1、华北电力大学（北京）硕士学位论文抽水蓄能电站的动态效益及其外部性经济研究姓名：谭辉申请学位级别：硕士专业：企业管理指导教师：胡三高20070201华北电力大学硕士学位论文摘 要抽水蓄能电站对于增加系统的稳定性、灵活性、改善供电质量，提高电网的安全性和经济性具有重要的意义，是电网经济而有效的调控手段之。但电力体制改革使得抽水蓄能电站外部性得不到有效的体现，严重影响了抽水蓄能电站的财务生存能力，特别是在“厂网分开”以后，对抽水蓄能电站的外部经济特性分析尤显必要和突出。本论文在进行大量资料收集工作的基础上，认真分析了我国抽水蓄能电站发展现状及存在的主要问题，结合国外抽水蓄能电站发展的经验，从抽水蓄能
2、动态效益的重新评价着手来研究其外部性问题以及可能的产业政策。重点从环境成本和电价政策方面分析了抽水蓄能电站价值补偿的问题。在此基础上，结合我国电力市场改革的实际提出了抽水蓄能电站效益分摊的初步构想和相应的配套产业政策，希望由此使其外部性得到合理内部化，以有效促进抽水蓄能电站的建设和运营。关键词：抽水蓄能电站，动态效益，外部性，效益分摊ABSTRACTPumpedstorage plant is of great importance for increasing the stability and flexibilityof power system，improving the power s
3、upply quality and advancing the networkS safetyand economyIt is an economic and effective regulating method for the power systemForPumped-storage plant，its external economy can not convert into internality easilyThedynamic benefit calculation for pumpedstorage is a hard work，and thus severely affect
4、sthe financial viability of pumpedstorage plantAfter the separation of gIid and generation，it is the very time to analyzing the external economy for the plantThis thesis Combineingthe developing experience of abroad plant researches the external economy and externalcountermeasure using dynamic benef
5、it evaluation methodAt the same time，this paperanalyses the compensation issue from the following two aspects：environment COSt andelectricity fee policyAfter that，a method of sharing benefits and relevant industrial policyof pumpedstorage power station is put forwardThe writer hopes that its externa
6、l economyCan be internalized reasonably and the functions and benefits of pumpedstorage plant canbe afforded adequately through study of this paperTan Hui(Enterprise Management)Directed by proL Li Hong-ze and Hu SangaoKEYWORDS：pumped-storage plant,externality，dynamic benefit，sharing benefits声 明本人郑重声
