跨国互联电网的成本分摊方法研究

游沛羽，张 艳，佟宇梁，魏 楠

（国网经济技术研究院有限公司，北京 102209）

0 引言

随着电源及负荷的发展，电力作为清洁、高效的二次能源，大规模、大范围的优化配置是必然趋势。考虑世界各地资源禀赋，跨国互联电网的规模逐步扩大[1]。文献[2]回顾了世界大型电网的发展历程，指出由于电力送出需求和电力需求，电网互联规模的扩大，电压等级的提升是不可逆转的趋势。

对于跨国、跨洲互联电网，以往已做过一定研究。文献[3-7]研究了亚欧洲际输电通道净送出国家外送潜力、意愿及方案的技术、经济可行性。其中文献[6]仅研究了单股电力流由单个直流通道输送的洲际输电方案的电价竞争力、资本金内部收益率、自有资金内部收益率，没有考虑未来的跨国互联电网的网架、电力流的多向性。文献[8]研究了亚洲互联电网未来可能存在的3类构建模式。

文献[9]指明了交流电网的投资分摊方法——成本对应法。该方法仅考虑了输电通道静态投资的分摊方法，未考虑运行维护费用、损耗费用、输电走廊土地贬值费用的分摊方式。以上4类费用组成了方案的总费用[10]。原先的静态投资分摊方法未考虑工程的扩建及技术改造，亦未考虑逐年电力流的多向性及变化，包括大小、最大功率利用小时数及路径的变化。

关于电网固定成本分摊问题，文献[11-14]已做过一定研究。均未针对各类年费用的分摊做过研究，其分摊静态投资的主要目的是确定分摊的输电价。分摊基于具体的潮流计算数据及结果，受具体运行方式影响大。在推进跨国互联电网的过程中，在缺少部分国家的自身电网负荷、结构数据时，基于以上4个文献的分摊跨国互联电网固定成本的方法缺乏可行性。

在比选跨国互联电网方案时，总成本的比较是决定性因素之一。总成本可以以费用现值表示，包括静态投资、运行维护费用、损耗费用、输电走廊土地贬值费用。总费用现值最低的方案是全局最优方案，而不一定是各受端费用现值均为最低的方案。跨国输变电工程的费用分摊影响各国参与建设的意愿，净受电越多的国家，分担的费用应该越多。因此，需要进一步探究跨国互联电网的成本分摊问题，提出一种公平分摊4类费用至各个参与国家的成本分摊方法。

跨国互联电网涉及的国家，单位静态投资、生命周期、财税制度、运行维护费率等因素，存在一定的差异。基于未来跨国互联电网的电力流向及其可能的变化，本文提出了一种适合跨国互联电网的静态投资、运行维护费用、损耗费用、输电走廊土地贬值费用的分摊方式。

1 跨国互联电网的成本分摊模型

1.1 分摊跨国互联电网各类成本中存在的问题

工程不同区段生命周期存在差异。跨国互联电网方案由多个输变电工程组成。工程处于不同国串联区段的生命周期与政治、技术、经济等方面的因素有关。确定工程生命周期时，不应考虑工程的接续性，以最短的串联区段生命周期作为工程生命周期。

分摊年值而非现值。当逐年电力流发生变化时，各区域送出或受入电量的比例亦发生变化。因此，每年静态投资的分摊比例不同。分摊静态投资的年值，再将分摊后的费用年值折算为现值，比分摊其现值更客观地体现了逐年分摊比例的变化。对运行维护费用、输电走廊土地贬值费用的分摊，亦应考虑该问题。

损耗费用年值应由各电力流受端承担。当逐年电力流发生变化时，产生的损耗费用年值亦不同。应以年值的形式体现损耗费用，并将其分摊至各受端。

1.2 跨国互联电网的成本分摊方法

讨论跨国互联电网的各类成本年值及现值的分摊、计算方法。考虑电力流的路径与输电通道的相关性，以净送出和净消纳电量为基础。

参与跨国互联电网的国家，建设配套输变电工程，以增强本国家电网电力配置、转送能力和安全稳定性。配套输变电工程主要包括跨国互联电网工程；本国的既有电网和跨国互联电网衔接的输变电工程。本文研究的成本分摊即为前述配套输变电工程的成本分摊。

