大用户直购电对清洁能源发展的影响分析

燕京华，崔晖，韩彬，刘芳，李晓磊，戴赛，周京阳，赵昆

(中国电力科学研究院，北京市 100192)

大用户直购电对清洁能源发展的影响分析

燕京华，崔晖，韩彬，刘芳，李晓磊，戴赛，周京阳，赵昆

(中国电力科学研究院，北京市 100192)

随着大用户直购电的逐步开展，有必要分析其对清洁能源发展的影响。对大用户交易电量需求与火电成本进行了分析，研究了不含直购电的大用户交易均衡状态，并在发电侧垄断和非垄断的大用户直购电情况下分析均衡状态。在均衡状态下，进一步计算火电企业的平均利润率，分析开展直购电前后的变化情况，结果表明，开展直购电后火电企业的平均利润率有所降低。在清洁能源全额消纳的政策要求下，分析清洁能源的利润率。然后对比开展大用户直购电前后火电和清洁能源的平均利润率及其关系。通过比较分析，发现大用户直购电不会对清洁能源发展造成长期的负面影响。打破地区发电侧垄断，并制定好清洁能源的售电电价，非直购电情况下火电售电价格和大用户购电价格以及大用户直购电情况下的过网费等是促进清洁能源发展的关键因素。

大用户；直购电；清洁能源；利润率；均衡状态

0 引 言

自2013年国家把推进大用户直购电作为电力体制改革的重要内容以来，大用户直购电的范围和数量急剧增大，这不仅有利于改变国内发电量下滑的趋势，而且有利于建立更加规范的电力市场和交易模式。但是，随着大用户直购电的高速发展，有必要分析其对清洁能源发展可能造成的影响。

对大用户交易进行分析，研究大用户直购电后交易的变化及其均衡情况，有利于分析其对清洁能源消纳的影响，找到关键影响因素，保障清洁能源科学持续发展。发展大用户直购电会改变目前发电企业、电网企业和大用户之间的利益格局[1]，而发电企业的成本对直购电的影响很大，已有很多关于发电企业成本分析方面的研究[2-5]。大用户自由购电不仅可以节约电费、提升产品竞争力，而且可以使发电企业加强管理，提高效率[6]；同时，大用户直购电会对发电企业推进清洁能源发电技术及大用户节能减排造成新的影响[7]。文献[8]证明了售电电价和年运行小时数是影响火电企业盈亏情况的重要指标；文献[9]对传统输配电价的成本进行分析、梳理,证明了电网企业在既定输配电价价差基础上通过合理布局降低成本为自己增加利润是可行的；文献[10]研究了大用户直购电在竞争性市场中的影响，证明了大用户直购电模式的实施会使电力市场中的参与体利益发生改变，但是整体上提高了社会福利，利于市场良性发展。然而，目前有关大用户直购电对清洁能源发展的影响研究较少，因此，有必要结合大用户电量需求和火电发电成本，研究大用户直购电对清洁能源的影响。

本文针对大用户直购电开展前后对清洁能源发展的影响进行研究。首先，通过研究大用户交易需求和火电企业成本，分析在不含大用户直购电情况下，交易的均衡情况及火电企业的利润情况。然后，基于发电侧垄断和发电侧非垄断2种情况，研究开展大用户直购电后，交易的均衡情况及火电企业利润情况。最后，进一步结合清洁能源的利润情况，在清洁能源全额消纳政策下，分析大用户直购电对清洁能源发展的影响，以及影响清洁能源发展的关键因素。

1 不含直购电情况下大用户交易分析

首先对不含直购电情况下大用户交易进行分析，交易双方为所有有资格参与直购电的常规能源发电企业和大用户，交易商品为电量，为了便于分析，假设该地区参与大用户直购电的发电企业都是火电企业。

1.1 大用户交易电量需求与火电成本分析

大用户电量需求随着购电电价的增大而减小，令二者的函数关系为qN=g(pN)，其中pN为购电电价，qN为相应的电量需求。由于该函数是单调递减函数，所以可以用反函数表示，得到pN=h(qN)=g-1(qN)。考虑到大用户电量需求必然在一个范围内，为了便于分析，认为自变量qN的定义域为[Qmin,Qmax]。大用户电量需求曲线如图1所示。

火电企业单位发电量的边际成本与发电量存在一一对应的关系，二者的函数关系为pMC=fMC(qs)，其中pMC为边际成本，qs为相应的电量供给，qs∈[Qmin,Qmax]，曲线如图1所示。

