第一章電力工業(yè)概況

電力市場概論教師：黃輝單位：經(jīng)濟與管理學院電力經(jīng)濟管理教研室教1樓338郵箱：hh9719@263.net教材與參考書教材《電力市場競爭》，(美)薩莉.亨特中信出版社中國電力出版社參考書《電力市場》，于爾鏗，中國電力出版社《電力市場基礎》，王錫凡等，西安交通大學出版社《電力市場》，杜松懷，中國電力出版社課程內(nèi)容第一章電力工業(yè)概述第二章電力市場結(jié)構(gòu)第三章電力市場運營模式第四章電價第一章電力工業(yè)概述一、電力工業(yè)的功能二、電力工業(yè)的傳統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)三、電力工業(yè)技術(shù)特征四、電力需求側(cè)一、電力工業(yè)的功能電力工業(yè)的物理功能發(fā)電、系統(tǒng)運行、輸電、配電

電力工業(yè)的商業(yè)功能

批發(fā)、零售一、電力工業(yè)的功能一、電力工業(yè)的功能一、電力工業(yè)功能發(fā)電功能：將其他形式的能源轉(zhuǎn)化為電能成本：發(fā)電成本占總供電成本的35％～50％從投入產(chǎn)出關(guān)系的角度與石油生產(chǎn)的比較石油：一對多投入：原油產(chǎn)出：汽油、柴油和煤油電力：多對一投入：燃料（煤、油、天然氣、鈾）水的落差、鳳、潮汐動力產(chǎn)出：電能一、電力工業(yè)功能1發(fā)電火電（FossilGeneration）火力發(fā)電廠，簡稱火電廠，是利用煤、天然氣、石油或其他燃料的化學能生產(chǎn)電能的工廠。燃煤電廠通過煤的燃燒釋放熱能，加熱水成為高溫高壓的水蒸氣，并送入汽輪機中膨脹做功，汽輪機旋轉(zhuǎn)帶動同步發(fā)電機發(fā)電。造價大約3000-5000元/KW,我國新建機組以60萬KW-100萬KW機組為主。一、電力工業(yè)功能燃煤電廠發(fā)電熱效率（發(fā)出的電能與燃料供給的熱量之比）達到37%-41%，最小技術(shù)出力（一般70%-80%），改變負荷速率為1%-2%每分鐘，冷態(tài)啟動達到滿負荷400分鐘。排放粉塵、硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳等。一座240萬千瓦的燃煤電廠，估計每年排放硫氧化物14萬噸，飄塵0.68萬噸，氮氧化物7萬噸。我國以煤為主要一次能源（70%），探明的煤煤存儲量是世界第三。2008年，我國煤的消費在42.6%，為世界第一，而美國為17.1%，電煤消費在消費總量50%以上。2005年，燃煤電廠二氧化硫排放總量為1300-1400萬噸，占工業(yè)排放總量200萬噸的60%-70%。一、電力工業(yè)的功能舉例：燃煤發(fā)電廠的工作原理一、電力工業(yè)功能燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組燃料和空氣混合燃燒成為高溫高壓燃氣，并對透平（一種渦輪機）做功，透平旋轉(zhuǎn)帶動同步電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。（燃氣發(fā)電過程）通過透平的燃氣余氣對鍋爐中的水加熱，使其成為高溫高壓水蒸氣，并對汽輪機做功。汽輪機旋轉(zhuǎn)帶動同步發(fā)電機發(fā)電。燃料以天然氣為主，液態(tài)燃料為輔。單機容量可達到40MW,發(fā)電熱效率達到50%-58%。啟動快，調(diào)峰幅度大。例：F級單軸機組改變負荷速率為4%每分鐘，冷態(tài)啟動（停機超過72h）達到滿負荷需要200分鐘。單位造價低（70-80%的同容量燃煤電廠水平），建設周期短（16-20個月，燃煤電廠24-36月）。一、電力工業(yè)功能燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組運行成本高，我國電價一般0.4元/度左右（煤電一般0.3-0.35元/度）污染物少，粉塵和二氧化硫基本為零。用水量為燃煤電廠的1/3，占地為燃煤電廠10%-30%（沒有煤灰堆放）。我國天然氣儲量為2.46萬億立方米，僅為世界的1.3%（俄羅斯23.4%，伊朗16%）；占我國一次能源的3.8%（煤碳68.7%，石油18.7，水風核電8.9%）（2008年數(shù)據(jù)），產(chǎn)地主要在新疆和四川，通過西氣東輸工程送往東部和中部；天然氣發(fā)電占18.3%。（2009年數(shù)據(jù)）燃氣-蒸氣聯(lián)合循環(huán)機組

