大用戶直購電對清潔能源發展的影響分析

燕京華，崔暉，韓彬，劉芳，李曉磊，戴賽，周京陽，趙昆

(中國電力科學研究院，北京市 100192)

大用戶直購電對清潔能源發展的影響分析

燕京華，崔暉，韓彬，劉芳，李曉磊，戴賽，周京陽，趙昆

(中國電力科學研究院，北京市 100192)

隨著大用戶直購電的逐步開展，有必要分析其對清潔能源發展的影響。對大用戶交易電量需求與火電成本進行了分析，研究了不含直購電的大用戶交易均衡狀態，并在發電側壟斷和非壟斷的大用戶直購電情況下分析均衡狀態。在均衡狀態下，進一步計算火電企業的平均利潤率，分析開展直購電前后的變化情況，結果表明，開展直購電后火電企業的平均利潤率有所降低。在清潔能源全額消納的政策要求下，分析清潔能源的利潤率。然后對比開展大用戶直購電前后火電和清潔能源的平均利潤率及其關系。通過比較分析，發現大用戶直購電不會對清潔能源發展造成長期的負面影響。打破地區發電側壟斷，并制定好清潔能源的售電電價，非直購電情況下火電售電價格和大用戶購電價格以及大用戶直購電情況下的過網費等是促進清潔能源發展的關鍵因素。

大用戶；直購電；清潔能源；利潤率；均衡狀態

0 引 言

自2013年國家把推進大用戶直購電作為電力體制改革的重要內容以來，大用戶直購電的范圍和數量急劇增大，這不僅有利于改變國內發電量下滑的趨勢，而且有利于建立更加規范的電力市場和交易模式。但是，隨著大用戶直購電的高速發展，有必要分析其對清潔能源發展可能造成的影響。

對大用戶交易進行分析，研究大用戶直購電后交易的變化及其均衡情況，有利于分析其對清潔能源消納的影響，找到關鍵影響因素，保障清潔能源科學持續發展。發展大用戶直購電會改變目前發電企業、電網企業和大用戶之間的利益格局[1]，而發電企業的成本對直購電的影響很大，已有很多關于發電企業成本分析方面的研究[2-5]。大用戶自由購電不僅可以節約電費、提升產品競爭力，而且可以使發電企業加強管理，提高效率[6]；同時，大用戶直購電會對發電企業推進清潔能源發電技術及大用戶節能減排造成新的影響[7]。文獻[8]證明了售電電價和年運行小時數是影響火電企業盈虧情況的重要指標；文獻[9]對傳統輸配電價的成本進行分析、梳理,證明了電網企業在既定輸配電價價差基礎上通過合理布局降低成本為自己增加利潤是可行的；文獻[10]研究了大用戶直購電在競爭性市場中的影響，證明了大用戶直購電模式的實施會使電力市場中的參與體利益發生改變，但是整體上提高了社會福利，利于市場良性發展。然而，目前有關大用戶直購電對清潔能源發展的影響研究較少，因此，有必要結合大用戶電量需求和火電發電成本，研究大用戶直購電對清潔能源的影響。

本文針對大用戶直購電開展前后對清潔能源發展的影響進行研究。首先，通過研究大用戶交易需求和火電企業成本，分析在不含大用戶直購電情況下，交易的均衡情況及火電企業的利潤情況。然后，基于發電側壟斷和發電側非壟斷2種情況，研究開展大用戶直購電后，交易的均衡情況及火電企業利潤情況。最后，進一步結合清潔能源的利潤情況，在清潔能源全額消納政策下，分析大用戶直購電對清潔能源發展的影響，以及影響清潔能源發展的關鍵因素。

1 不含直購電情況下大用戶交易分析

首先對不含直購電情況下大用戶交易進行分析，交易雙方為所有有資格參與直購電的常規能源發電企業和大用戶，交易商品為電量，為了便于分析，假設該地區參與大用戶直購電的發電企業都是火電企業。

