第2章　同一电网中水电对火电的补偿理论体系

2.1　概念及内涵

2.1.1　补偿效益概念

随着国民经济的发展，电力资源的需求量不断变大。电力系统的不断扩大，河流水资源的不断开发，往往在同一电网中火电站群、水电站群、核电站群及其他电站联合运行，形成相互补偿，提高总体效益。

从补偿效益发展可以看出，水电补偿效益最初关注的是水电群之间的关系，以及水电群运行方面产生的相互作用和影响。电力市场改革的目的是为了引入市场竞争机制，实现资源的优化配置，提高电力工业的生产效率，并最终实现电力生产社会福利的最大化。由于水文、库容等特性的差异，水电站间往往存在巨大的补偿调节效益。电力系统中的水电站群之间联合工作共同完成发电和其他水利工作，水电站群联合工作时，可以起到相互补偿的作用，获得补偿效益。例如，两个水电站位于不同的河流，它们的来水在年内分配不同步，利用它们洪水期和枯水期的起止时间上的不同步性，联合起来相互补充水量，得到的比单独运行时的保证流量之和及其相应的保证出力之和还要大的总保证流量和相应的总保证出力，这种调节被称为水文补偿（黄强，2009）。在联合调节时，调节性能好的水库洪水期多蓄水，枯水期多放水，这样可以提高水库群的总保证流量和保证出力，使调节性能差的水电站的季节性电能转变为可靠的保证电能。这种补偿调节称为库容补偿。通过相互补偿，使系统中水电站群的出力分配更趋均匀，提高系统的供电质量和水电站群的发电效益。在市场环境下，分属于不同利益主体的水电厂如何分摊补偿效益便成了补偿调节能否顺利实施的关键。近年来，多种有价值的分摊方法被提出，其中有代表性的包括增值贡献系数法和权系数法。

随着国民经济的持续增长和全面建设小康社会进程的推进，我国能源的需求持续增长，电力供应不足的矛盾开始显现。我国的能源消费以煤为主，由此产生的环境污染、生态破坏、地表塌陷、酸雨等问题日趋严重，减排温室气体、应对气候变化的压力也越来越大。而现在气候变化已成为国际社会关注的热点和焦点。水电作为可持续利用的清洁能源，在电网中扮演的角色越来越重要。随着水电需求量的增多，水电的作用不仅仅是为了获得更大的发电效益即更大的经济效益，水电同时满足了节能减排的要求带来巨大的社会效益和环境效益。水电的发展对人类的可持续发展具有重大作用，不仅减轻了因火电产生的环境污染、生态破坏、地表塌陷、酸雨等日益严重的生态和环境问题，而且起到了减排温室气体、缓解气候变化等作用。水电调度运用不再是以追求自身的利益最大，而是纳入到电网统一调配，成为电力资源统一配置的重要手段，水电调度促进电网可持续发展。这种现实要求水电补偿效益的对象发生转变，即由自身的发电和综合利用的局部层面转变到电网的统一配置层面。如调节性能好的水电站，为了满足电网中的火电站的要求，往往很多时候只能作为调峰运行，或在谷底电价时段发电，为了减低火电成本，确保电网的安全运行，水电常调峰启闭，使得机组寿命缩短，维护费用提高。水电站牺牲了自身的发电效益，使火电站相应获得了显著的社会、经济、生态和环境效益。

综合考虑水电补偿效益研究对象特点和发展趋势，水电对火电补偿效益定义：在火电和水电同在的混合电网中，水电补偿火电出力过程中，提高了火电生产资源的价值和利用效率，增加了火电电量的生产效益并降低了火电电量生产成本，使得电网在同样投资条件下获得的利益发生变化，该利益的变化部分为水电对火电的补偿效益。

2.1.2　补偿效益内涵

在同一电网中，水电对火电补偿效益这一概念有以下内涵：

（1）水电对火电补偿效益的起因是水电补偿火电出力，包括基荷补偿和峰荷补偿。最小负荷水平线以下部分称为基荷；平均负荷水平线以上的部分为峰荷；最小负荷与平均负荷之间的部分称为腰荷。无调节水电站只能按天然径流量发电，为了充分利用水能，它应在全年担负系统的基荷工作。无调节水电站的出力是基荷补偿。用电负荷一般有一个日变化过程，要想调节这种用电变化，就要在低谷时少发电，高峰时多发电，但是一般的烧煤的火电站，烧的是锅炉，启动慢，无法频繁改变出力，只能担任电力系统中基荷工作。水电站水轮机启动快，可以随时发电和停止，在用电低谷，水库选择关闭闸门，少放水或不放水，把水蓄在水库中，用电高峰就将蓄的水用来发电。水库越大，这种调节的性能就越好。所以调节性能较好的水电站可以担任调峰和调频的任务。水电站为了保证火电厂的安全运行，时常启闭水轮机。水电站在调峰过程中不仅仅损失了水电站的发电效益，由于水轮机的启闭使得其寿命减短，增大了水电站的维护和投资费用。水电站补偿火电站进行出力是整个补偿效益的起因。

（2）水电对火电补偿效益的本质是改变了火电生产资源的价值。火电的生产中，主要包括燃煤费、水费以及固定资产等成本。在总成本的构成中，仅燃煤费就占了75%（赵红英，2011）。煤炭是不可再生资源，它的价值和价格会越来越高，所以火电厂对于煤炭的投入成本也随之变高。在节能减排的大环境下，要提高火电的生产效率，必须做到：①购买高效的热轮机来提高煤炭的利用效率；②购买处理煤炭的设备，加强脱硫脱硝。这些设备的购买，提高了火电厂固定资产的投入。同时，如果用火电厂调节峰荷，会不停地开停机或改变出力，导致燃煤的利用率降低。一方面浪费煤炭资源，另一方面火电加荷载反应速度也跟不上电量需求变化速度。火电厂在应对负荷减少而减少锅炉能量输出时，通常采取控制、减少发电机的方式，但锅炉中已经燃烧的热、能量不会减少，这些能量又无处消耗，根据热能定律，在一定的空间内只能导致温度和压力急剧上升，而每座锅炉的承压能力都是有限的，超出这个限度就会引起锅炉爆炸，破坏力巨大，如果想避免这种情况的发生，只能将多余的能量排放掉。这一部分的煤炭燃烧产生的能量就会白白浪费，同时需要大量的冷却水，导致大量水资源浪费。火电厂在应对负荷增加时，要启动备用电站。火电发电时要事先预热，加荷较慢，火电机组从启动到满负荷运行需要2～3h。而水电站不像火电厂发电前需要锅炉预热，在短短几分钟内就可并网发电，而且不会像汽轮机起停那样造成大量的能量浪费。同一电网中，有水电站的存在运行而使得火电生产成本和运行成本降低，空耗无功降低、节约并升值煤炭资源，减少氧气消耗、环境治理和生态保护等生态环境成本，增加代容效益、峰谷电价差效益、节能减排效益等，即火电站相应地获得了显著的社会、经济、生态环境的补偿效益。

（3）电网单位成本下效益发生变化是结果，而电网利益变化的量就是补偿效益。水电为廉价资源，水电资源投入电网的比例越来越多的情况，电网中单位电量的投资成本降低；同时水电的运行使得火电站的生产效率提高。火电站生产效率的提高使生产火电的单位成本降低。综上所述，水电的运行使得电网中单位电量成本降低，而现行中的电量的售卖价格却未降低，这样就使得电网单位成本下效益发生变化，变化的结果是电网从中获得了利益，这部分利益就是补偿效益。