（CombinedCycleCo-Generation）一、電力工業(yè)功能水電通過建大壩或水渠、隧道，利用水位落差，將水的勢能轉(zhuǎn)化為機械能，水流沖擊水輪機葉片使其旋轉(zhuǎn)，并帶動同步發(fā)電機發(fā)電。清潔無污染成本僅為火電的1/4-1/3理想的調(diào)峰電源，啟動和停機迅速，機組從靜止到并網(wǎng)帶滿負荷只需要幾分鐘。造價高，我國平均造價一般為5308元/KW（火電為3727元/KW,2006年數(shù)據(jù)）發(fā)電效率高，從水能轉(zhuǎn)化為電能的效率到達80%以上，設計壽命在50-100年，兼有防洪、灌溉、航運、水產(chǎn)、旅游和改善生態(tài)環(huán)境等效益。發(fā)電受到來水限制，開發(fā)對生態(tài)環(huán)境影響和帶來移民問題。我國水資源技術(shù)可開發(fā)裝機容量超過5.4億千瓦，居世界首位。截至2009年年底，我國常規(guī)水電裝機容量達1.83億千瓦（不含抽水蓄能），水電開發(fā)利用率約為34%(德國100%美國70%以上)水電一、電力工業(yè)功能核電高速粒子（中子）轟擊重核（質(zhì)量數(shù)大的原子核，鈾235），發(fā)生核裂變，產(chǎn)生兩個輕核和數(shù)個中子，并釋放核能；中子繼續(xù)轟擊剩下的重核，不斷釋放核能，為自持鏈式反應。1公斤鈾235釋放的熱能相當于2800噸標準煤完全燃燒釋放的熱能。釋放的熱能去加熱水蒸氣，并通過汽輪機做功，帶動同步發(fā)電機發(fā)電。需要連續(xù)運行，每年換燃料需停機半個月，擔任基荷，最小機組出力為80-90%。清潔能源，運行成本為煤電的1/3-1/2，建設周期為8-10年，單位投資比煤電高1-1.5倍（臺灣某核電廠建設成本3150美元/KW（2005年建成）），拆除成本為建設成本的9-15%。一、電力工業(yè)功能核電核電建設涉及到核武器關(guān)系、放射性威脅、安全事故、恐怖襲擊、核廢料處理、核電廠拆除、對環(huán)境輻射等因素，嚴重事故可能導致生態(tài)災難。1986年4月26日當?shù)貢r間1點24分，蘇聯(lián)的烏克蘭共和國切爾諾貝利發(fā)生嚴重泄漏及爆炸事故?；诎锥砹_斯國家科學院的數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在過去20年間，切爾諾貝利核事故受害者總計達900多萬人。目前估計死亡人數(shù)：9.3萬人，致癌人數(shù)為27萬人，完全消除這場浩劫對自然環(huán)境的影響至少需要800年，而持續(xù)的核輻射危險將持續(xù)10萬年。法國75%電力來自核電，比利時53%，韓國43%，日本12%，全球平均16%。日本地震引發(fā)的核泄漏危機-搜狐新聞.htm一、電力工業(yè)功能風電由于不同地方的大氣溫差導致的大氣壓差，引起的空氣流動，推動風力發(fā)電機做功發(fā)電的過程。截至2009年底，全世界風電累積裝機總?cè)萘考s為1.6億kW，同比上年增長31%.目前，風電的年發(fā)電量約3400億kWh，風力發(fā)電量已經(jīng)占到世界總發(fā)電量的2%以上。我國劃分為4類風能資源區(qū)（一類蒙西、新疆；二類河北、蒙東、甘肅；三類東北），上網(wǎng)電價分別確定為每千瓦時0.51元、0.54元、0.58元和0.61元。我國目前最高的風電電價為1.404元/kwh（浙江臨海風力發(fā)電廠），目前風電成本估計0.32-0.37元/kwh（5美分或3歐分）。我國陸地加近海有15億千瓦以上的風力資源，估計可建設風力發(fā)電容量則高達3到5億千瓦。風電出力具有不確定性，而且需要電網(wǎng)的無功支持（輔助服務）；風力發(fā)電占電網(wǎng)電量的10%到15%，電網(wǎng)是安全穩(wěn)定的，超過這個比例就會對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。根據(jù)荷蘭的經(jīng)驗電網(wǎng)可承受的風電可達到20%。