7、明：此处所提交的硕士学位论文抽水蓄能电站的动态效益及其外部性经济研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名： 这整 日期：丝丑：兰：塑关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其
8、它复制手段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(涉密的学位论文在解密后遵守此规定)作者签名；日 期：盟z001弓，2；名：翅码铆谁华北电力大学硕士学位论文11课题研究的背景和意义第一章绪论抽水蓄能电站在电网中与其他电站相比，具有四大特点：一是它既是发电厂，又是用户，具有调峰填谷的作用；二是其启动迅速、运行灵活、可靠性高，对负荷的急剧变化能够做出快速反应，并具有自启动能力，能够承担调频、调相、事故备用和黑启动等任务：三是它能高效利用水能。可以利用常规水电站的弃水负
9、荷来抽水蓄能，参与调峰；四是节省电力投资和运行费用。建设抽水蓄能电站，比常规水电站、火电站或核电站投资少、工期短，具有较大的容量效益。抽水蓄能电站特有的性能以及相应的静态效益和动态效益己被广大同行、专家、学者所认同，不再被视作一种抽象的、理所当然的效益。但是，以往对抽水蓄能电站经济效益的认可和评价是建立在厂网合一、垂直一体化经营的基础上，因此，无论是国民经济评价还是财务评价，其边界或范围都是针对整个电力系统而言，不存在或没有必要进行效益分摊和补偿。随着电力体制改革的不断深化和电力市场的逐步建立，特别是实施厂网分开之后，原来相对单一的利益主体转化为多个主体，那么在这种条件下，针对抽水蓄能电站的经
10、济效益评价不仅要对“总量”进行科学、准确地界定和量化。更为重要的是要针对抽水蓄能电站的各项辅助服务功能所产生的动态效益进行量化，目Ii抽水蓄能电站的财务效益得不到充分的体现，主要原因就是其动态效益的计算没有准确的方法。因此，其正外部性经济无法内部化，而能够体现抽水蓄能电站正外部性经济的就是各项动态效益值以及抽水蓄能电站的价格。环境成本等等。如果其正外部性经济能够内部化，那么我们就可以实现不同利益主体之列的合理补偿和良性发展。而这部分内容恰恰是我们所欠缺的。本文选题的目的也正是零望能够在这方面做一些力所能及的工作，并对抽水蓄能电站运营模式的选择以及相关的产业政策提出自己的一些意见和建议，以期能够
11、在一定程度上为促进我国抽水蓄能电站的建设和发展发挥应有的作用。12国内外对抽水蓄能电站动态效益的研究现状121国外对抽水蓄能电站动态效益的研究成果抽水蓄能电站的外部经济主要体现在它的动态效益上，早期的抽水蓄能电华北电力大学硕士学位论文站大多在汛期抽水，供枯水期发电，只起到补充枯水期电量不足的作用。进入20世纪50年代，抽水蓄能电站开始承担调峰、调频等动态任务，逐渐显示出其动态效益并在电力系统中发挥着不可替代的重要作用【”。这种在以往被视为抽象的、理所当然的效益引起了国内外有关学者的普遍关注和重视，对动态效益的研究也提上了议事日程。上世纪70年代以前，人们对抽水蓄能电站的静态效益一般可以具体计算
12、，但对动态效益缺少以货币表示其价值的方法，只能是粗略的估算，即把静态效益乘以一个大于1的增益系数作为动态效益值【21。其取值据替代方案火电机组类型、蓄能电站本身特性、电源距负荷中心距离而定，此方法只能用来粗略估算抽水蓄能电站的动态效益值。1、“蓄能电站运行动态效益”国际研讨会在系统优化或抽水蓄能电站的经济分析工作中，一般可以对静态效益用具体的货币数字来表示，但对于动态效益，则还缺少这样用货币数字来分析的成熟经验。1984年5月7日至11日在美国波士顿召开的“蓄能电站运行动态效益”国际研讨会，对这一问题提出了一些初步的分析数字和研究方法。美国电力研究院(EPRI)的AFERREIRA和麻省理工学
