适用于电碳市场联动的发电商平准化电能成本计算方法

摘要

本发明公开了适用于电碳市场联动的发电商平准化电能成本计算方法，基于Cournot模型，考虑电力市场环境下用电需求弹性与发电供给弹性，构建可再生能源与火电“电‑碳”市场碳排放成本传导模型；其次基于LCOE国际通用化定义与计算方法，构建适用于我国“电‑碳”市场环境的LCOE计算模型；综合考虑内部收益率IRR计算方法，可再生能源与火电基准收益率，计算“电‑碳”市场环境下可再生能源与火电反算最低电价。本发明通过对LCOE计算方法进行改进，更加准确的反映可再生能源与火电在“电‑碳”市场环境下的边际成本，提升市场主体的盈利能力。

说明书

技术领域

本发明属于电力市场调控技术领域，具体涉及适用于电碳市场联动的发电商平准化电能成本计算方法。

背景技术

能源是现代经济发展的基础，随着近年来世界经济的快速发展，各个国家对能源的需求迅猛增长。现阶段世界各国的主要能源形式依然是煤、石油和天然气等化石燃料。我国的资源禀赋决定了我国是以煤炭为主体的能源结构，电力行业也形成了以煤电为主体的电源结构。2019年我国总碳排放量102亿吨，其中电力行业碳排放42亿吨，占比约为37％。我国电力行业的碳排放充分说明实施低碳电力发展具有重要意义，电力行业应该是碳减排的主战场。

我国现有电力市场与碳市场相对独立运行，未实行耦合协同，“电-碳”市场之间的不协调开始凸显。碳交易市场带来的碳排放成本，将会通过“电-碳”市场碳排放成本传导协同机理传导至电力市场中，影响新能源与火电在电力市场中的边际成本，使市场主体盈利模式受限，极大的影响两种市场应有的资源配置作用和新能源市场化消纳能力。

发明内容

本发明的目的是提供适用于电碳市场联动的发电商平准化电能成本计算方法，能够提高能源市场的消纳能力。

本发明所采用的技术方案是，适用于电碳市场联动的发电商平准化电能成本计算方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、基于Cournot模型，考虑电力市场环境下用电需求弹性与发电供给弹性，定性分析电力市场竞争类型，定量分析可再生能源CCER减排量，构建火电“电-碳”市场碳排放成本传导模型；

步骤2、基于LCOE国际通用化定义与计算方法，构建适用于“电-碳”市场环境的LCOE计算模型；综合考虑内部收益率IRR计算方法，可再生能源与火电基准收益率，计算“电-碳”市场环境下可再生能源与火电反算最低电价。