一、電力工業(yè)功能我國蒙西電網(wǎng)并網(wǎng)容量為489萬千瓦，部分電量本地吸納，其余送華北；而隨著河北張家口、承德地區(qū)大規(guī)模風電的投產(chǎn)，華北電網(wǎng)也面臨本地風電吸納問題。2010年底，甘肅酒泉風電容量將達到500萬千瓦，遠遠超過酒泉和河西地區(qū)的吸納能力，到2015年，酒泉的發(fā)電量將達到250億度，在甘肅及整個西北電網(wǎng)都難以吸納。風機具有較大的噪音，需要遠離居民生活，且占地面積大。海上風力資源條件優(yōu)于陸地，陸地適于安裝風電機組的場址有限，以及在陸地安裝風電機組對景觀造成影響，將風電場從陸地向近海發(fā)展在歐洲已經(jīng)成為一種新的趨勢。在2010年以后，英國、丹麥、瑞典和德國將把風力發(fā)電發(fā)展重點移師海上。歐洲風能協(xié)會預測歐洲近海風電裝機容量2010年達到1000萬kW,2020年可達到7000萬kW。陸地風電建設成本由700歐元／kW到1000歐元／kW，近海風電建設成本為1000到1500歐元每千瓦。一、電力工業(yè)功能抽水蓄能機組為可逆式機組既可做水輪機發(fā)電，也可做泵抽水。電廠一般有地勢高和地勢低兩個水池，兩個水池相通，電力系統(tǒng)低谷時機組用電，將水從低水池抽往高水池；系統(tǒng)高峰時，電廠將高水池向低水池放水發(fā)電。理想的儲能設備和調(diào)峰電源，儲能效率一般為75%-80%，可以通過移峰填谷（將系統(tǒng)低谷期生產(chǎn)的電能儲存起來，在系統(tǒng)高峰期釋放出去），改善負荷曲線特性。啟動和調(diào)速快威爾士一個180萬KW的機組從啟動到滿負荷只用了不到10秒理想的調(diào)峰電源。單位造價為800-3500美元每千瓦抽水蓄能電站十三陵抽水蓄能電站我國的電力結(jié)構(gòu)電力結(jié)構(gòu)：總裝機容量：62200萬千瓦；火電占77.82%，水電占20.67%，核電僅1.01%；（2006年數(shù)據(jù)）。發(fā)電設備容量96219萬千瓦，其中，水電裝機容量21340萬千瓦（22.2%），火電裝機容量70663萬千瓦（73.4%），核電裝機容量1082萬千瓦（1.13%），風電并網(wǎng)裝機容量3107萬千瓦（3.22%）（2010年數(shù)據(jù)）?；痣姡亨u縣發(fā)電廠是254萬千瓦，后又增加2臺100萬機組；2009年4月，5臺60萬千瓦+2臺100萬千瓦；北侖電廠的總裝機達500萬千瓦以7臺燃煤機組、500萬千瓦裝機容量（5×60+2×100萬千瓦）、275億年設計發(fā)電量為中國最大火電廠（2009年數(shù)據(jù)）；內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電公司托克托電廠是我國最大的火力發(fā)電基地?？傃b機容量540萬千瓦（8×600MW，2x300MW）。

我國的電力結(jié)構(gòu)水電三峽電站共裝設26臺70萬千瓦的發(fā)電機組，總裝機容量為1820萬千瓦，后又增加地下電廠機組6臺70萬機組。核電田灣核電站位于中國東部江蘇省連云港市，它于１９９９年１０月開工，一期工程建設２臺單機容量為１０６萬千瓦的核電機組，設計壽命４０年，總投資約２６５．２７億元人民幣。風電酒泉風電基地遠景風電總裝機容量為4000萬千瓦，先期計劃建設裝機容量1065萬千瓦。2009年，輝騰錫勒風電廠的裝機容量達到6.87萬千瓦時左右，風電裝機由72臺增加到94臺，遠景規(guī)劃容量為120萬千瓦時。我國的電力結(jié)構(gòu)風電按照酒泉風力發(fā)電機組滿負荷發(fā)電2300小時計算，1000萬千瓦裝機年發(fā)電量為230億度，相當于每年節(jié)約煤炭920萬噸，每年減少粉塵排放6900噸，減少二氧化硫排放1.2萬噸，減少氮氧化物排放9700噸。電力需求北京市用電最大負荷1666萬千瓦（2010.7.29）。浙江電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)最高負荷需求在3882.6萬千瓦（2010.7.2），浙江全省統(tǒng)調(diào)可提供電3150-3240萬千瓦，基本落實的最大外購電900萬千瓦，全省供電能力約4100萬千瓦，高峰時段最大電力缺口為200萬千瓦左右（2010.7）。我國風電分布情況一、電力工業(yè)的功能2輸電通過輸電線路，將電能從發(fā)電廠輸送到負荷中心，占電力最終成本的5%到15%。。