《面向智能电网的需求响应及其电价研究》—智能电网下需求响应及相关电价研究（二）

根据以上基本信息，并结合公式(5-21)～(5-23)，可以求得该机组的容量成本=989.29元/(KW.h)。根据式(5-24)～(5-26)，求得该机组的高峰电量成本=0.126 4元/KW;平段电量成本=0,114 2元/KW;谷段电量成本=0. 114 2元/KW。该机组为中负荷率机组，负荷率大约为=57%。根据式(5-27)，得到该机组的基本电价=425.4元/KW。根据式(5-28)～(5-30)，得到容量成本在峰段、平段和谷段的分摊系数分别为0.447， 0.316， 0.237。根据式(5—31)～(5—33)，该机组的上网电量电价分别为： 0.252 4， 0.233 0， 0.203 3。根据式(5- 34)～(5- 36)，得到该机组峰符分时综合上网电价分别为： 0.337 5， 0.318 1; 0.288 4。由此得到，不同时段下电网企业从该机组购买电量的边际成本，也即电网企业供电边际成本如表5-2所示。

假设该电网企业向某一用户供电，用户的原始负荷数据如表5一3所示。

基本参量设置如下：

①时段划分：

高峰负荷时段：8:00～11:00(峰1).18:00～23:00(峰2);

平段负荷时段：7:00～8:00(平1)，11: 00 ～18：00(平2);

谷段负荷时段：23:00～7:00。

②原电价为0.4元/KWh，该用户在峰段、平段和谷段的电力需求弹性分别为-0.21， -0.43、- 0.44。

本算例中拉姆齐指数取=0.108 19。则由式(5—39)～(5—41)计算得峰段电价、平段电价和低谷电价分别0.70、0.125、0.38元/KWh。实行分时电价前后各时段电价、电量如表5-4所示。

从分析结果可知，根据拉姆齐定价原理制定的分时电价，有效地减少了用户的峰段用电量，谷段电量有所增加，峰谷差有所减小。

5.2.8 市场条件下考虑环境效益的电价联动模型研究

1.分类用户的用户侧峰谷分时电价响应

与其他商品市场类似，电力市场也符合商品经济的基本规律，即用户会对价格变化作出反应。受生活方式、天气变化、收入水平、生产班制等的影响，不同用户对电价变化作出的反应是不一样的。为此，应该分类考虑各类用户的电力需求弹性系数。设有N类用户执行用户侧峰谷分时电价，根据需求弹性的定义，分类用户的需求弹性系数可以表示为：

2.电价联动的约束条件

(1)用户侧约束条件。实施峰谷分时电价后，电力用户根据各时段电价变化情况以平均电价最小化为目标调整安排用电方式。需求侧管理的目标之一是至少保证用户侧利益不受损。因此，用户侧在执行峰谷分时电价时至少应保证其平均用电电价不上涨，即：

将式(5-45)简化处理，得：

上式即为满足用户侧平均用电电价不上涨的必要条件。

(2)发电侧约束条件。现行上网侧分时电价制定的基本原则是“保持总体电价水平不变”①。设有M类机组执行发电侧分时电价，为了保证发电侧平均上网电价不变，有：

②进一步指出，“保持总体电价水平不变”并不能保证不同类型机组的收入不变，因此，在发电侧的约束条件设置中还应该确保各类机组的利润不下降，即

(3)供电侧约束条件。为了更好地实施峰谷分时电价，供电公司需要投入大量的费用，如政策宣传、技术开发、表计安装、人员培训等，获得的相应补01占则较少;供电公司还面临着用户电价不确定及上网电价波动带来的风险，削弱了供电公司推广峰谷分时电价的积极性。因此，许多提出发电侧与用户侧分时电价联动机制以规避风险，保证供电公司收支平衡。

根据国外需求侧管理的经验，实施峰谷分时电价后电力用户用电量基本不变或略有减少。另外，供电公司的服务成本(包括技术服务和交易服务)与电量需求量基本呈正相关关系，当电量需求增加时其服务成本也相应增加，反之亦然。因此，保证供电公司售购电价差不下降更为合理，即：

3.电价联动优化模型的设计

电力市场化改革中一个重要的举措就是在发电侧实行“竞价上网”，因此，发电公司必须努力降低发电成本以扩大市场份额，提高市场竞争力。此外，发电成本的降低，使得供电公司可以以较低的购电价格为电力用户提供服务并降低用户用电成本.而用户侧整体电价水平的下降又会使其更积极地参与需求侧管理，加大“削峰填谷”力度，随之更进一步降低发电成本，由此形成发电侧、供电侧及用户侧在参与分时电价项曰时的良性互动。各参与方获益的根本原因来自于发电成本的下降。以平均发电总成本最低为目标函数，建立双边价格联动的优化模型：

约束条件还包括式(5-45)-(5-49)。此外，还应满足发电系统的稳定性运行条件及机组的技术最大最小出力限制。

4.计及环境成本的机组发电成本

一般情况下，机组的发电成本既与机组类型有关，也受不同时期发电负荷的影响。例如，对于水能发电、光伏发电及风力发电等可再生能源发电方式，其一般具有建设初期高投资、低运行和维护成本、零燃料成本等特点，发电成本中容量成本占很大部分，可以通过会计成本法测算;对于燃煤发电机组.由于机组在不同时段燃料费用、维修费等是不同的，因此其发电成本受发电负荷的影响比较大。本研究假设在不计环境成本的情况下，机组的边际发电成本可以用一次函数表示工，即