火电企业单位发电量的平均成本与发电量存在一一对应的关系，二者的函数关系为pAVC=fAVC(qs)，其中pAVC为平均成本，曲线如图1所示。

图1 大用户交易需求与火电成本曲线Fig.1 Curves of transaction need of large users and cost of thermal power

图1中，火电企业边际成本曲线与大用户电量需求曲线的交点X的坐标为(QX,PX)。火电企业平均成本最小位置Y的坐标为(QY,PY)，正好为其与边际成本曲线的交点。

1.2 不含直购电时的均衡状态

不含大用户直购电情况下，达到均衡状态时的购电价格、售电价格、成交电量、火电企业收益等，可以作为分析大用户直购电交易的初始条件。均衡状态是指市场价格达到使供给量与需求量相等的状态，不含直购电时的情况属于一种政府定价模式，并采用“三公”调度解决供过于求的问题，已经持续了较长的时间，可以认为开展大用户直购电前已经达到了一种近似的均衡状态。

已知某省不含大用户直购电时，大用户的购电电价为政府规定的电价PN0，成交电量按照大用户实际购电电量确定，根据需求函数得到Q0=QN0=g(PN0)，在需求曲线上XN0的坐标位置为(QN0,PN0)。火电企业的售电电价也是政府规定的电价PS0，平均成本PAVC0=fAVC(Q0)，该省所有火电企业的总利润为

WS=PS0Q0-PAVC0Q0

(1)

该省所有火电企业的平均利润率为

(2)

大用户购电电价与火电售电电价之差就是电网公司收取的费用，即PG0=PN0-PS0。

不含直购电时的情况如图2所示。当前我国大多数火电企业存在规模经济[11]，也就是说火电企业的成交电量处于平均成本递减的区域，主要原因是由于我国火电企业的燃料成本通常占可变成本的70%以上[12-13]，发电企业机组平均负荷率不高，单位发电量的燃料成本随着功率的增加会明显降低[14-15]，而平均固定成本随着发电量的增加单调递减。所以，图中Qmin

图2 不含直购电时大用户交易均衡状态Fig.2 Equilibrium state of transactions without direct power-purchase for large users

2 含大用户直购电情况下大用户交易分析

允许大用户直购电情况下，大用户可以选择与发电企业协商交易价格，也可以直接采用非直购电价PN0。直购电情况下，交易单位电量时，电网公司收取一定的过网费PG，按照现有的大用户直购电省份实施情况，PG=PG0。我国具有一定数量的发电企业，但是各省的发电企业占比差异较大，所以分2种情况进行分析，一种是该省某发电企业在电力供给中具有垄断地位的情况，另一种是该省发电供给处于竞争的情况。

2.1 火电企业垄断情况

假设某发电企业A在该省的发电供给中具备垄断地位，其售电价格为pS1，那么大用户直购电价格pN1=pS1+PG，成交电量为q1=g(pS1+PG)，企业A的利润就代表了该省火电企业的总利润，计算公式为

wS1=pS1q1-fAVC(q1)q1

(3)

即

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

(4)

该发电企业根据成本和直购电的需求曲线设定售电电价，使得收益最大化，收益最大时就是这种发电企业垄断情况下进行大用户直购电的均衡解。

WS1=PS1Q1-h(Q1)Q1

(5)

该省火电企业的平均利润率为

(6)

发电侧垄断情况下达到均衡时各类数据如图3所示。相对于没有直购电情况，大用户直购电相当于取消了政府价格限制，通常解出的交易电量Q1会处于平均成本上升阶段，个别地区电力需求曲线整体比较靠左，交易电量Q1的解可能会出现在QY左侧平均成本曲线比较平坦的部分。交易电量比开展直购电前有所增加，大用户的购电电价会降低，火电企业的售电电价也会降低，图中阴影部分即为火电企业A的总利润，虽然该火电企业能够获得垄断利润，利润会比不含直购电时明显增大，但利润率比不含直购电时的低。

图3 发电侧垄断下开展直购电后的大用户交易均衡状态Fig.3 Equilibrium state of direct power-purchase for large users in power generation monopoly market

2.2 火电企业非垄断情况

对于非垄断情况，大用户直购电的交易电量达到均衡状态(QN2)时，如果再增加发电量，那么边际成本加上过网费会超过大用户购电电价，增加发电量只能亏损销售，如果成交电量小于QN2，再增加发电量，那么边际成本加上过网费会小于大用户购电电价，火电企业愿意增加发电量。平衡约束条件也就是直购电电价等于火电企业边际成本与过网费之和，即fMC(qN2)+PG=h(qN2)。

求出均衡状态下成交电量为Q2=QN2，由于边际成本曲线和需求曲线保持不变，求解QN2的关键影响因素是过网费PG。进一步可以得到火电企业售电电价为PS2，大用户购电电价为PN2，该省所有火电企业的总利润为

