输配电价改革下电网公司实施需求侧管理的成本-效益评估模型

张雪佼，王雁凌，杨尔蔷

(1.国网天津东丽供电公司，天津 300300；2.华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206)

0 引 言

电网公司实施电力需求侧管理(DSM)有利于提升电力应急保障能力、节约电源电网资源、消纳可再生能源和提升用能管理水平，是适应当前电力体制改革的迫切要求。

新电改形势下，电网的盈利模式发生了变化[1-3]。在新的盈利模式下，电网公司实施需求侧管理的成本和效益也发生了相应的变化。迫切需要建立一套成本-效益评估模型，研究在新的盈利模式下实施需求侧管理对电网公司的影响，为电网公司的自身发展、平衡需求侧管理各参与方利益以及相关政策的制定提供依据。目前，深圳、蒙西、宁夏等地已经试点输配电价改革，并且出台了一系列改革方案[4-5]，为研究新的盈利模式下需求侧管理项目对电网公司的影响创造了条件。

目前，国内外在需求侧管理的影响方面已经有了一定的研究[6-8]。文献[9]从经济收益、环境效益、社会发展3个角度分别建立了需求侧管理项目的评价指标体系。文献[10-13]给出了传统盈利模式下电网公司实施需求侧管理的成本和效益模型，但模型已不完全适用于输配电价改革之后的情况。文献[14]建立了实施峰谷电价下的电网公司成本效益模型，并得到了益本比和净收益两项指标在不同移峰填谷电量下的变化曲线。但文中模型未考虑实施需求侧管理后电网输配电量的变化。

本文在现有研究的基础上，结合输配电价改革要求，确定了电网公司实施需求侧管理的成本效益评价指标及其量化方法。以“可避免峰荷容量”和“新增输配电量”为变量，根据输配电价改革的监管周期划分短期和长期，采用成本效益分析法分别建立了在新的盈利模式下，电网公司实施DSM项目的短期评估模型和长期评估模型。并运用该模型得到某区域电网实施DSM项目的成本效益三维评估结果。

1 成本效益评价指标

1.1 成本指标

成本是指电网公司在需求侧管理项目中计划实施的支出费用，主要包括固定资产折旧、运维管理费用和对用户的补贴。

① 固定资产折旧

为保证DSM项目的顺利实施，电网公司需要投入相关的调度控制软件系统、自动化设备、仪器仪表、通讯线路及设备、用电计量设备等固定资产。固定资产折旧是将这些新增加的固定资产原值按照年折旧率计提的费用。计算公式如下：

Z=G×β

(1)

式中：Z为固定资产折旧，万元；G为固定资产原值，万元；β为年折旧率。

年折旧率β采用平均年限法计算，计算公式如下：

年折旧率=(1-预计残值率)/折旧年限×100%

(2)

其中，折旧年限根据输配电固定资产的类别、设备运行环境和实际使用情况等因素确定。预计残值率为固定资产原值的3%～5%。

②运维管理费用

运维管理费用E，即电网公司为保证需求侧管理项目正常运行而新增加的维护、管理方面的费用，包括材料费、修理费、职工薪酬和宣传等费用。单位：万元。

③对用户的补贴

对用户的补贴是指电网公司为鼓励电力用户进行需求侧响应，给予用户的资金补偿。用户补贴与可避免峰荷容量成正比。计算公式如下：

B=α×ΔP

(3)

式中：B为用户补贴，万元；ΔP为可避免峰荷容量，kW；α为补贴因子，万元/ kW。

1.2 效益指标

效益指标是指电网公司通过实施需求侧管理节约的成本或增加的收入，短期效益主要包括容量效益、电量效益和服务绩效奖励；长期效益主要包括准许收益和服务绩效奖励。

①容量效益

容量效益是指电网公司由于实施了需求侧管理项目，削减了高峰负荷，从而避免的新建变电站和输配电线路的容量成本。将总的可避免容量成本按照折现率摊销到寿命期的每一年，即为年容量效益，计算公式为

