式电源之外的所有电源的发电量，Eimport表示该省从外部购入电量，Edg表示各种类型分布式电源的发电电量，Pself表分布式电源发电量的自用比例。
2 某省分布式光伏接入影响案例分析
2.1 2020年某省电网和分布式光伏发展情况
2.1.1 2020年电网发展情况
2020年，全省全社会用电量和最高用电负荷将分别达到6800亿kWh和12150万kW。2016-2020年全省全社会用电量和最高用电负荷均增长率分别为3.96%和5.04%。
依据负荷预测结果，充分考虑220kV、110（66）kV电网直供负荷、220kV直降35kV供电负荷、35kV及以下电源等因素，在量化分析“十一五”相关历史数据及其变化率的基础上，分析预测2020年110（66）kV公用电网供电负荷81759MW，35kV公用电网供电负荷为7302MW，10kV网供负荷为43165MW。
2.1.2 2020年分布式光伏发展情况
根据资源禀赋情况，“十二五”期间将在落实常规资源输入的同时，加大本省新能源的利用力度，预计2020年分布式光伏发展规模为729万千瓦。
2.2 分布式光伏接入对电网企业的影响
2.2.1 对改造成本的影响
结合2020年光伏发电发展规模预测的结果，全省在2020年前需累计投入接网成本约1.9-2.8亿元。根据“十三五”规划的工程总量，依据各种输变电设备综合造价，进行配电网建设静态投资估算，2015-2020年期间全省公用配电网建设改造总投资约1052.79亿元。因此，分布式光伏接入引起的电网改造成本占比为接近3‰。
2.2.2 对购电成本的影响
根据现有光伏上网电价政策，采用脱硫燃煤标杆电价与电网企业结算，标杆电价高于脱硫燃煤标杆电价部分由可再生能源基金补贴。该省电网企业购电成本基本和当地脱硫燃煤机组标杆电价差不多，因此，对公司购电成本影响不大。
2.2.3 对售电市场份额的影响
按照分布式光伏1000小时计算，2020年全年发电量72.9亿千瓦时，按照90%自用比例测算，分布式光伏自用电量65.61千瓦时。综合看，分布式光伏发电影响售电市场份额为1%。
2.2.4 带来的沉没成本
按照分布式光伏对网供负荷的影响为10%测算，则影响2020年网供负荷73万千瓦。根据预测，2020年，全省网供负荷为13222万千瓦。则分布式光伏影响网供负荷占全省网供负荷的0.55%。由此带来的沉没成本为5.8亿元。
2.2.5 对网损的影响
按照分布式光伏1000小时计算，2020年全年发电量72.9亿千瓦时，按照90%自用比例测算，分布式光伏上网电量7.29千瓦时。综合来看，对网损影响变化比为99%。
3 结束语
文章提出的分布式电源接入对电网企业经营风险的评估方法，可有效解决现有相关研究偏微观、难以支撑宏观决策等问题。通过典型省份案例分析显示，分布式光伏接入所带来的影响需要重点关注改造成本和沉没成本。
参考文献
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[2]王世勇，孙健.分布式电源并网对配电网规划的影响研究[J].电气应用，2015，S1：21-24.