“碳达峰、碳中和”目标下的电力系统成本及价格水平预测-北极星火力发电网

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摘要：电力系统在碳达峰碳中和目标实现过程中，电源结构、电网形态等将发生重大变化，系统成本也将随之改变。在综合考虑电源结构、发电造价、燃料成本、电网投资等因素变化基础上，采用经营期法和“成本+收益”方法，开展中远期电力系统成本及价格水平预测。研究结果表明，未来电力系统各环节成本均呈上升趋势，其中电源侧成本在2040年前快速增长、之后相对稳定，而电网侧成本保持小幅上涨趋势。该研究可为进一步完善电价机制和市场化制度、加强电力系统成本疏导和公平分担提供参考依据。

（来源：微信公众号“中国电力”，作者：孙启星, 张超, 李成仁, 尤培培, 高效, 赵茜, 许钊, 刘思佳, 李炎林，国网能源研究院有限公司，北京 102209）

引言

“双碳”发展是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，对能源高质量发展提出更高要求，电力系统将向更清洁、更高效、更经济的方向发展[1]。在发展的不同阶段，电力系统电源结构逐步变化，终端用户用能成本随之改变，并进一步影响未来电力市场建设与电价政策出台。由于可再生能源成本下降、占比提高，未来电力系统总成本也将随之下降：一是可再生能源发电成本较低，新建机组已实现平价上网，相较于其他传统电源将更具经济优势[2]；二是随着技术进步，可再生能源发电设备造价将进一步降低，有助于拉低发电成本[3]；三是可再生能源发电量快速上升，“低价电”占比提高，有助于降低总成本[4]。另外，可再生能源的“平价上网不等于平价消纳”[5]，未来电力系统成本将快速上升：一是可再生能源波动性强，需要依靠其他电源平滑出力波动，造成其他电源成本上升[6]；二是可再生能源间歇性大，电力系统需要可靠电源提供备用，降低了其他电源利用效率，反而增加系统成本[7-8]；三是可再生能源实际利用小时远低于煤电等传统电源，随着渗透率提高，电网利用效率也会随之下降，一定程度上推高电网成本[9]。

总的来说，目前缺少对电力系统各环节成本变化情况的深入研究，而电力系统成本变化情况对未来电力市场机制建设以及电价机制调整具有重要的参考意义。因此，为探究“双碳”发展下电力系统成本变化情况，采用“经营期法”及“成本+收益”方法，构建电力系统成本量化测算模型，通过综合考虑未来电源结构[10]、发电造价、燃料成本、电网投资等因素，分别量化分析电源侧、电网侧以及终端用户的度电成本。

1 基本测算模型

1.1 经营期法模型

经营期成本是指在综合电力项目经济寿命周期内各年度的成本和还贷需要的基础上，通过计算电力项目每年的现金流量，并在项目经济寿命周期内各年度的净现金流能够满足按项目注册资本金的假设下，以财务内部预期收益率为基础测算的度电成本[11]。

式中：N为项目经营期长度；In(C,Q,S) 为项目第n年获得的现金流入，决定因素包括项目保留价格（即度电成本）C、项目年度电量Q、项目资产残值S等；On(Vn,ρn,Tn) 为项目第n年获得的现金流出，决定因素包括燃料成本Vn、还贷金额ρn、税金Tn等；re是预期的资本金内部收益率。在其他因素确定的情况下，项目资本金内部收益率re和项目平均度电成本（或者说re下的度电成本）C可以互相确定。研究中主要用于测算各类电源的度电成本。1.2 “成本+收益”测算模型

输配电成本按照“准许成本+合理收益”原则核定[12]，主要包括准许成本、准许收益和税金。

图1是输配电准许收入计算简图，反映输配电准许收入的计算方式。

图1 输配电成本测算模型原理框图

Fig.1 Principle block diagram of transmission and distribution cost calculation model

1.3 电力系统成本测算方法

电源度电成本测算采用经营期法，主要考虑影响较大的因素。其中，火电发电成本受机组造价、燃料成本、煤耗/气耗、利用小时、煤电灵活性改造[13]、CCUS技术经济性影响[14]。风电和太阳能发电成本受造价、运维费用变化、新老机组替代影响[15-16]。水电发电成本受机组造价的影响[17]。核电发电成本受机组造价、核燃料成本和利用小时影响[18]。抽水蓄能发电成本受造价、征地移民成本变化影响[19]。储能成本受设备造价影响[20]。最后综合各类影响因素及装机电量变化情况[21]，测算电源侧平均发电成本变化。测算中，为服务新能源消纳的相关成本均计入电源成本中，主要体现为火电度电燃料消耗增加、储能装机增加等。电网侧成本测算采用“成本+收益”模型，主要考虑电网企业输配电业务资产、运行维护费用、电网收益、税金、新增投资和电量增速等对成本的影响。

终端用户成本主要受电源成本、电网成本、网损成本综合影响。

2 电力系统装机及电量情况

在综合考虑经济发展情况、碳排放约束、电量增长、资源充裕度等条件情况后，采用电力系统生产模拟模型，测算未来电力系统装机及电量变化情况。2020—2060年全国范围内各类电源及电量情况如图2、图3所示。系统发电装机及发电量保持增长趋势，其中，煤电装机及发电量占比逐渐降低，气电发电量占比先增后降，可再生发电装机及发电量占比快速上升。

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