R=γ×ΔP×rA

(4)

rA=i(1+i)n/[(1+i)n-1]

(5)

式中：R为容量效益，万元；γ为新建变电站和输电线路的单位成本，万元/kW；ΔP为可避免峰荷容量，kW；rA为资本回收系数；n为变电站和输配电线路的折旧年限；i为年利率。

②电量效益

电量效益是指在DSM项目中，由于输配电量的增减而给电网带来的收益变化。当输配电量增加时，电量效益为正，反之，电量效益为负。论文以新增输配电量ΔQ为变量，若通过实施DSM，输配电量增加，则ΔQ为正值；反之，若输配电量减少，则ΔQ为负值。电量效益的计算公式为

D=λ0×ΔQ

(6)

式中：D为电量效益，万元；λ0为平均输配电价，万元/kWh；ΔQ为新增输配电量，kWh。

③服务绩效奖励

是指电网实施需求侧管理超过规定目标后，适当给予奖励，反之予以惩罚[4]。计算公式如下：

M=ρ×(ΔP-δP)

(7)

式中：M为服务绩效奖励，万元；ρ为奖励因子，万元/kW；δP为规定的削减峰荷容量目标值，kW。

④准许收益

根据文献[5]，电网的准许收入=准许成本+准许收益+税金。准许收益是指电网可计提收益的有效资产乘以加权平均资本收益率[5]。

S=G×η

(8)

式中：S为DSM项目的准许收益，万元；G为DSM项目可计提收益的有效资产，即DSM项目投入的固定资产原值，万元；η为加权平均资本收益率，由权益资本收益率、债务资本收益率和资产负债率计算得到[5]。

2 成本-效益评估模型

论文采用成本效益法，计算出总成本和总效益，进而计算出益本比和净收益，得到评价结果。根据文献[4]输配电价的监管周期为3 a，在一个监管周期内，输配电价是固定不变的。而在进入下一个监管周期时，需要重新核定准许收入和输配电量，计算出新的输配电价。长期来看，输配电价是变化的。由此，监管期内外的收益模型不同，本文以监管周期以内为短期，监管周期以外为长期，分别建立短期成本效益评估模型和长期成本效益评估模型。

2.1 短期成本效益评估模型

①短期总成本CS

CS=Z+E+B

(9)

式中：Z为固定资产折旧，万元；E为运维管理费用，万元；B为用户补贴，万元。

②短期总收益BS

BS=R+D+M

(10)

式中：R为容量效益，万元。

③短期益本比和净收益

短期益本比RS：

(11)

短期净收益PS：

PS=BS-CS=R+D+M-Z-E-B=

γ×ΔP×rA+λ0×ΔQ+ρ×(ΔP-δP)-

G×β+E+α×ΔP

(12)

2.2 长期成本效益评估模型

当需求侧管理的实施周期超过一个监管期时，输配电价将被重新核定。此时应根据文献[4]规定的准许成本和准许收益的计算方法，建立需求侧管理的长期成本效益评估模型。

①长期总成本CL

CL=Z+E+B

(13)

②长期总收益BL

BL=CL+S+M

(14)

式中：CL、S分别为DSM项目的准许成本和准许收益，万元；M为服务绩效奖励，万元。

③长期益本比和净收益

长期益本比RL：

(15)

长期净收益PL：

PL=BL-CL=G×η+M=G×η+

ρ×(ΔP-δP)

(16)

④输配电价

深圳试点改革中关于输配电价的核定办法：输配电价总水平等于输配电总准许收入除以总输配电量[4]。据此分析实施需求侧管理对电网输配电价的影响，建立输配电价的影响模型。

(17)

式中：λ1为考虑DSM项目影响后的平均输配电价，万元/kWh；I1为考虑DSM项目影响后的准许收入，万元；Q1为考虑DSM项目影响后的输配电量，kWh；I0为原准许收入，万元；ΔT为考虑DSM项目影响后的税收变化，万元；λ0为原平均输配电价，万元/kWh；Q0为原输配电量，kWh；θ为税收因子，即每度电征收的税收、政府性基金及附加等，元/ kWh。