13、院(M11r)的CE正ARVER JR首次将动态效益划分为6个方面即旋转备用，调频、负荷跟踪、同步调相、增加系统可靠性和满足爬坡效益。并初步估算出各项效益值，但并没有研究出准确的计算方法，其后，法国，挪威，意大利等国家也根据抽水蓄能机组实际运行状况，对其各项动态服务功能效益进行估算，并研究其定量计算的方法。2、美国土木工程学会规划设计导则美国土木工程学会1989年编制的水电工程规划设计导刚中介绍；现阶段对水电特别是抽水蓄能电站经济分析中考虑动态效益，还是一种尝试【卯。现在采用的生产成本的增量单位是一小时，不能计算出在几分钟或几秒钟里产生的动态效益，如频率调节、负荷跟踪以及事故消除等。目前能使用
14、的方法是把动态效益加到容量效益及能量转换效益中去。从世界若干国家电力公司所提供的动态效益估计值中，可以明显看出估计值离差范围还很大。另外，动态效益估计值有的是按降低抽水蓄能电站修建成本表达的，有的是以年运行费用的节约来表达的，虽然都折算成“美元kw”，但如果不知道蓄能电站的详细情况，两种数据是无法互相比较的【们。粗略的看，似乎用年运行费用的节约来表达容易计算一些。但是建造抽水蓄能电站的一次性投资是最大费用，如能将动态效益折算成金额，从建设预算中扣除，则对表达蓄能电站的优越性是极为有利的。目前还需要对动态效益的特性做深入研究，同时也应注意对于不同电力系统，动态特性及动态效益价值是有差异的。2华北
15、电力大学硕士学位论文3、英国抽水蓄能电站动态效益研究英国电力实行私有化后，市场萎缩，需求日减，市场的疲软使迪诺威克抽水蓄能电站的功能也有所改变【刀。原来是为电网调频为主，机组经常处于空载运行，电网一旦发生事故，能在10秒内带满负荷；现改为调峰填谷与动态服务为主，特别是在“统调”的竞争机制下，用低廉的价格和优质的服务取得调峰运行机会，而动态效益就与电网协议决定每年费用，相应价格折合为32美元每千瓦。近年来，随着抽水蓄能电站的迅速发展，其在世界各国电网中的动态效益或作用也逐渐显现出来。122国内对抽水蓄能电站动态效益的研究成果1、从方法上来说，一大批学者提出了不同的见解。(1)合肥工业大学的徐得潜
16、教授应甩概率方法为基础，以电力系统年电量不足期望值为计算指标，采用等效替代方法，研究了抽水蓄能电站装机容量在调峰填谷、调频和备用三项任务之间的划分及效益计算问题对抽水蓄能电站调频及备用效益计算方法进行了研究删。(2)华北电力大学杨京燕；针对常规评估事故备用效益方法中不能完全反映系统的实际情况，使计算结果会产生误差的问题，用解析法从新的角度计算电量损失，企图更确切地评估抽水蓄能电站的事故备用效益【19】一(3)河海大学程芳等人利用边际成本理论，对抽水蓄能电站的旋转备用定价进行了探讨，很好的体现了抽水蓄能电站动态效益价值补偿机制119l。(4)于文革等人用计算机模拟法建立模拟模型，对选定的系统进行
17、生产模拟，统计计算出电网系统投入不同抽水蓄能容量时所发生的系统运行总燃料费用(包括抽水蓄能电站的抽水费)和系统的负荷缺电力时间概率(LOLP)等指标并且对电网的经济效益进行合理分析。从而为抽水蓄能电站的规划和投资建设提供理论依据1221。2、从具体实践来说，抽水蓄能电站的动态效益体现为；(1)1993年3月，中华人民共和国原电力工业部颁布了抽水蓄能电站经济评价暂行办法。1994年4月又颁布了配套的抽水蓄能电站经济评价暂行办法实施细则，是针对当前抽水蓄能电站快速发展的实际和经济评价中无章可循，组织有关专家制订的暂行办法。它的积极意义在于系统地对抽水蓄能电站规划中国民经济评价和财务评价的具体办法做
18、了规范。并强调对抽水蓄能电站的动态效益进行定量分析和研究15”。(2)北京勘测设计院提出十三陵抽水蓄能电站动态效益合计696元3华北电力大学硕十学位论文(kW年)其中调峰填谷303元(kW年)，旋转备用126元(kW年)，调频及负荷调整162元(kW年)，同步调相18元，(kW年)，增加系统可靠性87元(kW年)。合肥工业大学与华东勘测设计院合作研究的天荒坪抽水蓄能电站动态效益评估，其研究报告：补充事故备用的效益1561元(kW年)，补充负荷备用的效益647元(kW年)，满足陡坡部分的效益721元，(kW年)，合计2929元，(kW年)。目前抽水蓄能电站的建设仍存在不少的问题急需解决，主要表现
