CN104077481A - 一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法。该方法包括以下步骤：1)拟定各种风火打捆外送基本方案；2)对拟定的风火打捆外送基本方案进行风/火电联合运行生产模拟，得到风电利用小时数、送端系统煤耗和受端系统煤耗；3)计算风电机组和火电机组的投资年值；4)分别计算送端系统和受端系统的煤耗年费用；5)计算系统的综合年费用；6)计算风火打捆外送配套风电容量的环保效益；7)计算风火打捆外送全系统运行的成本年费用；8)重复步骤2)～步骤7)，对步骤1)直至完成全部拟定的基本方案年费用F的计算；9)比较各基本方案的年费用F，年费用F最低者为评估得到的最佳基本方案。本发明可以广泛用于新能源发电并网，特别是风火打捆外送的经济性分析过程中。

Description

一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法

技术领域

本发明涉及一种评估方法，特别是关于一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法。

背景技术

能源在国民经济中具有特别重要的战略地位，满足持续快速增长的能源需求和能源的清洁高效利用，是对能源科技发展提出的重大挑战。风能是最具规模化开发前景的能源，而电力作为清洁便利的能源形式，是风能开发利用的重要载体。我国的风能资源与负荷中心呈逆向分布，主要分布在“三北”地区(东北、西北、华北)、东南沿海及附近岛屿以及近海等地区。我国风电的发展趋势是由补充能源发展为替代能源，再由替代能源最终发展成为主流能源。根据我国可再生能源发展规划，将在内蒙古、甘肃、新疆、河北和江苏等风能资源丰富的地区建成8个千万千瓦级风电基地。“建设大基地，融入大电网”已经成为我国风电开发的主要模式。

但是由于风电的固有缺点，如随机波动性和可控性较差等，风电对电网造成的不利影响随着其渗透率的增加而日益突出，因此为了充分利用风能优势，降低单纯风电基地出力的功率波动对受端系统的影响，我国主要采用远距离大容量风火打捆送电通道外送方式。但是，目前对于如何评估在风火打捆外送方式下风火联合运行的经济性还缺乏合理的评估方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法，包括以下步骤：1)拟定若干风火打捆外送基本方案，每一基本方案包括：风火打捆外送规模、风火打捆外送通道的利用小时数、配套的风电机组装机容量S_w和配套的火电机组装机容量S_T；2)采用考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序，对步骤1)中拟定的风火打捆外送基本方案进行风/火电联合运行生产模拟，得到风电利用小时数t_w、送端系统煤耗Y₁和受端系统煤耗Y₂；3)计算风电机组和火电机组的投资年值F_AC；4)计算送端系统和受端系统的煤耗年费用H_C1和H_C2；5)计算系统的综合年费用H；6)计算风火打捆外送配套风电容量的环保效益F_wp；7)计算风火打捆外送全系统运行成本年费用F；8)重复步骤2)～步骤7)，对步骤1)拟定的另一风火打捆外送基本方案进行计算，直至完成全部拟定的基本方案年费用F的计算；9)比较各基本方案的年费用F，年费用F最低者为评估得到的最佳基本方案。

步骤3)中所述风电机组和火电机组的投资年值F_AC的计算公式为：F_AC＝I×i×(1+i)N/[(1+i)×N-1]+C；其中，I为风电机组或火电机组的初投资，i为风电机组或火电机组的折现率；N为风电机组或火电机组运营期，C为风电机组或火电机组的年成本；所述风电机组的初投资I_w的计算公式为：I_w＝f_w×S_w；其中，f_w为风电机组的单位容量投资，S_w为风电机组的装机容量；所述火电机组的初投资I_T的计算公式为：I_T＝f_T×S_T；其中，f_T为火电机组的单位容量投资，S_T为火电机组的装机容量；

其中步骤4)中所述送端系统的煤耗年费用H_C1的计算公式为：H_C1＝U_C1×Y₁；其中，Y₁是由考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序模拟计算出的送端系统煤耗，U_C1是送端电网所在地区的煤炭价格；所述受端系统的煤耗年费用H_C2的计算公式为：H_C2＝U_C2×Y₂；其中，Y₂是由考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序模拟计算出的受端系统煤耗，U_C2是受端电网所在地区的煤炭价格。