1.1 大用戶交易電量需求與火電成本分析

大用戶電量需求隨著購電電價的增大而減小，令二者的函數關系為qN=g(pN)，其中pN為購電電價，qN為相應的電量需求。由于該函數是單調遞減函數，所以可以用反函數表示，得到pN=h(qN)=g-1(qN)?？紤]到大用戶電量需求必然在一個范圍內，為了便于分析，認為自變量qN的定義域為[Qmin,Qmax]。大用戶電量需求曲線如圖1所示。

火電企業單位發電量的邊際成本與發電量存在一一對應的關系，二者的函數關系為pMC=fMC(qs)，其中pMC為邊際成本，qs為相應的電量供給，qs∈[Qmin,Qmax]，曲線如圖1所示。

火電企業單位發電量的平均成本與發電量存在一一對應的關系，二者的函數關系為pAVC=fAVC(qs)，其中pAVC為平均成本，曲線如圖1所示。

圖1 大用戶交易需求與火電成本曲線Fig.1 Curves of transaction need of large users and cost of thermal power

圖1中，火電企業邊際成本曲線與大用戶電量需求曲線的交點X的坐標為(QX,PX)?；痣娖髽I平均成本最小位置Y的坐標為(QY,PY)，正好為其與邊際成本曲線的交點。

1.2 不含直購電時的均衡狀態

不含大用戶直購電情況下，達到均衡狀態時的購電價格、售電價格、成交電量、火電企業收益等，可以作為分析大用戶直購電交易的初始條件。均衡狀態是指市場價格達到使供給量與需求量相等的狀態，不含直購電時的情況屬于一種政府定價模式，并采用“三公”調度解決供過于求的問題，已經持續了較長的時間，可以認為開展大用戶直購電前已經達到了一種近似的均衡狀態。

已知某省不含大用戶直購電時，大用戶的購電電價為政府規定的電價PN0，成交電量按照大用戶實際購電電量確定，根據需求函數得到Q0=QN0=g(PN0)，在需求曲線上XN0的坐標位置為(QN0,PN0)?；痣娖髽I的售電電價也是政府規定的電價PS0，平均成本PAVC0=fAVC(Q0)，該省所有火電企業的總利潤為

WS=PS0Q0-PAVC0Q0

(1)

該省所有火電企業的平均利潤率為

(2)

大用戶購電電價與火電售電電價之差就是電網公司收取的費用，即PG0=PN0-PS0。

不含直購電時的情況如圖2所示。當前我國大多數火電企業存在規模經濟[11]，也就是說火電企業的成交電量處于平均成本遞減的區域，主要原因是由于我國火電企業的燃料成本通常占可變成本的70%以上[12-13]，發電企業機組平均負荷率不高，單位發電量的燃料成本隨著功率的增加會明顯降低[14-15]，而平均固定成本隨著發電量的增加單調遞減。所以，圖中Qmin

圖2 不含直購電時大用戶交易均衡狀態Fig.2 Equilibrium state of transactions without direct power-purchase for large users

2 含大用戶直購電情況下大用戶交易分析

允許大用戶直購電情況下，大用戶可以選擇與發電企業協商交易價格，也可以直接采用非直購電價PN0。直購電情況下，交易單位電量時，電網公司收取一定的過網費PG，按照現有的大用戶直購電省份實施情況，PG=PG0。我國具有一定數量的發電企業，但是各省的發電企業占比差異較大，所以分2種情況進行分析，一種是該省某發電企業在電力供給中具有壟斷地位的情況，另一種是該省發電供給處于競爭的情況。

2.1 火電企業壟斷情況

假設某發電企業A在該省的發電供給中具備壟斷地位，其售電價格為pS1，那么大用戶直購電價格pN1=pS1+PG，成交電量為q1=g(pS1+PG)，企業A的利潤就代表了該省火電企業的總利潤，計算公式為

wS1=pS1q1-fAVC(q1)q1

(3)

即

wS1=pS1g(pS1+PG)-fAVC[g(pS1+PG)]g(pS1+PG)

(4)