19、在以下两个方面：(1)动态效益不能转化成财务效益抽水蓄能电站是最佳调峰电源己经被充分肯定。但是，由于种种原因，抽水蓄能电站在系统运行中的经济性往往难于被客观地认识。抽水蓄能电站的效益主要体现在两个方面：一是利用系统峰谷差，由抽水和发电的差价产生直接效益(静态效益)；二是抽水蓄能电站承担的系统旋转备用、事故备用、调频、调相、调压等作用产生的间接效益(动态效益)。这些效益都是实实在在存在的。但到目前为止，国内对此还没有一个公认的较为精确的计算方法，予以客观评价。即使计算出来，在现行财务体制下，也拿不到钱，不具有可操作性，这是影响我国抽水蓄能电站发展的重要因素之一。(2)电价因素影响抽水蓄能电站正外
20、部性的内部化目前抽水蓄能电站的正外部性经济效应不能完全体现，主要原因是没有完善的动态效益评价模型，不能对其各项辅助服务功能的效益进行定量评估，更谈不上效益分摊问题，我国的峰谷电价差没能未能对抽水蓄能电站的发展起到很好的作用，一般来讲，峰荷电价只是基价的12到13倍，低谷电价在基价的基础上下调了20到30，因此，抽水蓄能电站的动态效益无法得到补偿。这就大大降低了投资方修建抽水蓄能电站的积极性。而国外的电力市场和辅助服务市场都比较完善。一般，国外高峰电价是基荷电价的35倍，事故备用电价是基荷电价的9倍，而峰谷电价差达到lO倍，即使不计抽水蓄能电站的动态收益，仅利用峰谷价差的静态收益，抽水蓄能电站就
21、有能力以独立发电企业的身份在电力市场中竞争。由于我国的电力改革并不深入，辅助服务市场也没有建立。因此导致抽水蓄能电站的动态效益混合于电网效益中，若不对其进行效益分摊，明确功能的受益对象和受益程度并确定各项辅助服务价格，抽水蓄能电站的财务生存能力是极差的。13论文研究的目的及主要内容4华北电力大学硕士学位论文虽然我国电力工作者对抽水蓄能电站的运行方式、管理体制、运营模式、效益评估、价值补偿作了大量的研究工作，但由于计划经济体制遗留的弊端，我国的抽水蓄能电站动态效益的补偿机制没有得到充分体现。对于抽水蓄能电站的效益问题，通常只注重其静态效益一容量效益和调峰填谷效益，而忽略了其动态效益一一调频、调相
22、、负荷调整、负荷备用和事故备用等效益。目前，抽水蓄能电站在电网中的作用从理论到实践上得到充分证明，发展抽水蓄能电站的必要性是不言而喻的。但是现行的电价政策不利于抽水蓄能电站的建设与发展，以电量作为唯一指标评价其效益是不合理的。现有的财务评价方法测算的上网电价是以抽水蓄能电站的发电量为唯一指标，面实际运行中抽水蓄能电站的发电量是非确定的，可能与设计情况有较大差距。设计的发电量是在一定的设计前提下得出的，即根据本电网所在地的经济发展情况，预测本电网远景负荷水平和相应电源结构，以及本电网电力发展政策等条件下得出的。虽然抽水蓄能电站是一种很好的调节电源，但是，在评估抽水蓄能电站时，不能计入它的动态效益
23、。所以，尽管有条件比较好的抽水蓄能电站站址，单位千瓦静态投资低于同期进行可行性研究的火电厂，但电源优化时往往还是将抽水蓄能电站的建设序列向后靠。而且如果蓄能电站是网外业主兴建，靠低价购入谷荷电能，再以高价售出峰荷电能，几乎难以收回投资。这是因为抽水蓄能电站的效益有很大一部分是动态效益，而目前常以电量效益来代替，加之尖峰电量数量少，即使采用峰谷差电价，扣除抽水费用，靠高峰电量来盈利、收回投资也是困难的。业主无法在财务分析中定量地计算出这笔效益，当然也无法回收这笔效益所反映的资金。因此，有必要对抽水蓄能电站的外部性经济进行定量的研究，确定其效益的大小 。对抽水蓄能电站动态效益以及正外部性经济研究的
24、目的就是将各辅助功能所产生的效益值进行定量研究，并且将其在各受益主体问进行分摊。这样有利于抽水蓄能电站效益的回收。也有利于抽水蓄能电站更好的发展。这对提高整个电力系统的供电质量、运行可靠性与经济性具有重大意义。本文将力求从抽水蓄能电站的动态效益的量化方法和外部性经济的研究来讨论抽水蓄能电站的价值补偿问题，由于以往抽水蓄能电站动态效益评价方法的合理性和结果的精度还难以满足电力市场发展的需要。由此遗留下来的“四度换三度”的传统观念使抽水蓄能电站的动态效益不能转化成财务效益，均严重影响抽水蓄能电站的生存，困扰我国抽水蓄能电站的发展，通过本文的研究，希望将抽水蓄能电站的调频、调相、事故备用等动态功能都