本发明的特点还在于：

步骤1中火电“电-碳”市场碳排放成本传导模型包括火电碳排放成本传导模型和可再生能源碳排放成本传导模型。

火电碳排放成本传导模型的构建过程为：

核算火电碳排放量E，公式为：

E＝E

其中E

其中，F为煤炭二氧化硫转化率；

计算E

E

其中AD为企业净购入电量；EF为区域电网年平均供电排放因子，计算火电机组配额A，公式为：

A＝A

其中，A为火电机组配额总量，A

A

其中Q

计算机组供热配额，公式为：

A

其中Q

火电碳成本传导模型为：

当火电机组边际成本恒定且用户用电需求为线性时，则有：

其中，N为参与电力市场的火电厂数量；

当火电边际成本恒定且用户用电需求为等弹性时，则有：

其中，ε为用电需求弹性；

当火电边际成本可变且用户用电需求为线性时，则有：

其中，b为供给函数弹性；

当火电边际成本可变且用户用电需求为等弹性时，则有：

得到火电“电-碳”市场碳排放成本传导模型为：

U

其中，A为火电机组碳配额、E为火电机组碳排放核算量、PTR为火电机组碳成本传导率。

可再生能源碳排放成本传导模型构建过程为：

假定可再生能源电站内部收益率IRR低于国家规定基准收益率8％，引入可再生能源电站后，可再生能源核证减排量计算方法为：

EF

其中EF

BE

EG

EF

其中EG

可再生能源碳排放成本传导模型表示为：

U

其中，C

步骤2中构建适用于“电-碳”市场环境的LCOE计算模型包括构建火电LCOE计算模型和构建可再生能源LCOE计算模型。

构建火电LCOE计算模型具体过程为：

火电初始投资成本I

I

其中，C

火电运维成本R

C

其中C

火电贷款利率成本U

其中U

火电税收成本T

其中，T

环境成本F

其中，F

火电折旧抵税V，计算公式为：

其中V

火电残值G

G

其中G

火电发电量，计算公式为：

其中，E

综上，可得并网火电厂的LCOE模型为：

构建可再生能源LCOE计算模型具体过程为：

可再生能源初始投资成本I

I

其中，C

可再生能源运维成本R

其中C

可再生能源贷款利率成本U

其中U

可再生能源税收成本T

其中T

可再生能源环境效益F

其中，F

可再生能源折旧抵税V

其中V

可再生能源残值G

G

其中G为可再生能源的残值；

可再生能源发电量，计算公式为：

其中，E

综上，可得并网可再生能源的LCOE模型为：

步骤2中计算“电-碳”市场环境下可再生能源与火电反算最低电价具体过程为：

火电最低反算电价计算公式为：

LCOE

其中LCOE

可再生能源最低反算电价计算公式为：

LCOE

其中，LCOE

本发明的有益效果是：

本发明是适用于电碳市场联动的发电商平准化电能成本计算方法，考虑碳市场收益后，可再生能源项目在电力市场中的盈利空间显著增大，盈利能力增强，有利于提升我国电力系统中可再生能源占比，促进可再生能源消纳。

附图说明

图1为本发明的完全竞争市场下的碳成本传导原理示意图；

图2为本发明的完全垄断市场下的碳成本传导原理示意图；

图3为本发明的“电-碳”市场下火电LCOE计算模型流程图；

图4为本发明的“电-碳”市场下可再生能源LCOE计算模型流程图；

图5为本发明的火电LCOE成本与标杆电价对比示意图；

图6为本发明的可再生能源LCOE成本与核准电价对比示意图；

图7为本发明的火电反算最低电价与标杆电价对比示意图；

图8为本发明的可再生能源反算最低电价与核准电价对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

图1为完全竞争市场下火电碳成本原理图，碳排放成本的传导需要根据市场特点和市场竞争状态来确定，碳排放成本传导会受到市场中用户用电需求弹性，发电商供给弹性等因素的影响。因此在研究中要结合实际数据，分析用电需求弹性，同时碳排放成本还会受到市场竞争程度影响。在完全竞争状态下，发电商由于面临市场竞争，报价会越来越贴近边际成本，边际成本越来越贴近于边际收入。此时边际收入曲线与需求曲线重叠，碳成本转嫁率接近100％。

图2为完全垄断市场下火电碳成本原理图，在完全垄断市场中，由于垄断发电商可以运用市场力改变价格，因此其报价会高于边际成本，但边际成本依然和边际收入等同。在这种情况下，发电商的边际成本(边际收入曲线)会偏离他们的产出价格(需求曲线)，从而导致碳成本转嫁率发生偏移。

本发明适用于电碳市场联动的发电商平准化电能成本计算方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、基于Cournot模型，考虑电力市场环境下用电需求弹性与发电供给弹性，定性分析电力市场竞争类型，定量分析可再生能源CCER减排量，构建火电“电-碳”市场碳排放成本传导模型；

图3为“电-碳”市场下火电LCOE计算模型流程图。计算过程首先要考虑火电在碳市场里的碳排放成本，然后结合电力市场需求弹性和竞争结构，计算火电碳成本转嫁率，并将其输入环境成本中。火电“电-碳”市场碳排放成本传导模型包括火电碳排放成本传导模型和可再生能源碳排放成本传导模型。