1.2.1 成本分摊的思路

净送出国家，若不考虑资源输出效益，地区电网无联网需求；净消纳国家，一般环保要求高，很难满足负荷发展需求，需要大量消纳外来电力，其对跨国互联电网的需求较净送出国家更强烈。

电力流的安排主要基于净消纳国家的需求，其传输波及沿途国家，增加了沿途输变电工程的静态投资、运维费用、损耗费用、输电走廊土地贬值费用，这些费用应考虑由各净消纳国家分摊。

线路工程静态投资、运行维护费用、输电走廊土地贬值费用，考虑各工程区段存在不同的生命周期及年利率，可以费用年值的形式表示。在求得各工程区段被各净消纳国家分摊的3类费用年值后，以各工程区段实际所处国家的生命周期及年利率将分摊静态投资年值中各部分折算至现值后求和，以得出该国应被分摊的3类费用现值。

净消纳国家的变电站、换流站及其他本国的既有电网和跨国互联电网衔接的输变电工程的3类费用，应由该国自行承担，不被分摊。如果该国与其他国家的电力净交换量为0，这些部分的3类费用亦由该国自行承担。

净送出国家的变电站、换流站及其他本国的既有电网和跨国互联电网衔接的输变电工程的3类费用，应由各净消纳国家承担。若考虑安排受端向送端反送少量电力以解决送端的调峰、短时缺电问题的可能性，送端仅承担反送电力流产生的损耗费用。

1.2.2 静态投资、运行维护费用、输电走廊土地贬值费用的分摊方法

图1为成本分摊方法流程图。

文献[9]给出了交流线路的投资分摊方法，对直流线路同样适用。串补装置、高抗和交、直流线路一样分摊静态投资、运维费用、输电走廊土地贬值费用。在仅能确定各输电通道净传输电量的情况下，以图2的案例，描述变电站、换流站及既有电网和跨国互联电网衔接的输变电工程静态投资分摊的原理。

图1 成本分摊计算流程

图2 电力流示例

图2中，国家A、B为送出侧，D、E为消纳侧，C处于枢纽位置，亦消纳了一部分电力。U+V、W为A、B净送出的电量，V+X、Y为D、E净消纳的电量，Z为C净消纳的电量。显然，在不考虑损耗电量的情况下：

A、B的变电站、换流站及既有电网和跨国互联电网衔接的输变电工程静态投资，由C、D、E分摊。每个国家分摊的量为

式中：a0、b0分别为A、B的变电站、换流站及既有电网和跨国互联电网衔接的输变电工程的静态投资；c0、d0、e0分别为 A、B 的前述静态投资应分摊给 C、D、E的数额。公式（2）中，前一项为涉及A的部分的分摊数额，后一项为涉及B的部分的分摊数额。

文献[9]中已描述过通道静态投资的分摊方法。若输电通道两端均为送端或受端且有安排电力流的可能性，分摊静态投资方式为：

如果为了加强送端A、B间电气联系新建联络通道AB，无论通道AB是否安排电力流，其费用应由各受端C、D、E分摊，其费用应考虑C、D、E受入电量占A、B送出总电量的比例分摊至各受端区域。

如果为了加强受端D、E间电气联系新建联络通道DE，净输送电量的方向为D→E，其静态投资应由E承担。根据CD通道分别传输至D、E电量的大小，将CD通道的静态投资分配给D、E。

跨国互联电网中在受端还有可能新建一些仅仅起到联络作用的输电通道，正、反向传输的电量相同或相近。各国承担各国境内的静态投资年值或现值，根据各区段实际所处国家年利率、生命周期折算。

Step 1：当需要保留重建对象原始位置信息时可以取刚体位移为Δξ=ξi-r0sin(θi-θ0)。如果不需要知道重建对象原始坐标，可以直接取Δξ=ξi。

由于V和输电通道AB、AC、BC无关，AD通道的静态投资应由D承担。

以上的静态投资分摊计算过程中，没有明确X、Y、Z来源于U或者W的比例。若可以明确安排电力流，则可以按电力流分摊A、B的变电站、换流站及既有电网和跨国互联电网衔接的输变电工程静态投资，以及输电通道AC、BC的静态投资。