25、显得有价值。使其效益得到合理的分摊。能够按照等价自愿交换的原则，公平、公正、公开地进行。5华北电力大学硕士学位论文本论文就是针对抽水蓄能电站的上述问题，结合我国电力市场改革的实践，分析影响抽水蓄能电站外部经济的主要因素，并建模进行实例分析，最后对我国抽水蓄能电站的发展给予一些政策性建议。本文的具体研究内容分为以下几个部分：第一部分分析了我国电力体制改革对抽水蓄能电站发展的影响，总结出上网电价定价政策和电站的运营管理模式是影响抽水蓄能电站动态效益及外部性的主要因素。第二部分对抽水蓄能电站的外部性理论进行研究，提出庇古津贴和产权交易的共同进行是抽水蓄能电站正外部性内部化的途径。这对抽水蓄能电站的效
26、益回收提供了理论依据。第三部分对抽水蓄能电站正外部性内部化的方法进行研究，具体从其调峰填谷、事故备用、旋转备用、系统调频进行建模分析，提出一套更为完善的动态效益评估体系，并用实例进行论证说明，使抽水蓄能电站的动态效益得到量化，这对我国抽水蓄能电站的发展至关重要。第四部分对抽水蓄能电站正外部性内部化机制进行研究。目前抽水蓄能电站效益不能得到完全体现，其根本原因就是抽水蓄能电站各项辅助服务功能没有明确合理的价格。本部分主要从环境成本，抽水蓄能电站的电价形成机制、竞价机制、价格发起机制方面进行讨论，希望能起到抛转引玉的作用。第五部分是对抽水蓄能电站正外部性内部化的产业政策建议，虽然理论上抽水蓄能电站
27、的经济效益得到了广泛认可，但是如何将理论经济效益转换为电站的实际财务效益，改善经营业绩，提高财务生存能力，其关键在于要出台一系列有利于抽水蓄能电站发展的产业政策，主要包括效益分摊和运营管理模式。6华北电力大学硕士学位论文第二章抽水蓄能电站外部性理论分析21外部性理论研究外部性的概念是由剑桥大学的马歇尔和庇吉在20世纪初提出的。外部性是指在两个当事人缺乏任何相关的经济交易的情况下，由一个当事人向另一个当事人所提供的物品束。这个外部性的定义所要强调的是在两个当事人之间的转移是在他们之间缺乏任何经济交易的情况下发生，也就是说，关于外部性的范围和任何补偿性支持，供应者和接受者之闻最起码在事实发生之前缺
28、乏任何谈判。自外部性的概念提出后，其研究的范围越来越广，探讨也越来越深入美国新制度经济学家科斯认为：外部性问题是指某一经济主体的活动对于其它经济主体产生的一种未能由市场交易或价格体系反映出来的影响，从而导致资源配置不能达到最大效率，即不能达到帕累托最优。由于这种影响是某一经济主体在谋利润最大化的过程中产生的，是对局外人产生的影响，并且这种影响又是处于市场交易或价格体系之外，故称之为外部性，如下式：E-厂F，矸，F，群，工?) ij (2-1)式(2-1)中，E为效用函数；X o【=1，2，m，n)指经济活动；i和j是指不同的人(或厂商)。这表明个人(或厂商)i的收益不仅受到自己所控制的经济活动
29、的影响，同时也受到另外个人(或厂商)j所控制的经济活动的影响。当j的经济活动增进i的收益与福利，但却未能通过市场交换或价格体系而得到报酬时，即产生外部经济；当i的收益因j的经济活动而受到损失，而又未能通过市场交换或价格体系得到补偿时，即出现外部不经济。所以，我们将外部性分为外部经济与外部不经济。外部经济是指一种经济活动给其外部造成积极影响，引起他人效用增加或成本减少。诸如城市中的教育、公安、抽水蓄能电站、消防等公共物品均能产生积极的外部效应，它们在消费上具有非排他性与非竞争性，使人们可以通过搭便车来共同分享其利益。外部不经济是经济人的行为对外界具有一定的侵害性或损伤，引起他人效用降低或成本增加
