根據(jù)以上基本信息，并結(jié)合公式(5-21)～(5-23)，可以求得該機(jī)組的容量成本=989.29元/(KW.h)。根據(jù)式(5-24)～(5-26)，求得該機(jī)組的高峰電量成本=0.126 4元/KW;平段電量成本=0,114 2元/KW;谷段電量成本=0. 114 2元/KW。該機(jī)組為中負(fù)荷率機(jī)組，負(fù)荷率大約為=57%。根據(jù)式(5-27)，得到該機(jī)組的基本電價(jià)=425.4元/KW。根據(jù)式(5-28)～(5-30)，得到容量成本在峰段、平段和谷段的分?jǐn)傁禂?shù)分別為0.447， 0.316， 0.237。根據(jù)式(5—31)～(5—33)，該機(jī)組的上網(wǎng)電量電價(jià)分別為： 0.252 4， 0.233 0， 0.203 3。根據(jù)式(5- 34)～(5- 36)，得到該機(jī)組峰符分時(shí)綜合上網(wǎng)電價(jià)分別為： 0.337 5， 0.318 1; 0.288 4。由此得到，不同時(shí)段下電網(wǎng)企業(yè)從該機(jī)組購(gòu)買(mǎi)電量的邊際成本，也即電網(wǎng)企業(yè)供電邊際成本如表5-2所示。

假設(shè)該電網(wǎng)企業(yè)向某一用戶(hù)供電，用戶(hù)的原始負(fù)荷數(shù)據(jù)如表5一3所示。

基本參量設(shè)置如下：

①時(shí)段劃分：

高峰負(fù)荷時(shí)段：8:00～11:00(峰1).18:00～23:00(峰2);

平段負(fù)荷時(shí)段：7:00～8:00(平1)，11: 00 ～18：00(平2);

谷段負(fù)荷時(shí)段：23:00～7:00。

②原電價(jià)為0.4元/KWh，該用戶(hù)在峰段、平段和谷段的電力需求彈性分別為-0.21， -0.43、- 0.44。

本算例中拉姆齊指數(shù)取=0.108 19。則由式(5—39)～(5—41)計(jì)算得峰段電價(jià)、平段電價(jià)和低谷電價(jià)分別0.70、0.125、0.38元/KWh。實(shí)行分時(shí)電價(jià)前后各時(shí)段電價(jià)、電量如表5-4所示。

從分析結(jié)果可知，根據(jù)拉姆齊定價(jià)原理制定的分時(shí)電價(jià)，有效地減少了用戶(hù)的峰段用電量，谷段電量有所增加，峰谷差有所減小。

5.2.8 市場(chǎng)條件下考慮環(huán)境效益的電價(jià)聯(lián)動(dòng)模型研究

1.分類(lèi)用戶(hù)的用戶(hù)側(cè)峰谷分時(shí)電價(jià)響應(yīng)

與其他商品市場(chǎng)類(lèi)似，電力市場(chǎng)也符合商品經(jīng)濟(jì)的基本規(guī)律，即用戶(hù)會(huì)對(duì)價(jià)格變化作出反應(yīng)。受生活方式、天氣變化、收入水平、生產(chǎn)班制等的影響，不同用戶(hù)對(duì)電價(jià)變化作出的反應(yīng)是不一樣的。為此，應(yīng)該分類(lèi)考慮各類(lèi)用戶(hù)的電力需求彈性系數(shù)。設(shè)有N類(lèi)用戶(hù)執(zhí)行用戶(hù)側(cè)峰谷分時(shí)電價(jià)，根據(jù)需求彈性的定義，分類(lèi)用戶(hù)的需求彈性系數(shù)可以表示為：

2.電價(jià)聯(lián)動(dòng)的約束條件

(1)用戶(hù)側(cè)約束條件。實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)后，電力用戶(hù)根據(jù)各時(shí)段電價(jià)變化情況以平均電價(jià)最小化為目標(biāo)調(diào)整安排用電方式。需求側(cè)管理的目標(biāo)之一是至少保證用戶(hù)側(cè)利益不受損。因此，用戶(hù)側(cè)在執(zhí)行峰谷分時(shí)電價(jià)時(shí)至少應(yīng)保證其平均用電電價(jià)不上漲，即：