由于发电功率可以表示为：

机组的单位发电成本函数又可以表示为：

由此可见，我国发电厂的发电成本一般只包括建厂成本、燃料费用、运行维护成本等，而不包括环境成本。如若这样，不仅造成部分电源的环境价值被无偿占有，影响电力资源的优化配置，还会抑制高能效、清洁能源电源的发展0。研究表明，燃煤发电产生的SO2、NO、CO、CO2、TSP(悬浮颗粒物)等废弃物贡献了相当大一部分的大气污染，因此，有必要量化各类发电机组的环境效益，使相关电力工作者及环保部门认清各种发电方式的环境价值，更好地推广清洁能源发电。

污染物的环境价值是指减排单位污染物所避免的”污染经济损失”的价值量。环境成本通常包括两部分：一是由于排放污染物所受到的罚款;二是电厂产生的污染物对环境造成的损失并由此引起的治理费用，如：酸雨、雾霾的产生，生态系统的破坏等。采用罚款措施可以有效抑制高耗能、高污染机组的发电量，促使电厂提高发电环保性。主要污染气体的罚款数量级如表5-5所示。

机组排放的废弃物对环境造成的损失可以用各种污染物的环境价值来衡量。假设某一机组在发电过程中共产生N项污染物，每项污染物的排放量为m( g/KW.h).I=一1，2，…，n，第i项污染物的环境价值为V。，(元/Kg)，罚款数量级为V.(元/Kg)，则此机组单位发电量的环境成本(元/MW.h)可以表示为：

综合考虑式(5-58)、(5-59)，得到计及环境成本的机组发电成本表达式：

参考中国排污总量收费标准和美国环境价值标准，表5-6给出了我国电力行业主要污染物的环境价值标准。

5.算例分析

(1)基础数据。这里算例叁考①中的数据。用户侧共有两类用户执行峰谷分时电价，实施峰谷分时电价前某一时期内的电量需求及销售电价如表5-7所示，两类用户的需求弹性分别如表5-8、表5-9所示。

文中不再是单独研究某一天峰谷分时电价的实施情况，而是综合一段较长时期来考察方案的实施效果，峰、平、谷累计时段长均为260h。

发电侧共有火电、水电和小火电三个机组，每个机组的发电成本特性曲线系数如表5 -10所示。

各机组的污染物排放量因机组类型不同而各有差异。水电机组相比火电机组较为清洁，其发电过程几乎不产生污染物;大火电机组一般技术配置高、性能好、能耗低，比小火电机组排出的污染物少，更加环保。火电机组和小火电机组单位发电量的污染物排放量见表5 -11。

根据公式(5-59)结合表5-8、5- 9、5- 14中的数据计算，可得火电及小火电机组单位发电量的环境成本分别为63.279 4(元/MW.h)、80.15:3 5(元lMW.h)。

发电侧执行峰谷分时电价前各机组在峰、平、谷时段的发电量及上网电价如表5-12所示。

实施峰谷分时电价前，根据表5-10、表5-15中的数据计算，可得供电公司平均售购电价差为313元/( MW.11)，机组平均上网电价为382.22元/(MW.h)，机组平均发电总成本为164.83元/(MW.11)。

(2)优化结果。应用Matlab遗传算法编程求解本节所建立的优化模型。发电侧及用户侧优化结果分别参见表5 -13、表5-14。

根据表5 -15、表5-17中的数据显示，在发电成本中计人环境成本进行发电侧优化时，火电、小火电机组发电量均有所减少，而水电机组发电量有所增加，说明该模型的应用能够使得清洁能源机组的发电比重增加，促进电源结构调整，提高发电环保性。

从优化结果可以看出，实施峰谷分时电价后，机组平均发电总成本由164.83元(MW.h)下降到133.74元/(MW.h).机组平均上网电价由382.22元/(MW.h)下降到375.33元/(MW.h)，但各机组利润并没有下降，反而均有所增加;供电公司售购电价差仍为313元/( MW.h);用户侧销售电价基本不变，用户峰时段电量削减54.91GW.h，谷时段电量增加29 GW.h，峰谷电量比有所下降，削峰填谷效果明显。

6.结论

针对我国发电厂普遍能耗高、污染重以及日益恶化的环境问题，提出将机组环境成本纳入发电成本中的模型，以量化各种发电方式的环境效益。在实施用户侧峰谷分时电价以充分挖掘需求侧削峰填谷潜力的同时，以发电侧、供电侧、用户侧三方利益不受损为约束条件，同时考虑各机组间的上网电量分配问题，建立发电侧与用户侧双边电价联动的优化模型。

分析结果表明，双边价格联动机制有利于保证各参与方利益，降低平均发电总成本，增加社会效益，而以环境价值为参考标准的各机组上网电量分配则有利于增加清洁能源机组的发电比重，提高电力行业的环保性。