該發電企業根據成本和直購電的需求曲線設定售電電價，使得收益最大化，收益最大時就是這種發電企業壟斷情況下進行大用戶直購電的均衡解。

WS1=PS1Q1-h(Q1)Q1

(5)

該省火電企業的平均利潤率為

(6)

發電側壟斷情況下達到均衡時各類數據如圖3所示。相對于沒有直購電情況，大用戶直購電相當于取消了政府價格限制，通常解出的交易電量Q1會處于平均成本上升階段，個別地區電力需求曲線整體比較靠左，交易電量Q1的解可能會出現在QY左側平均成本曲線比較平坦的部分。交易電量比開展直購電前有所增加，大用戶的購電電價會降低，火電企業的售電電價也會降低，圖中陰影部分即為火電企業A的總利潤，雖然該火電企業能夠獲得壟斷利潤，利潤會比不含直購電時明顯增大，但利潤率比不含直購電時的低。

圖3 發電側壟斷下開展直購電后的大用戶交易均衡狀態Fig.3 Equilibrium state of direct power-purchase for large users in power generation monopoly market

2.2 火電企業非壟斷情況

對于非壟斷情況，大用戶直購電的交易電量達到均衡狀態(QN2)時，如果再增加發電量，那么邊際成本加上過網費會超過大用戶購電電價，增加發電量只能虧損銷售，如果成交電量小于QN2，再增加發電量，那么邊際成本加上過網費會小于大用戶購電電價，火電企業愿意增加發電量。平衡約束條件也就是直購電電價等于火電企業邊際成本與過網費之和，即fMC(qN2)+PG=h(qN2)。

求出均衡狀態下成交電量為Q2=QN2，由于邊際成本曲線和需求曲線保持不變，求解QN2的關鍵影響因素是過網費PG。進一步可以得到火電企業售電電價為PS2，大用戶購電電價為PN2，該省所有火電企業的總利潤為

WS2=PS2QN2-h(QN2)QN2

(7)

該省所有火電企業的平均利潤率為

(8)

發電側非壟斷情況下各類數據如圖4所示。在非壟斷情況下，邊際成本曲線在平均成本曲線以上的部分可以認為是供給曲線，把需求曲線向下平移PG之后與供給曲線的交點就是均衡點，對應的成交電量就是Q2，Q2不處于QY左側的原因是左側的邊際成本低于平均成本，每個企業都有多發電降低自身平均成本的動力，不可能是均衡狀態。相比壟斷情況下，大用戶的購電電價會進一步降低，成交電量會有所增加，火電企業的售電電價比壟斷情況下更低，平均成本有所升高，圖中陰影部分即為火電企業A的總利潤，火電企業的利潤率比壟斷情況下的更低。

圖4 發電側非壟斷下開展直購電后的大用戶交易均衡狀態Fig.4 Equilibrium state of direct power-purchase for large users in power generation non-monopoly market

3 大用戶直購電對清潔能源發展的影響

通過分析大用戶直購電開展前后的均衡狀態，計算火電企業的利潤率情況，有助于進一步比較火電與清潔能源的利潤率關系，從而分析大用戶直購電對清潔能源發展的影響。

3.1 清潔能源全額消納利潤率分析

清潔能源全額消納意味著清潔能源發電量將全部按照規定的電價PWS出售給電網公司，電網公司在不影響電力系統運行安全的情況下，在調度運行中讓負荷需求優先消納清潔能源。

為了分析大用戶直購電對清潔能源發展的影響，需要比較火電企業開展大用戶直購電前后的利潤率和清潔能源的利潤率。由于風電、光伏等清潔能源具有間歇性，所以清潔能源的利潤率具有隨機性。為了簡化分析，令單位裝機的可能發電量qW服從N(μW,σW)的正態分布，單位清潔能源裝機容量的投資運行成本為CW，得到清潔能源發電的利潤率為

(9)