輸電線路主要由變電設備和線路組成，主要的電壓等級有1000kv800kv（千伏）（特高壓）、500kv、330kv（超高壓）、220kv（高壓）。電壓等級越高，電能損耗越小。電壓與功率、距離關(guān)系：單回500kv線路可送電距離為400-1000km,功率為60-150萬kw，220kv為200-300km，功率為5-20萬kw.輸電線路主要由架空線路和電纜組成，架空線路包括桿塔、導線、絕緣子和避雷線，絕緣子片數(shù)與電壓等級有關(guān)，220KV線路不少于13個。有直流和交流輸電兩類，直流輸電適合兩個不同頻率的交流電網(wǎng)互聯(lián)，如跨國電能交易（中國50Hz，國外60Hz）和遠距離電纜送電。輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)2000年前后全國性聯(lián)合電力系統(tǒng)示意圖特高壓輸電線路800kv的特高壓輸電線路的可輸電功率是500千伏超高壓線路的兩倍。1000kv交流特高壓線路的輸送距離為1200-3000km，輸電功率為300-750萬千瓦。1000kv交流線路的輸電損耗為500kv線路的25%至40%，可節(jié)省60%的土地資源。特高壓交流線路在輸送相同功率的情況下，可將最遠送電距離延長3倍，而損耗只有500千伏線路的。輸送同樣的功率，采用1000千伏線路輸電與采用500千伏的線路相比，我國是個一次能源和電力負荷分布不均衡的國家。西部能源豐富，全國三分之二以上的可開發(fā)水能資源分布在四川、西藏、云南，煤炭資源三分之二以上分布在山西、陜西和內(nèi)蒙古西部；東部經(jīng)濟發(fā)達，全國三分之二以上的電力負荷集中在京廣鐵路以東地區(qū)，西部能源基地與東部負荷中心距離在500公里至2000公里。所以，特高壓輸電工程具有重要的意義。特高壓輸電線路2006年08月19日晉東南——南陽——荊門交流特高壓試驗示范工程在山西奠基，2008年建成投運，有利于實現(xiàn)華北和華中電網(wǎng)的電力調(diào)劑。“十一五”期間，特高壓交流輸變電工程建設線路達4200公里；國家還將相繼開工建設向家壩和溪洛渡水電站到華東和華中的正負800千伏特高壓直流工程。到2020年前后，國家電網(wǎng)特高壓骨干網(wǎng)架基本形成，國家電網(wǎng)跨區(qū)輸送容量將超過2億千瓦，占全國總裝機容量的20%以上。屆時，從周邊國家向中國遠距離、大容量跨國輸電將成為可能。對于特高壓電網(wǎng)的經(jīng)濟性，到2020年，通過特高壓可以減少裝機容量約2000萬千瓦，節(jié)約電源建設投資約823億元；北電南送的火電容量可以達到5500萬千瓦，同各區(qū)域電網(wǎng)單獨運行相比，年燃煤成本約降低240億元。我國直流輸電工程一、電力工業(yè)的功能2輸電電力系統(tǒng)調(diào)度實現(xiàn)電力平衡：保持發(fā)電廠與負荷（所有用戶瞬時用電的總和）平衡，以確保保持輸電系統(tǒng)穩(wěn)定，需要注意的是電能以光速（每秒約186，000英里）傳輸。分配發(fā)電廠負荷：可以按照基荷、腰荷和峰荷機組進行分配；同時考慮實現(xiàn)發(fā)電成本（或燃料成本）最小化的經(jīng)濟調(diào)度過程。提供輔助服務（調(diào)頻、備用、無功補償?shù)?，保證電網(wǎng)安全性和電能質(zhì)量。進行阻塞管理，保證輸電線路不過負荷和阻塞。調(diào)度機構(gòu)多國：北歐一個國家調(diào)度機構(gòu)（法國、英國、新西蘭）；省或區(qū)域（澳大利亞和中國）；一個獨立公司一套，2000年美國140套；紐約、新英格蘭、PJM電力聯(lián)營體的統(tǒng)一調(diào)度。電力平衡與調(diào)頻日負荷曲線各類電廠在日負荷曲線上的負荷分配示例經(jīng)濟調(diào)度過程一、電力工業(yè)的功能系統(tǒng)調(diào)度：調(diào)度發(fā)電出力跟蹤負荷、輔助服務（調(diào)頻、備用、無功等)輸電線路不過負荷和阻塞調(diào)度機構(gòu)多國：北歐電力市場（NordPool）（挪威、瑞典、芬蘭、丹麥）一個國家調(diào)度機構(gòu)（法國、英國、新西蘭）；省或區(qū)域（中國）；一個獨立公司一套，2000年美國140套；紐約、新英格蘭、PJM電力聯(lián)營體的統(tǒng)一調(diào)度。