所述步骤5)中综合年费用H的计算公式为：H＝H_C1+H_C2；其中，H_C1为送端系统煤耗年费用，H_C2为受端系统煤耗年费用。

所述步骤6)中风火打捆外送配套风电容量的环保效益F_wp的计算公式为：F_wp＝L_i×K_C×Q_w；其中，L_i为二氧化碳的交易价格，K_C为单位火电机组发电量折算的二氧化碳排放量，Q_w为风电电量，其计算公式为：Q_w＝S_w×γ×t_w；其中，γ为风火打捆外送配套风电的容量置信度，t_w为风/火电联合运行生产模拟计算得出的风电利用小时数。

所述步骤7)中的风火打捆外送全系统运行成本年费用F的计算公式为：F＝H-F_wp；其中，H为系统综合年费用，F_wp为风火打捆外送配套风电容量环保效益。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于将各种制定风火打捆外送基本方案送入国家电网运行模拟程序中进行运行生产模拟，根据不同外送通道的典型日运行曲线和实际测风数据，对风电利用小时数t_w、送端系统煤耗Y₁和受端系统煤耗Y₂等进行计算，同时将各种因素的投资和环保效益等量值化进行计算，得到全系统运行成本的年费用；最后根据各种基本方案的年费用进行评估，选出最佳基本方案，因此本发明方法科学合理，得到的评估结果准确可靠。2、本发明提供了评估过程中的各种计算公式，实际操作过程非常简单快速。本发明可以广泛用于新能源发电并网，特别是风火打捆外送的经济性分析过程中。

附图说明

图1是本发明基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法流程图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供的一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法，包括以下步骤：

1)拟定各种风火打捆外送基本方案，每一基本方案包括：风火打捆外送规模，风火打捆外送通道的利用小时数，配套的风电机组装机容量S_w和配套的火电机组装机容量S_T；

2)采用考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序(可以采用已有技术名称SPER_ProS2013程序，但不限于此)，对步骤1)中拟定的一个风火打捆外送基本方案进行风/火电联合运行生产模拟；考虑火电机组调节速度，根据不同外送通道的典型日运行曲线和实际测风数据，计算得到风电利用小时数t_w、送端系统煤耗Y₁和受端系统煤耗Y₂；

3)根据下式计算风电机组和火电机组的投资年值F_AC：

F_AC＝I×i×(1+i)N/[(1+i)×N-1]+C   (1)

其中，I为风电机组或火电机组的初投资，i为风电机组或火电机组的折现率(指什么)，N为风电机组或火电机组运营期，C为风电机组或火电机组的年成本。

风电机组的初投资I_w的计算公式为：

I_w＝f_w×S_w   (2)

其中，f_w为风电机组的单位容量投资，S_w为风电机组的装机容量。

火电机组的初投资I_T的计算公式为：

I_T＝f_T×S_T   (3)

其中，f_T为火电机组的单位容量投资，S_T为火电机组的装机容量。

4)分别计算送端系统和受端系统的煤耗年费用H_C1和H_C2；

送端系统的煤耗年费用H_C1的计算公式为：

H_C1＝U_C1×Y₁   (4)

其中，Y₁是由考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序模拟计算出的送端系统煤耗，U_C1是送端电网所在地区的煤炭价格。

受端系统的煤耗年费用H_C2的计算公式为：

H_C2＝U_C2×Y₂   (5)

其中，Y₂是由考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序模拟计算出的受端系统煤耗，U_C2是受端电网所在地区的煤炭价格。

5)计算系统的综合年费用H；

系统综合年费用H的计算公式为：

H＝H_C1+H_C2   (6)

其中，H_C1为送端系统煤耗年费用，H_C2为受端系统煤耗年费用。

6)计算风火打捆外送配套风电装机容量的环保效益F_wp。

用风电机组发电取代火电机组发电，可以减少二氧化碳的排放，因此风火打捆外送的方式有一定的环保效益，其配套风电装机容量的环保效益F_wp为：

F_wp＝L_i×K_C×Q_w   (7)

其中，L_i为二氧化碳的交易价格，K_C为单位火电机组发电量折算的二氧化碳排放量，Q_w为风电电量，其计算公式为：

Q_w＝S_w×γ×t_w   (8)

其中，γ为风火打捆外送配套风电的容量置信度；t_w为风/火电联合运行生产模拟计算得出的风电利用小时数。

7)计算风火打捆外送全系统运行成本的年费用F，计算公式为：

F＝H-F_wp   (9)

