浅析风力发电对电力系统运行成本相关问题

　　摘要：风力发电作为一种绿色能源有着改善能源结构、经济环保等发面优势，也是未来能源电力发展的一个趋势，但风力发电技术要具备与传统发电技术相当的竞争力，还需进一步改善其并网性能，降低风电并网对电力系统的运行带来的负面影响。在此，本文主要从风力发电的投资运行费用、系统备用容量补偿成本、燃料费用、环境成本这四个方面进行了探讨。
　　
　　
　　关键词：风力发电；经济性供电成本；环境成本分析
　　
　　
　　1、电力系统供电成本模型的建立
　　火电在我国电力系统中所占的比重最大，本文以包含风电的火力发电系统为对象建立电力系统供电成本模型，以年度为时间跨度来计量电力系统的供电成本当系统的电力全部由火电供应时，系统供电成本即为火力发电的成本：当风电并入系统时，电力系统的供电成本将包括风力发电；同时由于风力资源具有一定的随机性，为确保系统的稳定和安全，系统运行时必须增大备用容量，由此导致的系统备用容量补偿成本也将计人电力系统的供电成本。考虑到火力发电和风力发电对环境造成的影响，以下从两个方面来衡量电力系统的供电成本。
　　1.1不考虑环境成本
　　火力发电的供电成本记为Ch，火力发电的单位供电成本记为ch，风力发电的供电成本记为Cf，风力发电的单位供电成本记为Cf，整个电力系统的年度计划供电量为Q，其中火力发电供应电量为Qh，风力发电供应电量为Qf，系统备用容量补偿成本记为Cr。电力系统的供电成本为：
　　
　　1.2考虑环境成本
　　火力发电、风力风电都会对环境造成一定的影响，从整个社会的利益角度考虑，二者都具有一定的负外部性火力发电的环境成本记为Ceh，风力发电的环境成本记为Cef。考虑环境成本，电力系统的供电成本为：
　　
　　2、风力发电对电力系统供电成本的影晌
　　将风力发电并入火力发电系统，从本质上说是用风力发电来替代一部分火力发电。由于风电单位成本和火电单位成本并不相同．在电力系统所供应的全部电量不变的情况下．电力系统的供电成本必然发生变化，这一变化所反映的即为风力发电对电力系统供电成本的影响。如果供电成本的变化值是负的．则说明引入风力发电后电力系统的供电成本降低了。对电力供应产生了正效应；反之，则说明引入风力发电后电力系统的供电成本增加了，对电力供应产生了负效应。考虑到火力发电和风力发电对环境造成的影响。以下从两个方面来衡量风力发电对电力系统供电成本的影响。
　　2.1不考虑环境成本
　　ck为引入风电前单位火电供电成本。引入风电前电力系统的供电成本为：
　　
　　引入风电后电力系统供电成本的变化值为
　　
　　系统供电成本的变化由以下三部分组成：一是(Ch一Cho)Qh，引入风电前火电机组处于最佳规模状态，其平均发电成本达到最小，引入风电后火力发电量降为Qh，随着发电量的减少单位火电成本提高，即Ch>Cho，则(Ch一Cho)Qh>0；二是(Cf一Cho)Qh，目前风电项目的实际运行情况显示风电单位成本高于火电，即Cf>Ch0，则(Cf—Cho)Qf>0；三是Cr，系统备用容量补偿成本Cr>0。
　　上述三部分的数值都是正的，因此有△C>0．说明在不考虑环境成本的前提下，引入风电后电力系统的供电成本增加了，风电的经济性劣于火电，风力发电对电力供应系统产生了负效应。
　　2.2考虑环境成本
　　为引入风电前火电的环境成本，引入风电前计提火电环境成本的电力系统供电成本为：
　　
　　引入风电后，电力系统供电成本的变化值为：
　　
　　将风电并入火电系统后，当考虑环境成本时，系统供电成本的变化由五部分组成。其中有三部分是不考虑环境成本时系统供电成本的变动值，另外两部分则反映了环境因素对系统供电成本的影响。其一是风力发电所产生的环境成本Cef，其二是火力发电量减少所引起的环境成本的降低，即(Ceh一Ceho)，它的值是负的。上述五部分中有四部分的数值是正的，有一部分的数值是负的。如果火力发电量减少所导致的环境成本降低值比较大，则可以弥补其他部分所导致的成本增加值，即△Ce<0。在这种情况下．引入风力发电后电力系统的供电成本降低了，风电的经济性优于火电，风力发电对电力供应系统产生了正效应。