30、。诸如工业生产过程中排放的废水废气使周围环境受损，某人吸烟造成公共场所空气污染等，这些均对外部环境产生不良影响。外部性是伴随着生产或消费而产生的某种作用，其形式多种多样，有生产一生产、生产一消费、消费一消费等，它们贯穿于社会经济发展过程之中，并对企业生产和居民生活产生了重要影响。以利润最大化为根本动力的市场机制，对这一问题的解决几乎无能为力，如果任其发展就可能造成资源配置的效率损7华北电力大学硕士学位论文失。在市场经济条件下，市场机制的基本功能是使交易双方的福利最大，而不顾及社会福利。当任何外在一方受到活动X?(无论是有害还是有利)的影响时，市场均不能起到自动纠正的作用。因此，在对外部性进行分
31、析研究的基础上，提出解决的方法，促使外部性问题内部化，具有重要的理论与现实意义。从福利经济学角度看，。外部性是指一个人或厂商企业的行为影响了其他人或企业的福利，却没有很好的机制来约束或者激励使产生影响的个人或企业在决策时加以考虑。以前的环境经济学中提出了外差因素其实就是外部性概念，它是指生产或消费者在自己的活动中产生了一种有影响的利益(或收益)、损失(或成本)都不是消费者或生产者本人所获得或承担的。22抽水蓄能电站的正外部-陛特征抽水蓄能电站作为一种特殊的电源，具有正外部经济效应。它一般利用电力系统多余的电量(汛期、假期或后半夜低谷电量)把水由下库抽到上库，在高峰负荷时放上库之水来发电，具有调
32、峰填谷的双重作用，是电力系统最理想的调峰电源。此外，它还可以调频、调相、调压和作为备用，对保障电网的安全优质运行和提高系统经济性具有重大作用。当系统负荷高峰时，蓄能机组充当顶峰发电机组，成为系统主要电源之一；当系统负荷低谷时，蓄能机组用作水泵，增加系统用电负荷，并满足蓄水之需。这样，抽水蓄能机组就能起到“顶峰填谷”的作用。这时，抽水蓄能对电网就起到了外部性经济的效应。就整个系统而言，抽水蓄能电站的外部经济效益中，主要是动态效益和调峰填谷效益，而电量效益(内部效益)则是次要的。此外还有社会效益，环境效益等等。但在我国，虽然抽水蓄能电站对电网，系统其它电源、用户等贡献巨大，但这些外部经济并没有得到
33、内部化，以致于其市场竞争力和财务生存能力极差。因此，有必要对抽水蓄能电站的外部性进行分析，希望由此找到外部经济的对策，使其外部经济得到合理内部化。23抽水蓄能电站正外部性分析正外部性即“外部经济”，外部性是根据下列图中作为外部性结果接受者A的成本一收益情况进行区分的。当B的行为增加了A的成本时，我们就说B对A具有负外部性效应；反之，当d(R。)d(R。)0，B对A具有正外部性效应，因为B的行为降低了A的成本，增加了A的收益。如果借用庇古(Pigou)的分析方法，假如B实施负外部性，那么他的边际私人成本MPC小于边际社会成本MSC(如图21)，在需求D不变的条件下，B会增加产出幺一Q1：面如果B
34、实施正外部性，那么他的边际私人成本MPC大于边际社会成本MSC(如图28华北电力大学硕士学位论文-2)，在需求D不变的条件下，B会减少产出Q2一Q1所以，无论是正外部性，还是负外部性。它们的存在都会导致社会总产出偏离均衡产量Q，从这个意义(传统市场失灵理论)上说，正、负两种外部性都是低效率的。P，Q分别表示价格和产量。PPQl Q2图2-1 B实施负外部性时边际成本曲线图Qi Q2C图22 B实施正外部性时边际成本曲线图抽水蓄能电站提供的动态服务不具有明确的市场价格。倘若一个项目的产出或服务不具有计量和交易的方便性，购买者不能实际拥有排它佳的享用权。提供者不能通过产品或服务的出售将全部或大部分
35、收益内部化，别人可以免费9华北电力大学硕士学位论文从购买者或提供者那里获得收益，那就可以推断，这类产出或服务就会产生市场供给或(和)需求不足的问题：消费者将不愿花钱购买，他愿意别人购买而自己搭乘便车免费享用；提供者不愿投资经营，他不能从产品或服务的销售中获得全部或大部分收益，销售收入也可能不足以抵偿他的投资支出和其他支出，由此他缺乏投资这类项目的利润激励。在这种情况下，即使建设抽水蓄能电站具有很大的综合效益，但市场机制的竞争法则和供需法则将会失灵，市场机制的价格系统不能有效引导资源的优化配置。依据帕累托边际最优条件，抽水蓄能电站提供某一动态服务这一行为发生的边际成本和包括发出方及承受方在内的所