进一步整理，得到考虑DSM项目影响后的平均输配电价：

(18)

3 实例分析

以某区域电网的实际运行情况为例，该区域电网的最大负荷为880.86MW，最小负荷为678.5MW，平均负荷为790.31MW。“可避免峰荷容量”的最大值取最大负荷与平均负荷之差，为90.55 MW；最小值取0MW。年输配电量为6 923 127MWh；“新增输配电量”的变化区间端点取年输配电量的±1.5%，即[-103 847, 103 847]MWh。

3.1 短期成本效益分析

由于电网在DSM项目中投入的固定资产多为调度自动化、通信、计量等设备，取折旧年限为8 a，预计残值率为5%，由公式(2)计算出年折旧率β为11.875%。固定资产原值G为1 000万元；运维费用E为350万元/a；补贴因子α为100元/kW；税收因子θ取0.05元/kWh。

假设新建变电站和输电线路的单位成本γ为3 500元/kW；变电站和输配电线路的折旧年限n取20 a；年利率i取6.4%；平均输配电价λ0为0.138 6元/kWh；奖励因子ρ为200元/kW；削减峰荷容量目标值δP为5MW。

运用公式(9)～(12)，得到短期成本效益评估的三维评价结果，益本比如图1所示，净收益如图2所示。

图1 短期益本比三维评估结果

图2 短期净收益三维评估结果

由图1、图2可知：随着“可避免峰荷容量”和“新增输配电量”的增加，益本比和净收益均逐渐增大。在参考平面之上的部分，益本比大于1、净收益大于0，表明此时电网获得的收益大于成本，该需求侧管理项目可行，电网从中获得积极地影响；在参考平面之下的部分，益本比小于1、净收益小于0，表明此时电网获得的收益小于成本，该需求侧管理项目不可行，电网将从中损失经济效益。

3.2 长期成本效益分析

①益本比和净收益

DSM项目可计提收益的有效资产G为1 000万元；取权益资本收益率为8.41%、债务资本收益率为7.86%、资产负债率为50%，计算得加权平均资本收益率η为8.135%；其余所需指标数据同3.1节。

运用公式(13)～(16)，得到长期成本效益评估的三维评价结果，益本比如图3所示，净收益如图4所示。

图3 长期益本比三维评估结果

图4 长期净收益三维评估结果

由图3、图4可知：益本比和净收益随着“可避免峰荷容量”的增加而增大，但增大的幅度有限。净收益和益本比与输配电量无关。经计算：当“可避免峰荷容量”等于0.932 5MW时，益本比等于1，净收益等于0万元。当“可避免峰荷容量”大于0.932 5MW，无论 “输配电量”增加还是减少，益本比和净收益均在参考平面之上，即益本比大于1、净收益大于0，表明此时电网获得的收益大于成本，电网从需求侧管理项目中获得正的经济效益。

②输配电价

由公式(18)计算输配电价随“可避免峰荷容量”和“新增输配电量”的变化情况，如图5所示。

图5 输配电价变化情况

由图5可见，输配电价随着“可避免峰荷容量”的增加而增大；随着“新增输配电量”的增加而减小。

4 结束语

本文确定了电网公司实施需求侧管理的成本指标和效益指标，提出了指标量化方法，并建立了成本效益评估模型。

①以“可避免峰荷容量”和“新增输配电量”为变量建立电网的成本效益评估模型，对多种需求侧管理策略和措施具有普适性。

②以输配电价改革的监管周期为时间节点划分短期和长期，根据短期效益指标和长期效益指标的不同核算方法，分别建立短期成本效益评估模型和长期成本效益评估模型，使模型更具有客观性。

③运用本文模型对某区域电网实施需求侧管理的成本效益进行评估，分别得到了短期和长期成本效益的三维评估结果，验证了模型的有效性。

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