PJM調(diào)度中心一、電力工業(yè)的功能配電配電成本配電成本約占電力最終成本的30%-50%。配電的基本任務其基本任務是“線路業(yè)務”——將電從輸電系統(tǒng)輸送給用戶。但是配電的功能實際上不是單一的，因為它屬于本地業(yè)務，通常包括用戶服務、計量、計費和零售。根據(jù)電壓等級可為高壓配電網(wǎng)（110kv、35kv）、中壓配電網(wǎng)（10kv）和低壓配電網(wǎng)（380/220kv）。根據(jù)供電區(qū)域可分為城市配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)（負荷密度差異）。輸電與配電的比較電壓等級和單向和雙向例：國道、高速路和二環(huán)、三環(huán)、普通街道電網(wǎng)電壓等級與送電距離的關(guān)系一、電力工業(yè)的功能比較項目傳輸特點比喻電壓等級結(jié)構(gòu)特點潮流輸電高速公路高網(wǎng)絡雙向配電地方道路低輻射單向一、電力工業(yè)的功能電力工業(yè)的商業(yè)功能零售:零售是面向終端用戶的銷售，它包括一系列商業(yè)職能——購電、定價和售電，還包括用電計量、計費和收費。電力躉售:對轉(zhuǎn)售者的電力銷售。物理過程發(fā)電、輸電、配電、調(diào)度環(huán)節(jié)經(jīng)濟過程生產(chǎn)、批發(fā)市場和零售市場銷售額銷售人數(shù)利潤二.電力工業(yè)的傳統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)

垂直一體化輸電、配電的自然壟斷特性協(xié)調(diào)發(fā)電和輸電所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)要求發(fā)電和輸電之間保持如此緊密的聯(lián)合輸電和發(fā)電的垂直一體化也有利于輸電和發(fā)電的長期規(guī)劃。發(fā)電的規(guī)模經(jīng)濟，當電廠越來越大，發(fā)電價格越來越低發(fā)電的規(guī)模經(jīng)濟：核電廠最優(yōu)規(guī)模90－100萬KW;火電廠50－60萬KW,聯(lián)合循環(huán)氣輪機25-40萬千瓦，熱效率可達到60％－65％，常規(guī)火電廠為18％－36％。（大機組36％－41％）輸電系統(tǒng)發(fā)展和互聯(lián)、市場規(guī)模發(fā)電不再是自然壟斷,具備引入競爭的條件二.電力工業(yè)的傳統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)電力行業(yè)特征公用事業(yè)、自然壟斷、基礎和能源產(chǎn)業(yè)能源產(chǎn)業(yè)我國3．85億千瓦支撐著1．4萬億美金的GDP，美國8．5億千瓦支撐了11萬億美金的GDP，日本只有2億千瓦，支撐了4萬億美金的GDP（03年）。公用事業(yè)和基礎產(chǎn)業(yè)公共品：具有非競爭性和非排他性非競爭性：可以共享，消費數(shù)量與消費者無關(guān)。非排他性：不能將某個消費者排除在外。準公共品：具有非競爭性或非排他性規(guī)模經(jīng)濟性和外部性經(jīng)濟效益、社會效益（政治目標）二.電力工業(yè)的傳統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)三.電力工業(yè)主要技術(shù)特征電力的四個技術(shù)事實:事實1：電不能被儲存季節(jié)、峰谷、電力在競爭性市場中每小時電力躉售價格淡季一天之中高峰電價和低谷電價的變化一般約達到2：1，旺季達到10：1沒有庫存不能轉(zhuǎn)售（地點、時間）不能平抑價格波動不能在流通環(huán)節(jié)投機三.電力工業(yè)主要技術(shù)特征電力的四個技術(shù)事實:事實2：電走電阻最小的路徑流動遵循基爾霍夫定律并非合同路徑大用戶直供、雙邊交易金融關(guān)系與物理關(guān)系。不能區(qū)別是誰發(fā)出的電，不可能有標簽和任何差別三.電力工業(yè)主要技術(shù)特征電力的四個技術(shù)事實:事實3：電網(wǎng)電力傳輸互相影響，情況復雜-系統(tǒng)高度關(guān)聯(lián)事故、連鎖反應大面積停電振