火电碳排放成本传导模型的构建过程为：

核算火电碳排放量E，公式为：

E＝E

其中E

其中，F为煤炭二氧化硫转化率(火电机组取0.90)；S为煤炭中的全硫分含量；NSO

计算E

E

其中AD为企业净购入电量；EF为区域电网年平均供电排放因子，计算火电机组配额A，公式为：

A＝A

其中，A为火电机组配额总量，A

A

其中Q

计算机组供热配额，公式为：

A

其中Q

火电碳成本传导模型为：

碳交易对电价的影响取决于发电的二氧化碳排放配额成本在多大程度上转嫁到这些电价上。碳成本通过率PTR由电力市场结构决定。

当火电机组边际成本恒定且用户用电需求为线性时，则有：

其中，N为参与电力市场的火电厂数量；

当火电边际成本恒定且用户用电需求为等弹性时，则有：

其中，ε为用电需求弹性；

当火电边际成本可变且用户用电需求为线性时：

其中，b为供给函数弹性；

当火电边际成本可变且用户用电需求为等弹性时，则有：

得到火电“电-碳”市场碳排放成本传导模型为：

U

其中，A为火电机组碳配额、E为火电机组碳排放核算量、PTR为火电机组碳成本传导率。

可再生能源碳排放成本传导模型构建过程为：

假定可再生能源电站内部收益率IRR低于国家规定基准收益率8％，则可再生能源电站进入CCER市场交易。可再生能源核证减排量计算方法为：

EF

其中EF

BE

EG

EF

其中EG

可再生能源碳排放成本传导模型表示为：

U

其中，C

步骤2、基于LCOE国际通用化定义与计算方法，构建适用于“电-碳”市场环境的LCOE计算模型；综合考虑内部收益率IRR计算方法，可再生能源与火电基准收益率，计算“电-碳”市场环境下可再生能源与火电反算最低电价。

构建适用于“电-碳”市场环境的LCOE计算模型包括构建火电LCOE计算模型和构建可再生能源LCOE计算模型。

构建火电LCOE计算模型具体过程为：

火电初始投资成本I

I

其中，C

火电运维成本R

C

其中C

火电贷款利率成本U

其中U

火电税收成本T

其中，T

环境成本F

其中，F

火电折旧抵税V，计算公式为：

其中V

火电残值G

G

其中G

火电发电量，计算公式为：

其中，E

综上，可得并网火电厂的LCOE模型为：

图4为“电-碳”市场下可再生能源LCOE计算模型流程图。在可再生能源LCOE计算过程中，首先要考虑我国对可再生能源的税收优惠政策，对LCOE计算模型中的税收成本部分进行修正。其次，对可再生能源在碳市场中的盈利进行分析，并将其输入到可再生能源环境效益中。

构建可再生能源LCOE计算模型具体过程为：

可再生能源初始投资成本I

I

其中，C

可再生能源运维成本R

其中C

可再生能源贷款利率成本U

其中U

可再生能源税收成本T

可再生能源税收成本T

其中T

可再生能源环境效益F

其中，F

可再生能源折旧抵税V

其中V

可再生能源残值G

G

其中G为可再生能源的残值；

可再生能源发电量，计算公式为：

其中，E

综上，可得并网可再生能源的LCOE模型为：

图5为火电LCOE成本与标杆电价对比图。选取某200MW火电机组进行算例分析，初期投资成本为69280万元，其中自有资本20％，贷款资本80％，贷款年限为15年，采用等额本息还款，年利率4.9％；年运行维护成本3120万；年等效利用小时数4000h；增值税率13％，城市建设维护税7％，教育附加3％。折现率8％；折旧期15年，残值率5％，净残值为3100万元，每年折旧4100万元。

经过计算可见，原有LCOE计算模型并不能正确反映火电在“电-碳”市场环境下的成本，考虑碳排放成本传导以后火电边际成本出现明显提升，达到0.3765元，超越标杆电价0.3749元，火电盈利能力严重受限。