36、有成员因这一行为所获得的边际效益必须相等，此时有萨缪尔森条件等式成立：MC-脚+善坞 2吲式22中，MC指外部性行为的边际成本；MPB指发出方所获得的边际效益；MB；指承受方中任一成员的边际外部效益(正或负)，孓MB；常称为外部边际社会效益(正)或外部边际社会成本(负)但由于存摇着外部影响，在福利经济学和新制度经济学看来，整个经济的资源配置也不可能达到帕累托最优状态(当交换的最优条件、生产的最优条件、生产和交换的最优条件均得到满足时，称整个经济达到了帕累托最优状态)。原因很简单：在外部经济的条件下，经济主体的私人收益小于社会收益，但社会从私人经济活动中所得到的额外利益，并未通过一定的手段或途径
37、转移到该经济主体手中，这使该经济主体不会增加生产或消费。在此情况下，从社会福利的角度看，对资源的使用不足使资源的配置达不到帕累托最优，影响了整个社会的福利水平。假定抽水蓄能电站提供某项动态功能的边际私人效益为MPB，该功能所产生的边际社会效益为MSB。由于存在外部经济性，故边际私人效益小于边际社会效益：MPBQ，而且相差一个较大的置信区间，就有理由认为按该旋转备用电价购买旋转备用是合理的。而实践证明，这样确实合理。凡为旋转备用容量，令FO)为旋转备用社会效益的优化值，则F(z)-BQ一口厶EB*一yB (328)则为使F0)最大化，令F(f)a0，那么 r协一掣(319)通过y(f)函数反解出
38、时间，这样就求出了达到最大效益的优化时间。抽水蓄能电站旋转备用效益最大化预测值就可以求出了。4、算例分析以晌洪甸抽水蓄能电站为例响洪甸抽水蓄能电站位于安徽西部，为混合式抽水蓄能电站。电站装机容量12万kW，其中常规水电机组4万kW，抽水蓄能机组8万kW，其最大填谷容量为108万kW，最大调峰容量为12万kW。在冬季枯水期。整个电站作为纯抽水蓄能电站运行，因此抽水容量为8万kW，发电容量为12万kW。下面应用前述模型对响洪甸抽水蓄能电站的经济效益进行评价效益用下面指标表示：节煤量峨(吨天)，停电概率的减少值址。，停电电量的减少值监。(万kWh)。比较方案为12万kW的燃煤机组替代蓄能电站而构成的
39、火电方案和含12万kW的响洪甸抽水蓄能电站方案。华北电力大学硕士学位论文表32不同容量划分时的整体效益容景划分(万kW) 煤耗量(td) 停电概率(hd) 停电电量减少(万kWh)调峰 旋转备用 冷备用 峨 址W 醯ms0 12 0 49998 192 27054 8 0 44925 1-73 20508 4 O 30816 O71 253212 0 O 43016 058 2232卒数话来源于参考文献1591如果该电站参与竞价上网，设发电机组的强迫停机率=O20，落标率P=0068，耽。=6万kWh，抽水机组的抽水效率为1000m3MW，吃=o10010Sm3，=26300x108坍，当t=
40、1时则发电量的期望值为：E(J(f)=4372万kW。由于发电量是时间的函数。因此，做备用分析时要给出各个机组的发电量表达式。根据响洪甸具体情况，如果将抽水蓄能电站4万kW电量完全用于调峰，8万kW用于旋转备用，则停电电量为2050，那么，我们取a=3503元(根据实际的操作经验而得)，由公式B=口=口(E。一E。)可得珞=3503*2050=71812(万元)。如果电量完全用于调峰，由上图可见：其AE为2232。则完全用于旋转备用和完全用于调峰的社会效益差别为S=ot(够。旋转备用一址k调峰)。则S=3503+473=16570(万元)。 由此可见，旋转备用的社会效益是尤为客观的。而抽水蓄能
41、电站旋转备用的价格y可以由模型的公式求得，根据上文公式，经过计算，如果整个抽水蓄能电站并入电网，那么我们对4万kW电量完全用于调峰，8万kW用于旋转备用情况下T的一个日间小时段进行摸拟。得到其旋转备用平均电价r为7095元(MW-h)。可以得到以下图表：图3-3各时段成本价格图由图表可以算出各个时段购买旋转备用费用的价格平均值为0=7095+8=56760(万元)(约合7096万美元)。由此可见取远远大于Q。华北电力大学硕士学位论文因此可见抽水蓄能电站旋转备用社会效益是十分可观的。34系统的调频效益系统所需调频容量取决于负荷变动的幅度，允许的频率偏移以及系统的单位调节功率，可用下式计算：叱。=