WS2=PS2QN2-h(QN2)QN2

(7)

该省所有火电企业的平均利润率为

(8)

发电侧非垄断情况下各类数据如图4所示。在非垄断情况下，边际成本曲线在平均成本曲线以上的部分可以认为是供给曲线，把需求曲线向下平移PG之后与供给曲线的交点就是均衡点，对应的成交电量就是Q2，Q2不处于QY左侧的原因是左侧的边际成本低于平均成本，每个企业都有多发电降低自身平均成本的动力，不可能是均衡状态。相比垄断情况下，大用户的购电电价会进一步降低，成交电量会有所增加，火电企业的售电电价比垄断情况下更低，平均成本有所升高，图中阴影部分即为火电企业A的总利润，火电企业的利润率比垄断情况下的更低。

图4 发电侧非垄断下开展直购电后的大用户交易均衡状态Fig.4 Equilibrium state of direct power-purchase for large users in power generation non-monopoly market

3 大用户直购电对清洁能源发展的影响

通过分析大用户直购电开展前后的均衡状态，计算火电企业的利润率情况，有助于进一步比较火电与清洁能源的利润率关系，从而分析大用户直购电对清洁能源发展的影响。

3.1 清洁能源全额消纳利润率分析

清洁能源全额消纳意味着清洁能源发电量将全部按照规定的电价PWS出售给电网公司，电网公司在不影响电力系统运行安全的情况下，在调度运行中让负荷需求优先消纳清洁能源。

为了分析大用户直购电对清洁能源发展的影响，需要比较火电企业开展大用户直购电前后的利润率和清洁能源的利润率。由于风电、光伏等清洁能源具有间歇性，所以清洁能源的利润率具有随机性。为了简化分析，令单位装机的可能发电量qW服从N(μW,σW)的正态分布，单位清洁能源装机容量的投资运行成本为CW，得到清洁能源发电的利润率为

(9)

3.2 垄断情况下大用户直购电的影响

当μRW

当r1<μRW

当r1

3.3 非垄断情况下大用户直购电的影响

当μRW

当r2<μRW

当r2

3.4 大用户直购电对清洁能源发展的综合影响分析

在清洁能源全额消纳的政策下，开展大用户直购电对清洁发展的影响如表1所示，其中垄断情况下rX=r1，非垄断情况下rX=r2。从表中可以看出，开展大用户直购电对清洁能源的发展会有一定的影响，影响的因素不仅取决于利润率之间的关系，而且与该地区的发电侧是否垄断有关，长期来看，非垄断情况更有利于清洁能源的发展。

表1 清洁能源发展影响
Table 1 Development effect of clean energy

非直购电情况下的火电企业利润率r0主要取决于开展直购电前的火电售电电价PS0和大用户购电电价PN0，直购电情况下的火电企业利润率r1和r2主要取决于电网公司收取的过网费PG，而清洁能源的利润率期望μRW主要取决于规定的售电电价LWS。可以看出，政府制定的这些价格会共同对大用户直购电模式下清洁能源的发展产生影响。

4 结 语

在全额消纳清洁能源的政策下，开展大用户直购电会对清洁能源的发展产生影响，这种影响会因各省发电侧是否垄断而有所不同，打破垄断会更加有助于清洁能源的发展。其他影响清洁能源发展的关键因素还包括清洁能源的售电电价、非直购电情况下火电售电价格和大用户购电价格、大用户直购电情况下的过网费等几方面价格因素。总体来看，开展大用户直购电不会对清洁能源的发展造成长时间的负面影响，只要综合考虑电力行业的发展需求，制定好这几个方面的价格政策，就能够在开展大用户直购电的情况下，保障清洁能源持续、稳定、健康地发展，实现清洁能源与常规能源的协调发展。

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(编辑 张小飞)

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

燕京华(1986)，男，硕士研究生，主要研究方向为经济运行与调度技术；

崔晖(1982)，男，硕士研究生，主要研究方向为经济运行与调度技术；

韩彬(1984)，男，硕士研究生，主要研究方向为经济运行与调度技术；

刘芳(1987)，女，硕士研究生，主要研究方向为经济运行与调度技术；

李晓磊(1979)，男，博士研究生，主要研究方向为经济运行与调度技术；

戴赛(1976)，男，硕士研究生，主要研究方向为电网调度与安全校核技术；

周京阳(1962)，女，教授级高工，博士生导师，主要研究方向为经济运行与调度技术；

赵昆(1984)，男，硕士研究生，主要研究方向为电网调度自动化。