將式(5-45)簡(jiǎn)化處理，得：

上式即為滿(mǎn)足用戶(hù)側(cè)平均用電電價(jià)不上漲的必要條件。

(2)發(fā)電側(cè)約束條件?，F(xiàn)行上網(wǎng)側(cè)分時(shí)電價(jià)制定的基本原則是“保持總體電價(jià)水平不變”①。設(shè)有M類(lèi)機(jī)組執(zhí)行發(fā)電側(cè)分時(shí)電價(jià)，為了保證發(fā)電側(cè)平均上網(wǎng)電價(jià)不變，有：

②進(jìn)一步指出，“保持總體電價(jià)水平不變”并不能保證不同類(lèi)型機(jī)組的收入不變，因此，在發(fā)電側(cè)的約束條件設(shè)置中還應(yīng)該確保各類(lèi)機(jī)組的利潤(rùn)不下降，即

(3)供電側(cè)約束條件。為了更好地實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)，供電公司需要投入大量的費(fèi)用，如政策宣傳、技術(shù)開(kāi)發(fā)、表計(jì)安裝、人員培訓(xùn)等，獲得的相應(yīng)補(bǔ)01占則較少;供電公司還面臨著用戶(hù)電價(jià)不確定及上網(wǎng)電價(jià)波動(dòng)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，削弱了供電公司推廣峰谷分時(shí)電價(jià)的積極性。因此，許多提出發(fā)電側(cè)與用戶(hù)側(cè)分時(shí)電價(jià)聯(lián)動(dòng)機(jī)制以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，保證供電公司收支平衡。

根據(jù)國(guó)外需求側(cè)管理的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)后電力用戶(hù)用電量基本不變或略有減少。另外，供電公司的服務(wù)成本(包括技術(shù)服務(wù)和交易服務(wù))與電量需求量基本呈正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)電量需求增加時(shí)其服務(wù)成本也相應(yīng)增加，反之亦然。因此，保證供電公司售購(gòu)電價(jià)差不下降更為合理，即：

3.電價(jià)聯(lián)動(dòng)優(yōu)化模型的設(shè)計(jì)

電力市場(chǎng)化改革中一個(gè)重要的舉措就是在發(fā)電側(cè)實(shí)行“競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”，因此，發(fā)電公司必須努力降低發(fā)電成本以擴(kuò)大市場(chǎng)份額，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。此外，發(fā)電成本的降低，使得供電公司可以以較低的購(gòu)電價(jià)格為電力用戶(hù)提供服務(wù)并降低用戶(hù)用電成本.而用戶(hù)側(cè)整體電價(jià)水平的下降又會(huì)使其更積極地參與需求側(cè)管理，加大“削峰填谷”力度，隨之更進(jìn)一步降低發(fā)電成本，由此形成發(fā)電側(cè)、供電側(cè)及用戶(hù)側(cè)在參與分時(shí)電價(jià)項(xiàng)曰時(shí)的良性互動(dòng)。各參與方獲益的根本原因來(lái)自于發(fā)電成本的下降。以平均發(fā)電總成本最低為目標(biāo)函數(shù)，建立雙邊價(jià)格聯(lián)動(dòng)的優(yōu)化模型：

約束條件還包括式(5-45)-(5-49)。此外，還應(yīng)滿(mǎn)足發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性運(yùn)行條件及機(jī)組的技術(shù)最大最小出力限制。

4.計(jì)及環(huán)境成本的機(jī)組發(fā)電成本

一般情況下，機(jī)組的發(fā)電成本既與機(jī)組類(lèi)型有關(guān)，也受不同時(shí)期發(fā)電負(fù)荷的影響。例如，對(duì)于水能發(fā)電、光伏發(fā)電及風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電方式，其一般具有建設(shè)初期高投資、低運(yùn)行和維護(hù)成本、零燃料成本等特點(diǎn)，發(fā)電成本中容量成本占很大部分，可以通過(guò)會(huì)計(jì)成本法測(cè)算;對(duì)于燃煤發(fā)電機(jī)組.由于機(jī)組在不同時(shí)段燃料費(fèi)用、維修費(fèi)等是不同的，因此其發(fā)電成本受發(fā)電負(fù)荷的影響比較大。本研究假設(shè)在不計(jì)環(huán)境成本的情況下，機(jī)組的邊際發(fā)電成本可以用一次函數(shù)表示工，即

