高比例可再生能源电力系统的调峰成本量化与分摊模型附Matlab代码

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🔥 内容介绍

一、模型背景与意义

在全球能源转型的大背景下，风能、太阳能等可再生能源凭借其清洁、低碳的优势，在电力系统中的占比持续攀升，逐步形成高比例可再生能源电力系统。然而，可再生能源具有间歇性、波动性和随机性的固有特性，如风能依赖风速变化，太阳能受昼夜、天气影响显著，这使得电力系统的供需平衡难度大幅增加，对调峰能力提出了更高的要求。

调峰服务作为维持电力系统安全稳定运行的关键环节，需要投入大量的成本，包括调峰资源的建设、运行、维护等费用。准确量化调峰成本，并建立公平合理的成本分摊机制，不仅能够为电力市场定价提供科学依据，激励各类调峰资源积极参与调峰服务，还能促进可再生能源的进一步消纳，推动电力系统向高效、低碳、可持续的方向发展。因此，构建高比例可再生能源电力系统的调峰成本量化与分摊模型具有重要的理论价值和现实意义。

二、调峰成本量化模型

（一）调峰成本构成分析

高比例可再生能源电力系统的调峰成本来源广泛，主要可分为以下几类：

1. 传统电源调峰成本

• 火电机组调峰成本：火电机组通过改变出力水平来实现调峰，在此过程中会产生额外的成本。一方面，机组降负荷运行时，热效率下降，燃料消耗率增加，导致燃料成本上升；另一方面，频繁的启停和负荷波动会加剧设备的磨损，增加维护成本，同时缩短设备的使用寿命，产生折旧成本的额外支出。此外，为了保证机组在低负荷下稳定运行，可能还需要投入资金进行技术改造，如加装低负荷稳燃装置等，这部分也属于火电机组调峰成本的范畴。

• 水电调峰成本：水电调峰主要通过水库的蓄水和放水来调节出力。在调峰过程中，可能会产生机会成本，例如为了满足调峰需求，在丰水期减少发电量，放弃了原本可以获得的经济收益。同时，水库的调度运行会对周边的生态环境产生一定影响，为了缓解这种影响而采取的生态保护措施所投入的费用，也应计入水电调峰成本。另外，水电站的设备维护、人员管理等日常运营成本，在调峰期间会相应增加，这部分增量成本也需要考虑。

1. 储能系统调峰成本

• 建设成本：储能系统的建设成本包括储能电池、储能变流器、控制系统等设备的购置费用，以及储能电站的土地征用、土建工程、安装调试等费用。不同类型的储能技术，如锂离子电池储能、液流电池储能、压缩空气储能等，其建设成本差异较大。在量化储能系统调峰成本时，需要根据实际采用的储能技术类型和规模，准确计算其建设成本，并按照一定的折旧年限进行分摊。

• 运行维护成本：储能系统在运行过程中，需要定期对设备进行维护保养，更换老化的零部件，以保证系统的正常运行。同时，储能电池具有一定的使用寿命，随着充放电次数的增加，电池容量会逐渐衰减，当衰减到一定程度后需要更换电池，这部分更换成本也属于运行维护成本的范畴。此外，储能系统的运行过程中会消耗一定的电能，如储能变流器的损耗、控制系统的耗电等，这部分电能消耗所产生的费用也应计入运行维护成本。

• 充放电损耗成本：储能系统在充放电过程中会存在一定的能量损耗，主要包括电池的极化损耗、欧姆损耗，以及储能变流器的转换损耗等。这种能量损耗会导致实际可利用的电能减少，相当于增加了调峰的成本。在量化充放电损耗成本时，可以根据储能系统的充放电效率，计算出每次充放电过程中的能量损耗量，再结合电力市场的电价，将其转化为经济成本。

1. 需求侧响应调峰成本

• 用户激励成本：为了引导用户参与需求侧响应调峰，电力公司需要向用户提供一定的激励措施，如电价补贴、现金奖励、免费服务等。这些激励措施所投入的费用构成了用户激励成本。用户激励成本的高低取决于参与需求侧响应的用户数量、用户的用电负荷特性以及激励措施的力度等因素。例如，对于工业用户，由于其用电负荷较大，参与调峰的潜力较大，但需要较高的激励力度才能促使其调整生产计划，因此用户激励成本相对较高；而对于居民用户，其用电负荷较小，但数量众多，通过适当的电价优惠就可以引导其改变用电习惯，参与调峰，用户激励成本相对较低。

• 调度管理成本：需求侧响应调峰需要对用户的用电负荷进行实时监测、调度和管理，这需要投入相应的技术设备和人力资源。例如，安装智能电表、负荷监控系统等设备，建立专门的调度管理平台，配备专业的调度人员和技术支持人员等。这些设备的购置、维护费用，以及人员的薪酬、培训费用等，构成了需求侧响应调峰的调度管理成本。

• 违约成本：在需求侧响应调峰过程中，可能会出现用户未按照约定调整用电负荷的情况，即用户违约。用户违约会影响调峰计划的顺利实施，可能导致电力系统供需失衡，甚至引发安全事故。为了避免用户违约，需要在合同中约定相应的违约条款，并对违约用户收取违约金。同时，当用户违约时，电力公司可能需要采取其他应急调峰措施，如启动备用电源等，这会产生额外的成本。因此，违约成本包括向违约用户收取的违约金不足以弥补损失的部分，以及采取应急调峰措施所增加的成本。

三、调峰成本分摊模型

（一）分摊原则

1. 公平性原则：成本分摊应根据各参与主体对调峰服务的受益程度和责任大小进行合理分配，确保每个参与主体承担的成本与其获得的利益相匹配，避免出现不公平的分摊结果。例如，高比例可再生能源发电企业由于其发电的间歇性和波动性，对调峰服务的需求较大，应承担较多的调峰成本；而电力用户在享受可靠电力供应的同时，若参与了需求侧响应调峰，应根据其贡献程度相应减少成本分摊，若未参与则应承担一定比例的基础调峰成本。

1. 效率性原则：成本分摊机制应能够激励各参与主体积极采取措施提高调峰效率，降低调峰成本。通过合理的成本分摊，使调峰资源得到最优配置，避免资源浪费。例如，对于能够提供高效调峰服务的储能系统运营商和需求侧响应参与用户，在成本分摊时可以给予一定的优惠或奖励，鼓励更多的主体参与到调峰服务中来，提高整个电力系统的调峰效率。

1. 可操作性原则：成本分摊模型应设计简洁、明确，所需的数据易于获取，计算方法简便可行，能够在实际电力市场运营中顺利实施。避免由于模型过于复杂、数据难以获取或计算过程繁琐，导致成本分摊无法有效执行。例如，在确定分摊系数时，应尽量选择容易量化和统计的指标，如可再生能源发电量、用户用电量等，减少主观因素的影响。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 胡福年,徐伟成,陈军.计及电动汽车充电负荷的风电-光伏-光热联合系统协调调度[J].电力系统保护与控制, 2021, 49(13):11.DOI:10.19783/j.cnki.pspc.201075.

[2] 刘涤尘,马恒瑞,王波,等.含冷热电联供及储能的区域综合能源系统运行优化[J].电力系统自动化, 2018, 42(4):9.DOI:10.7500/AEPS20170512002.

[3] 柴沛垚.高比例风电电力系统储能运行及配置分析[J].电力设备管理, 2023(6):139-141.

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