其中，H为系统综合年费用，F_wp为风火打捆外送配套风电容量环保效益。

8)重复步骤2)～步骤7)，对步骤1)拟定的另一风火打捆外送基本方案进行计算，直至完成全部拟定的基本方案年费用F的计算。

9)比较各基本方案的年费用F，年费用F最低者为评估得到的最佳基本方案。

下面以±800kV哈密～河南直流输电工程风火打捆外送方式下的风火联合运行作为本发明的一个实施例，对本发明内容做进一步详细说明。

1)拟定的±800kV哈密～河南直流工程的输电容量为8000MW，风火打捆外送通道的利用小时数为6500小时，配套的风电机组装机容量S_w为3600MW，配套的火电机组装机容量S_T为8000MW，为8台1000MW机组。

2)采用大规模风电接入的国家电网运行模拟程序(SPER_ProS2013)，对步骤1)中拟定的风火打捆外送基本方案进行风/火电联合运行生产模拟，计算出风电利用小时数t_w为2144小时，送端系统煤耗Y₁为1327万吨，受端系统煤耗Y₂为9591万吨。

3)风电机组和火电机组的运营期N均为25年，折现率i均为8％，年成本C均取1000万元；风电机组的单位容量投资f_w为0.7万元/kW；1000MW火电机组的单位容量投资f_T为0.3591万元/kW。根据公式(2)计算得到风电机组的初投资I_w：

I_w＝0.7×3600000＝2520000(万元)

再根据公式(1)计算得到风电机组的投资年值F_AC-W：

F_AC-W＝2520000×8％×(1+8％)×25/[(1+8％)×25-1]+1000＝206394(万元)

根据公式(3)计算得到火电机组的初投资I_T：

I_T＝0.3591×8000000＝2872800(万元)

再根据公式(1)计算得到火电机组投资年值F_AC-T：

F_AC-T＝2872800×8％×(1+8％)×25/[(1+8％)×25-1]+1000＝239663(万元)

4)送端电网所在的哈密地区的煤炭价格U_C1为180元/吨，受端电网所在的河南地区的煤炭价格U_C2为1000元/吨，根据公式(4)计算得到送端系统煤耗年费用H_C1为：

H_C1＝180×1327＝238860(万元)

根据公式(5)计算得到受端系统煤耗年费用H_C2为：

H_C2＝1000×9591＝9591000(万元)

5)根据公式(6)计算系统的综合年费用H为：

H＝238860+9591000＝9829860(万元)

6)将风/火电联合运行生产模拟计算得到的风电利用小时数t_w代入公式(8)，风电场容量置信度γ取0.5，计算得到风电电量Q_w为：

Q_w＝3600000×0.5×2144＝38.6(亿kwh)

若二氧化碳的交易价格L_i取95.6元/吨，1吨标准煤的发电量为3000kwh，其产生的二氧化碳排放量为2620公斤(2.62吨)，即K_C为0.000873吨/kwh，根据公式(7)计算得到的风火打捆外送配套风电容量的环保效益F_wp为：

F_wp＝95.6×386000×0.000873＝32215(万元)

7)根据公式(9)计算得到风火打捆外送全系统运行成本的年费用F为：

F＝9829860-32215＝9797645(万元)

8)更改步骤1)设置的参数，比如：拟定的±800kV哈密～河南直流工程的输电容量为8000MW，风火打捆外送通道的利用小时数为7000小时，配套的风电机组装机容量S_w为4000MW，配套的火电机组装机容量S_T为6000MW，为10台600MW机组。重复步骤2)～步骤7)对年费用进行计算，得到F为8667544万元。

9)比较两种基本方案得到的计算结果，选择年费用低的的基本方案作为经评估选定的基本方案。

上述仅列举一个实施例的两个基本方案为例，实际操作中，为了评估得到最优基本方案，还会对各种参数进行变换反复斟酌模拟，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法，包括以下步骤： 

1)拟定若干风火打捆外送基本方案，每一基本方案包括：风火打捆外送规模、风火打捆外送通道的利用小时数、配套的风电机组装机容量S_w和配套的火电机组装机容量S_T； 

2)采用考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序，对步骤1)中拟定的风火打捆外送基本方案进行风/火电联合运行生产模拟，得到风电利用小时数t_w、送端系统煤耗Y₁和受端系统煤耗Y₂； 