由于發(fā)電功率可以表示為：

機(jī)組的單位發(fā)電成本函數(shù)又可以表示為：

由此可見(jiàn)，我國(guó)發(fā)電廠(chǎng)的發(fā)電成本一般只包括建廠(chǎng)成本、燃料費(fèi)用、運(yùn)行維護(hù)成本等，而不包括環(huán)境成本。如若這樣，不僅造成部分電源的環(huán)境價(jià)值被無(wú)償占有，影響電力資源的優(yōu)化配置，還會(huì)抑制高能效、清潔能源電源的發(fā)展0。研究表明，燃煤發(fā)電產(chǎn)生的SO2、NO、CO、CO2、TSP(懸浮顆粒物)等廢棄物貢獻(xiàn)了相當(dāng)大一部分的大氣污染，因此，有必要量化各類(lèi)發(fā)電機(jī)組的環(huán)境效益，使相關(guān)電力工作者及環(huán)保部門(mén)認(rèn)清各種發(fā)電方式的環(huán)境價(jià)值，更好地推廣清潔能源發(fā)電。

污染物的環(huán)境價(jià)值是指減排單位污染物所避免的”污染經(jīng)濟(jì)損失”的價(jià)值量。環(huán)境成本通常包括兩部分：一是由于排放污染物所受到的罰款;二是電廠(chǎng)產(chǎn)生的污染物對(duì)環(huán)境造成的損失并由此引起的治理費(fèi)用，如：酸雨、霧霾的產(chǎn)生，生態(tài)系統(tǒng)的破壞等。采用罰款措施可以有效抑制高耗能、高污染機(jī)組的發(fā)電量，促使電廠(chǎng)提高發(fā)電環(huán)保性。主要污染氣體的罰款數(shù)量級(jí)如表5-5所示。

機(jī)組排放的廢棄物對(duì)環(huán)境造成的損失可以用各種污染物的環(huán)境價(jià)值來(lái)衡量。假設(shè)某一機(jī)組在發(fā)電過(guò)程中共產(chǎn)生N項(xiàng)污染物，每項(xiàng)污染物的排放量為m( g/KW.h).I=一1，2，…，n，第i項(xiàng)污染物的環(huán)境價(jià)值為V。，(元/Kg)，罰款數(shù)量級(jí)為V.(元/Kg)，則此機(jī)組單位發(fā)電量的環(huán)境成本(元/MW.h)可以表示為：

綜合考慮式(5-58)、(5-59)，得到計(jì)及環(huán)境成本的機(jī)組發(fā)電成本表達(dá)式：

參考中國(guó)排污總量收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，表5-6給出了我國(guó)電力行業(yè)主要污染物的環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)。

5.算例分析

(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這里算例叁考①中的數(shù)據(jù)。用戶(hù)側(cè)共有兩類(lèi)用戶(hù)執(zhí)行峰谷分時(shí)電價(jià)，實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)前某一時(shí)期內(nèi)的電量需求及銷(xiāo)售電價(jià)如表5-7所示，兩類(lèi)用戶(hù)的需求彈性分別如表5-8、表5-9所示。

文中不再是單獨(dú)研究某一天峰谷分時(shí)電價(jià)的實(shí)施情況，而是綜合一段較長(zhǎng)時(shí)期來(lái)考察方案的實(shí)施效果，峰、平、谷累計(jì)時(shí)段長(zhǎng)均為260h。

發(fā)電側(cè)共有火電、水電和小火電三個(gè)機(jī)組，每個(gè)機(jī)組的發(fā)電成本特性曲線(xiàn)系數(shù)如表5 -10所示。