计算“电-碳”市场环境下可再生能源与火电反算最低电价具体过程为：

火电最低反算电价计算具体过程为：

LCOE

其中LCOE

根据国家要求，预设火电内部收益率IRR目标为8.5％，由图可见火电碳成本传导后最低反算电价为0.4085元/kWh，超过火电上网标杆电价0.3749元/kWh，由此可知在“电-碳”市场环境下，火电标杆上网电价0.3749元/kWh无法满足火电基准收益率8.5％的要求，火电处于亏损状态。

图8为本发明的可再生能源反算最低电价与核准电价对比；

可再生能源最低反算电价计算具体过程为：

LCOE

其中，LCOE

图5为火电LCOE成本与标杆电价对比图。选取某200MW火电机组进行算例分析，初期投资成本为69280万元，其中自有资本20％，贷款资本80％，贷款年限为15年，采用等额本息还款，年利率4.9％；年运行维护成本3120万；年等效利用小时数4000h；增值税率13％，城市建设维护税7％，教育附加3％。折现率8％；折旧期15年，残值率5％，净残值为3100万元，每年折旧4100万元。

经过计算可见，原有LCOE计算模型并不能正确反映火电在“电-碳”市场环境下的成本，考虑碳排放成本传导以后火电边际成本出现明显提升，达到0.3765元，超越标杆电价0.3749元，火电盈利能力严重受限。

图6为可再生能源LCOE成本与核准电价对比图。选取某50MW可再生能源机组进行算例分析，静态总投资20600万元，建设成本为4120元/kW，建设期利息403.76万元，项目动态总投资21003.76万元；自有资金比例20％，贷款资金比例80％，贷款利率4.9％，还本付息按照15年计算，采用给等额本金还款方式；年运维费用240万元，固定资产折旧年限15年，残值率5％，年折旧费为1195.77万元。

经计算可得，考虑可再生能源在碳市场中的CCER收益后，可再生能源在电力市场中的边际成本出现了明显降低，可再生能源在电力市场中的盈利空间巨大，通过额外性认证进入CCER市场的可再生能源边际成本更低，可在电力市场中争取更多电量。

图7为本发明的火电反算最低电价与标杆电价对比，由图可见在预设收益率8.5％的前提下，火电碳成本传导后最低反算电价为0.4085元/kWh，超过火电上网标杆电价0.3749元/kWh，由此可见在电力市场与碳市场同步建设情况下，由于受到碳市场中碳排放成本的影响，火电标杆上网电价0.3749元/kWh将导致火电IRR低于基准收益率8.5％，火电处于亏损状态。

根据国家要求，预设火电内部收益率IRR目标为8.5％，由图可见火电碳成本传导后最低反算电价为0.4085元/kWh，超过火电上网标杆电价0.3749元/kWh，由此可知在“电-碳”市场环境下，火电标杆上网电价0.3749元/kWh无法满足火电基准收益率8.5％的要求，火电处于亏损状态。

图8为本发明的可再生能源反算最低电价与核准电价对比示意图，根据国家要求，预设可再生能源内部收益率IRR为8％，可再生能源可进入碳市场获取CCER收益。由图可见可再生能源碳成本传导后最低反算电价为0.2257元/kWh，远低于可再生能源核准电价0.45元/kWh，由于可再生能源在碳市场中可获得额外收益，因此在电力市场与碳市场同步建设的情况下，可再生能源的内部收益率将高于基准收益率8％，实现更大的盈利。

根据国家要求，预设可再生能源内部收益率IRR为8％，可再生能源可进入碳市场获取CCER收益。由图可见可再生能源碳成本传导后最低反算电价为0.2257元/kWh，远低于可再生能源核准电价0.45元/kWh，考虑碳市场收益后，可再生能源项目在电力市场中的盈利空间显著增大，盈利能力增强，有利于提升我国电力系统中可再生能源占比，促进可再生能源消纳。

通过上述方式，本发明适用于电碳市场联动的发电商平准化电能成本计算方法，通过对LCOE计算方法进行改进，更加准确的反映可再生能源与火电在“电-碳”市场环境下的边际成本，提升市场主体的盈利能力。