3.2 壟斷情況下大用戶直購電的影響

當μRW

當r1<μRW

當r1

3.3 非壟斷情況下大用戶直購電的影響

當μRW

當r2<μRW

當r2

3.4 大用戶直購電對清潔能源發展的綜合影響分析

在清潔能源全額消納的政策下，開展大用戶直購電對清潔發展的影響如表1所示，其中壟斷情況下rX=r1，非壟斷情況下rX=r2。從表中可以看出，開展大用戶直購電對清潔能源的發展會有一定的影響，影響的因素不僅取決于利潤率之間的關系，而且與該地區的發電側是否壟斷有關，長期來看，非壟斷情況更有利于清潔能源的發展。

表1 清潔能源發展影響
Table 1 Development effect of clean energy

非直購電情況下的火電企業利潤率r0主要取決于開展直購電前的火電售電電價PS0和大用戶購電電價PN0，直購電情況下的火電企業利潤率r1和r2主要取決于電網公司收取的過網費PG，而清潔能源的利潤率期望μRW主要取決于規定的售電電價LWS?？梢钥闯觯贫ǖ倪@些價格會共同對大用戶直購電模式下清潔能源的發展產生影響。

4 結 語

在全額消納清潔能源的政策下，開展大用戶直購電會對清潔能源的發展產生影響，這種影響會因各省發電側是否壟斷而有所不同，打破壟斷會更加有助于清潔能源的發展。其他影響清潔能源發展的關鍵因素還包括清潔能源的售電電價、非直購電情況下火電售電價格和大用戶購電價格、大用戶直購電情況下的過網費等幾方面價格因素?？傮w來看，開展大用戶直購電不會對清潔能源的發展造成長時間的負面影響，只要綜合考慮電力行業的發展需求，制定好這幾個方面的價格政策，就能夠在開展大用戶直購電的情況下，保障清潔能源持續、穩定、健康地發展，實現清潔能源與常規能源的協調發展。

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(編輯 張小飛)

Impact Analysis of Direct Power-Purchase of Large Users on Clean Energy Development

YAN Jinghua, CUI Hui, HAN Bin, LIU Fang, LI Xiaolei, Dai Sai, ZHOU Jingyang, ZHAO Kun

(China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)

With the development of the direct power-purchase of large users, it is necessary to analyze its impact on the development of clean energy. This paper analyzes the quantity need of the direct power-purchase for large users and the cost of thermal power, researches the equilibrium states of large users’ transactions without direct power-purchase, and analyzes the equilibrium state under direct power-purchase of large users with or without power generation monopoly. We further calculate the average profit rate of thermal power enterprises under the equilibrium state, and analyze the change of these rates before and after the direct power-purchase development. The average profit rates after the direct power-purchase development of thermal power enterprises are lower than before. In the full consumptive requirements of clean energy, this paper analyzes the profit rates of clean energy, and then compares the average profit rate and relationship of thermal power and clean energy before and after allowing direct power-purchase of large users. Through the comparison and analysis, the direct power-purchase of large users won’t have long-term negative impact on the development of clean energy. Breaking the monopoly of regional power generation side and making appropriate prices of clean energy sale, thermal power sale and large users purchase without direct power purchase and wheeling cost with direct power purchase are key factors for promoting clean energy development.

large user; direct power-purchase; clean energy; profit rate; equilibrium state

TM 61； F416.6

A

1000-7229(2016)03-0099-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.03.015

2015-09-14

燕京華(1986)，男，碩士研究生，主要研究方向為經濟運行與調度技術；

崔暉(1982)，男，碩士研究生，主要研究方向為經濟運行與調度技術；

韓彬(1984)，男，碩士研究生，主要研究方向為經濟運行與調度技術；

劉芳(1987)，女，碩士研究生，主要研究方向為經濟運行與調度技術；

李曉磊(1979)，男，博士研究生，主要研究方向為經濟運行與調度技術；

戴賽(1976)，男，碩士研究生，主要研究方向為電網調度與安全校核技術；

周京陽(1962)，女，教授級高工，博士生導師，主要研究方向為經濟運行與調度技術；

趙昆(1984)，男，碩士研究生，主要研究方向為電網調度自動化。