各機(jī)組的污染物排放量因機(jī)組類(lèi)型不同而各有差異。水電機(jī)組相比火電機(jī)組較為清潔，其發(fā)電過(guò)程幾乎不產(chǎn)生污染物;大火電機(jī)組一般技術(shù)配置高、性能好、能耗低，比小火電機(jī)組排出的污染物少，更加環(huán)保?；痣姍C(jī)組和小火電機(jī)組單位發(fā)電量的污染物排放量見(jiàn)表5 -11。

根據(jù)公式(5-59)結(jié)合表5-8、5- 9、5- 14中的數(shù)據(jù)計(jì)算，可得火電及小火電機(jī)組單位發(fā)電量的環(huán)境成本分別為63.279 4(元/MW.h)、80.15:3 5(元lMW.h)。

發(fā)電側(cè)執(zhí)行峰谷分時(shí)電價(jià)前各機(jī)組在峰、平、谷時(shí)段的發(fā)電量及上網(wǎng)電價(jià)如表5-12所示。

實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)前，根據(jù)表5-10、表5-15中的數(shù)據(jù)計(jì)算，可得供電公司平均售購(gòu)電價(jià)差為313元/( MW.11)，機(jī)組平均上網(wǎng)電價(jià)為382.22元/(MW.h)，機(jī)組平均發(fā)電總成本為164.83元/(MW.11)。

(2)優(yōu)化結(jié)果。應(yīng)用Matlab遺傳算法編程求解本節(jié)所建立的優(yōu)化模型。發(fā)電側(cè)及用戶(hù)側(cè)優(yōu)化結(jié)果分別參見(jiàn)表5 -13、表5-14。

根據(jù)表5 -15、表5-17中的數(shù)據(jù)顯示，在發(fā)電成本中計(jì)人環(huán)境成本進(jìn)行發(fā)電側(cè)優(yōu)化時(shí)，火電、小火電機(jī)組發(fā)電量均有所減少，而水電機(jī)組發(fā)電量有所增加，說(shuō)明該模型的應(yīng)用能夠使得清潔能源機(jī)組的發(fā)電比重增加，促進(jìn)電源結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高發(fā)電環(huán)保性。

從優(yōu)化結(jié)果可以看出，實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)后，機(jī)組平均發(fā)電總成本由164.83元(MW.h)下降到133.74元/(MW.h).機(jī)組平均上網(wǎng)電價(jià)由382.22元/(MW.h)下降到375.33元/(MW.h)，但各機(jī)組利潤(rùn)并沒(méi)有下降，反而均有所增加;供電公司售購(gòu)電價(jià)差仍為313元/( MW.h);用戶(hù)側(cè)銷(xiāo)售電價(jià)基本不變，用戶(hù)峰時(shí)段電量削減54.91GW.h，谷時(shí)段電量增加29 GW.h，峰谷電量比有所下降，削峰填谷效果明顯。

6.結(jié)論

針對(duì)我國(guó)發(fā)電廠(chǎng)普遍能耗高、污染重以及日益惡化的環(huán)境問(wèn)題，提出將機(jī)組環(huán)境成本納入發(fā)電成本中的模型，以量化各種發(fā)電方式的環(huán)境效益。在實(shí)施用戶(hù)側(cè)峰谷分時(shí)電價(jià)以充分挖掘需求側(cè)削峰填谷潛力的同時(shí)，以發(fā)電側(cè)、供電側(cè)、用戶(hù)側(cè)三方利益不受損為約束條件，同時(shí)考慮各機(jī)組間的上網(wǎng)電量分配問(wèn)題，建立發(fā)電側(cè)與用戶(hù)側(cè)雙邊電價(jià)聯(lián)動(dòng)的優(yōu)化模型。

分析結(jié)果表明，雙邊價(jià)格聯(lián)動(dòng)機(jī)制有利于保證各參與方利益，降低平均發(fā)電總成本，增加社會(huì)效益，而以環(huán)境價(jià)值為參考標(biāo)準(zhǔn)的各機(jī)組上網(wǎng)電量分配則有利于增加清潔能源機(jī)組的發(fā)電比重，提高電力行業(yè)的環(huán)保性。