若存在将原有输变电设备技术改造的可能性，技改的静态投资亦可以按照前文的新建输变电工程的静态投资分摊方法进行分摊。生命周期应考虑技改的具体情况进行调整。

原有输变电工程在构建目标跨国互联电网网架时，考虑到更换运营商的可能性，应考虑折旧。可以将原先的静态投资，考虑截至目标网架存在的年限和一定的折旧率，折算至目标网架投产年的静态投资，从目标网架投产水平年起，按照前述方法分摊。生命周期相应减小。

如果存在技改或扩建的工程，既有静态投资考虑折旧后，再与技改或新建静态投资组合，从投产年份开始，按新建的输变电工程考虑成本分摊。同时调整技改后工程的生命周期。

综上，每个国家的总静态投资分摊额，应为自身未被分摊的投资和分摊其他国家的投资之和，对于净送出国家，静态投资被净消纳国家分摊。对于净消纳国家，需要考虑：

1）分摊的和其应承担的自身的输电通道的交、直流线路，串补、高抗的静态投资；

2）分摊的净送出国家的和其变电站、换流站及这些国家的既有电网和跨国互联电网衔接的输变电工程静态投资。

输电走廊土地贬值费用的分摊方法，和静态投资的相似。

每个国家承担的运行维护费用应按照其应分摊的各工程区段静态投资实际所处的国家的运行维护费率进行计算，按照其实际所处的国家的年利率和生命周期折算至现值后求和。如果某个工程在某个国家的区段存在两个及以上不同的生命周期和年利率组合，可再分为多个部分进行求和。

对于考虑折旧的原有输变电工程，其在计算运行维护费用时的静态投资应为投产水平年考虑折旧率之后的静态投资。

1.2.3 损耗费用的分摊方法

电力流产生的损耗费用，由各电力流的受端承担。损耗年费用和电力流、年等效损耗小时数、上网电价成正比例关系。损耗费用年值、现值，亦应分段计算。如果电力流大小、流向或路径、持续年限等发生了变动，按不同的电力流对待。按照各区段的生命周期及年利率将各电力流的损耗费用年值折算为现值后求和作为本电力流损耗费用现值。某个国家应承担的损耗费用现值为所有以其为受端的电力流的损耗费用现值之和。

2 跨国互联电网的方案算例分析

2.1 互联国家基本情况及电力流的安排

针对一个五端跨国互联电网交流、柔性直流组合联网方案进行分析。国家之间输电走廊的长度及在各国家内的距离如图3所示。其中A、C间已存在2回1 000 kV线路由A向C输电，导线截面积均为8×630 mm2。截至互联电网投运时，考虑了开工建设、降压500 kV运行的期限，已经存在5年。

A、C已存在500 kV交流变电站1座，容量分别为1 500 MVA，线路的1／3和2／3处各有串补站1座，分别补偿该站至变电站线路电抗的20%。每个变电站配置高抗225 Mvar，串补站配置高抗450 Mvar。

A、C变电站各存在配套500 kV线路200 km，500 kV高抗210 Mvar。

图3 五个国家输电走廊示意图

安排5个国家间电力流向、最大功率及最大功率利用小时数为

A→D：10 000 MW，6 000 h；

A→C：3 000 MW，5 500 h；

A→E：2 000 MW，3 000 h；

B→D：3 000 MW，4 500 h；

B→E：3 000 MW，4 000 h；

B→C：2 000 MW，3 000 h；

D→B：3 000 MW，1 000 h；

D→C：2 000 MW，2 000 h；

E→A：1 000 MW，1 000 h；

C→A：1 000 MW，2 000 h；

C→B：1 000 MW，2 000 h。

2.2 联网方案的设想

设各电力流同向最大功率的同时率0.95，交流功率因数 0.95，构建 A、B、C、D、E 五端柔性直流输电系统方案，如表1所示。

BC、CD、CE、AD 之间分别建设 1、1、1、2回±800 kV直流线路，导线截面积均为8×1 250 mm2。

表1 5个±800 kV柔性直流换流站新建、2个1 000 kV变电站扩建容量及新增的配套500 kV交流工程规模

A、C国家的1 000 kV变电站与换流站合建，原有500 kV变压器投入各区域其他站点使用。每个变电站配置1 000 kV高抗900 Mvar，串补站配置1 000 kV高抗1 800 Mvar。原先的配套高抗投入各区域其他站点使用。同时，将串补容量参考交流线路输电容量的增加而新建，原有500 kV串补装置投入各区域其他站点使用。