3)计算风电机组和火电机组的投资年值F_AC； 

4)计算送端系统和受端系统的煤耗年费用H_C1和H_C2； 

5)计算系统的综合年费用H； 

6)计算风火打捆外送配套风电容量的环保效益F_wp； 

7)计算风火打捆外送全系统运行成本年费用F； 

8)重复步骤2)～步骤7)，对步骤1)拟定的另一风火打捆外送基本方案进行计算，直至完成全部拟定的基本方案年费用F的计算； 

9)比较各基本方案的年费用F，年费用F最低者为评估得到的最佳基本方案。 

2.如权利要求1所述的一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法，其特征在于：其中步骤3)中， 

所述风电机组和火电机组的投资年值F_AC的计算公式为： 

F_AC＝I×i×(1+i)N/[(1+i)×N-1]+C； 

其中，I为风电机组或火电机组的初投资，i为风电机组或火电机组的折现率；N为风电机组或火电机组运营期，C为风电机组或火电机组的年成本； 

所述风电机组的初投资I_w的计算公式为： 

I_w＝f_w×S_w； 

其中，f_w为风电机组的单位容量投资，S_w为风电机组的装机容量； 

所述火电机组的初投资I_T的计算公式为： 

I_T＝f_T×S_T； 

其中，f_T为火电机组的单位容量投资，S_T为火电机组的装机容量。 

3.如权利要求1所述的一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法，其特征在于：其中步骤4)中 

所述送端系统的煤耗年费用H_C1的计算公式为： 

H_C1＝U_C1×Y₁； 

其中，Y₁是由考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序模拟计算出的送端系统煤耗，U_C1是送端电网所在地区的煤炭价格； 

所述受端系统的煤耗年费用H_C2的计算公式为： 

H_C2＝U_C2×Y₂； 

其中，Y₂是由考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序模拟计算出的受端系统煤耗，U_C2是受端电网所在地区的煤炭价格。 

4.如权利要求2所述的一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法，其特征在于：其中步骤4)中 

所述送端系统的煤耗年费用H_C1的计算公式为： 

H_C1＝U_C1×Y₁； 

其中，Y₁是由考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序模拟计算出的送端系统煤耗，U_C1是送端电网所在地区的煤炭价格； 

所述受端系统的煤耗年费用H_C2的计算公式为： 

H_C2＝U_C2×Y₂； 

其中，Y₂是由考虑大规模风电接入的国家电网运行模拟程序模拟计算出的受端系统煤耗，U_C2是受端电网所在地区的煤炭价格。 

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法，其特征在于：所述步骤5)中综合年费用H的计算公式为： 

H＝H_C1+H_C2； 

其中，H_C1为送端系统煤耗年费用，H_C2为受端系统煤耗年费用。 

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法，其特征在于：所述步骤6)中风火打捆外送配套风电容量的环保效益F_wp的计算公式为： 

F_wp＝L_i×K_C×Q_w； 

其中，L_i为二氧化碳的交易价格，K_C为单位火电机组发电量折算的二氧化碳排放量，Q_w为风电电量，其计算公式为： 

Q_w＝S_w×γ×t_w； 

其中，γ为风火打捆外送配套风电的容量置信度，t_w为风/火电联合运行生产模拟计算得出的风电利用小时数。 

7.如权利要求5所述的一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法， 其特征在于：所述步骤6)中风火打捆外送配套风电容量的环保效益F_wp的计算公式为： 

F_wp＝L_i×K_C×Q_w； 

其中，L_i为二氧化碳的交易价格，K_C为单位火电机组发电量折算的二氧化碳排放量，Q_w为风电电量，其计算公式为： 

Q_w＝S_w×γ×t_w； 

其中，γ为风火打捆外送配套风电的容量置信度，t_w为风/火电联合运行生产模拟计算得出的风电利用小时数。 

8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法，其特征在于：所述步骤7)中的风火打捆外送全系统运行成本年费用F的计算公式为： 

F＝H-F_wp； 

其中，H为系统综合年费用，F_wp为风火打捆外送配套风电容量环保效益。 

9.如权利要求5所述的一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法，其特征在于：所述步骤7)中的风火打捆外送全系统运行成本年费用F的计算公式为： 

F＝H-F_wp； 

其中，H为系统综合年费用，F_wp为风火打捆外送配套风电容量环保效益。 

10.如权利要求6所述的一种基于年费用分析法的风火联合运行经济性评估方法，其特征在于：所述步骤7)中的风火打捆外送全系统运行成本年费用F的计算公式为： 

F＝H-F_wp； 

其中，H为系统综合年费用，F_wp为风火打捆外送配套风电容量环保效益。