42、屹+墨 (330)式中，蛾。为频率调整容量。蛾为负荷的变动幅度，具有随机性。统计资料表明，负荷在预计值附近随机变动的概率分布属正态分布。因此，如要求频率偏移保持在允许范围内的概率能达到095，负荷变动的幅度应按2R考虑，这里的R为负荷变动的标准差。Ks是系统的单位调节功率，取决于各发电机组调速器调差系数的整定值和负荷的频率调节效应，为系统总的发电机调节功率繇和负荷单位调节功率蜀之和。琴为允许的频率偏移，取决于对电能质量的要求，本文，=-01Hz。目前，抽水蓄能电站的调频效益的研究主要表现在其调频容量的大小所引起的旋转备用效益值的变化。从以往实践经验我们可见，在备用容量相同的情况下，抽水蓄能电站
43、承担调频的容量愈大，调峰容量愈少，则系统发电煤耗愈少，年电量不足期望值愈小，亦即旋转备用效益愈大。在抽水蓄能电站备用容量和调频容量之和保持不变时，调频容量增加，则系统燃料费上升，年电量不足期望值也上升，导致旋转备用效益下降。在调频容量和备用容量相同的情况下，调频时间增加，则导致系统发电煤耗和年电量不是期望值的上升，抽水蓄能电站的经济效益也随之下降。在电力系统实际运行中，我们应根据具体情况，选择一个恰当的抽水蓄能电站调频小时数，以使电力系统运行费用尽可能低一些对其做一个简单的一元回归分析，我们可见蓄能电站的备用容量与旋转备用效益之间的关系以下是十三陵抽水蓄能电站调峰与调频的容量划分，调频时间为8
44、h。表33调频与调峰容量计算结果蓄能电站的备用容量(万kW) O O O O 0蓄能电站的调频容量(万kW) 0 10 20 30 40蓄能电站的调峰容量(万kW) 40 40 40 40 40燃科费【力兀) 176063 176168 176264 176365 176449旋转备用效益(元kW年) 2072 14434 7232 100 0设xi分别为0，10，20，30，40，咒分别为176449，176365，176260，176168，176063则i为20，歹为176262。b34，这样得出蓄能电站的调频容量与旋转备用效益的模拟线性关系：Y-176482340x。在这里，我们只考虑
45、回归方程中相关系数和决定系数在很大程度由发电机组的容量决定。而与其它效益的容华北电力大学硕士学位论文量相关度为零。因此，对于不同容量的机组，我们只要进行调频容量与旋转备用效益关系的随机模拟，就可以推算出不同调频容量下所产生的效益。抽水蓄能电站所涉及的调相和黑启动的动态效益的计算是一个很复杂的问题，目前国内尚无经验，黑启动大多数情况是在核定其每次启动的效益值的情况下按其次数来计算总效益的。35动态效益整体评估的约束条件电网中的一个抽水蓄能电站不可能同一时刻承担全部的动态功能，同时，这些备用往往是互为补充的，很难截然划分，因此有必要从整体的角度来评价其效益。在安排机组的投运顺序时，必须同时满足旋转
46、备用容量(包括事故备用和负荷备用)和增荷速率的要求：rSPRSK 2 SPRo+SPR：一sPRnk(咖善K崛啡降+丢慨降舡嘛俨 。q。式中，s域，()分别是第K台机组(或第K个分段)投入后系统的旋转备用和增荷容量，sP碍，s喇，SPR是给定的系统事故备用、负荷备用和旋转备用容量。它们表示如下：(1)当L是第i台机组的第一分段；(2)当C二是第i台机组的后续分段；(3)当Q是单分段fSPR三一51PR：一，L阻)。Acl一。阻)a舭At：CQKj c3删，妒ffcdCr 3 (333)kjAt2CdCr J(334)其中，吼是第i台机组的最大增荷速率(MWmin)；G是第i台机组的额tqGr1L卜o味姗舢。一沁出JqQC厂L虹一0礤虻倒卜I出啭矧r11，华北电力大学硕士学位论文定容量。吆为k阶段的容量均值。to为提供负荷备用所需时间那么根据以上条件用DELPHI进行编程，代入相应的数据我们就可以判断机组安排的顺序是否合理。计算模拟流程图如下：