2.3 计算的基本参数

设A国家原有输变电设备的折旧率取10%，C国家取5%。

文献[15]提供了1 000 kV、500 kV线路、新建变电站、新建高抗的单位静态投资。新近投产的1 000 kV、500 kV串补站工程可研估算提供了串补装置的单位静态投资。结合新近完成可研的柔性直流换流站、常规直流换流站的单位静态投资，得出±800 kV柔性直流换流站工程的单位静态投资。结合新近投产的±800 kV线路工程的单位静态投资，设定本案例采用的单位线路静态投资。D国家采用上述单位静态投资，A国家取上述数值的60%，B国家取75%，C国家取85%，E国家取90%。

文献[16]提供了1 000 kV交流输电、±800 kV直流输电的走廊宽度。

表2列出了一些各国家其他的主要计算参数。

表2 5个国家其他计算参数

将柔性直流新建和主变扩建工程投产的年份作为测算费用现值的基准年份。

3 结果分析

根据各国家各工程区段的生命周期，推出AC、BC通道的生命周期为20年，AD、DC、CE通道的生命周期为25年。

就近安排各电力流的路径。分析前20年、后5年的电力流路径可知，A→E、E→A、A→C、C→A 4 个电力流的路径发生了变化。

应考虑各交、直流输电通道陆续退出运行后给电力流路径及持续年限带来的变化。B→D、B→E、B→C、D→B、C→B电力流仅可以持续20年。

在前20年输电通道CD的净输送电量方向为C→D，因此输电通道CD的静态投资、运行维护费用、输电走廊土地贬值费用由D国家承担。输电通道CE的净送电方向为C→E，因此输电通道CE的静态投资、运行维护费用、输电走廊土地贬值费用由E国家承担。

考虑到电力流具体的路径和交、直流电气联系为解耦的情况，可以使换流站A及配套工程、变电站A及配套工程的成本分摊更为明确。

在前20年，途经换流站A及配套工程的电力流为A→D，途经换流站B及配套工程的电力流为B→D、B→E、B→C、D→B、C→B， 途经变电站 A 及配套工程的电力流为 E→A、A→E、A→C、C→A。 因而，变电站A及配套工程的静态投资由C、E分摊，换流站A及配套工程的静态投资由D承担，换流站B及配套工程的静态投资由C、D、E分摊。

在后5年，途经换流站A及配套工程的电力流为 A→D、A→C、C→A、A→E、E→A， 因而换流站 A及配套工程的静态投资由C、D、E三者分摊。

在前20年，考虑到变电站C转送的作用，变电站C的各类成本应由C、E分摊。换流站C亦不是一个纯受端，其静态投资按照经由其向自身、D、E净送达的电量的比例由C、D、E分摊。

表3 5个国家分摊的费用表

考虑到电力流具体方向，将交、直流输变电工程及配套工程的静态投资、运行维护费用、损耗费用、输电走廊土地贬值费用分摊给各端。四类费用现值分摊结果如表3所示。

相比其他因素，各端分摊费用的占比与静态投资、上网电价、受电量关系较大。表3基本满足“多用电多付钱”的合理性。C承担了转送电力的任务，分摊的费用现值比例有所降低。处于送端、受端末端位置的区域分摊的费用较少、较多。

4 结语

提出了适用于跨国互联电网的成本分摊方法。需要考虑各类技术因素和非技术因素，合理规划安排电力流向，电力流对各净消纳国家或国家的损耗费用影响很大，直接影响了各净消纳国家加入跨国互联电网的意愿。

在结构复杂的电网中，以不同的电力交换方式确定典型的运行方式，以比例潮流追踪法确定功率流向，同时预测其运行小时数，以预测各端送出或受入的电量。

分析了交流、多端柔性直流混合输电系统的成本分摊方法。若互联电网方案仅由多个双端直流、双端交流输电系统组成时，存在电力就近置换的可能性，此时每个区域均分摊一定的损耗费用，总损耗费用由于关税累加较少而降低。

在构建跨国互联电网方案时需采用降低工程静态投资、土地贬值费用的措施，借助各国及国家的财税优惠政策，降低方案总费用、各国分摊费用，从经济方面保障各国加入跨国互联电网的可能性。