　　3、供电成本变动值的计算
　　3.1各类成本计算依据
　　Ih为火电的初始总投资，Mh为火电的维护费率，Pm为燃料价格，b为燃煤消耗率βh为火电的年投资费用率，它是贴现率i和使用年限n的函数。单位火电的成本计算公式为：
　　
　　单位风电的成本计算公式为：
　　
　　Cr为补偿成本系数；Qp为风电的计划发电量，对于特定的一个风电项目，Qp的值是固定的，当Qp≤Qf时，风电量达到了计划值，系统不需要增加备用容量，Cr=O；当Qp>Qf时，Cr为一个与具体提供备用容量的火电机组性能有关的变量。系统备用容量补偿成本计算公式为：
　　
　　环境成本：目前对风电所造成的环境影响定量评价很少，相对于火电风电所产生的环境成本很小，取Cef＝0。Cei表示第i项污染物的环境价值，n为污染物的种类数，表示第i项污染物的排放系数。以预防污染发生的代价作为火电环境成本，计算公式为：
　　
　　3.2成本变动值
　　综上可得。考虑环境成本时．将风电并入火电系统后系统供电成本的变化值
　　
　　经过运算后系统供电成本的变化值有了一个较为明晰的含义，各个部分的解释为：
　　(I+Mf)βrIf为风电项目的投资和运行费用，记为V1；
　　Cr(Qp–Qf)表示为克服风电随机性所产生的系统备用容量补偿成本，记为V2；
　　PmbQf为风电替代煤电所节约的燃料消耗费用，记为V3；
　　为风电替代煤电所减少的环境污染成本，记为V4。
　　3.3实例分析
　　本文选取某风力发电厂的工程数据进行分析该风电项目机组年理论上网电量4．408xlO7kW•h，风电项目的年实际可上网电量为3.312x107kW•h，工程建设期为1年，生产期22年，项目建设静态总投资13141．64万元，年运行成本为其初始投资的3％．项目贴现率8％．系统备用容量补偿成本系数0．02元／kw•h。可以算得V1为13269512．15元，V2为219200元。
　　本文选取该风电项目所在区域的某火力发电厂的600MW国产亚临界火电机组工程数据进行分析该火电机组的燃煤消耗率为320g／kw•h．燃料平均价格为417元／吨。火力发电的污染物主要有SO2、NOx,CO2、CO、TSP'(悬浮颗粒物)、粉煤灰和炉渣等，各污染物排放率见表1
　　表1燃煤火电厂污染物排放率(单位：g／kw•h)
　　污染物 SO2 NOx CO2 CO TSP 粉煤炭 炉渣
　　排放系统 5.76 2.56 55392 0.0832 0.128 35.2 96
　　污染物的环境价值是对其环境效益的货币化．参考学者的已有研究结果．火力发电污染物的环境价值标准见表2。
　　表2火力发电污染物环境价值标准(单位：元／克)
　　污染物 SO2 NOx CO2 CO TSP 粉煤炭 炉渣
　　排放系统 0.0064 0.0008 0.000044 0.001 0.0022 0.00012 0.001
　　可以算得，V3为4419532．8元，V4为2890226元，则为6178953．28元。即使考虑了火电对环境的负面影响。引入风电后整个供电系统的供电成本依然是增加了．从经济效益角度考虑风电对供电系统产生了负面影响。
　　4、结论
　　引入风电后，电力系统的供电成本发生了变化风电投资、运行费用与系统备用容量补偿成本导致了系统供电成本的增加，当不考虑火力发电对环境造成的影响时，引入风电会增加整个电力系统的供电成本，当考虑火力发电对环境造成的影响时，风电替代火电所产生的资源节约与环保效益促进了系统供电成本的降低虽然计提了环境成本，但目前风电的初始投资相对较大，风电送出和电力消纳存在阻力．实际的风电产出量低于设计值．风电的单位成本较高，与风电的节能减排效应抵消，产生了系统供电成本增加的结果，制约了风电发展。

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