2.3　水电对火电补偿关系研究

在关于补偿问题的研究中，普遍认为有三个方面为主要的研究层次：①补偿对象和被补偿对象；②补偿中的补偿形式；③补偿中涉及补偿行为或补偿过程的控制者，通过对影响补偿效益的因素的甄别，提出补偿效益控制者。水电在对火电进行补偿时，通常先研究水电对火电的电量和容量补偿，这是整个补偿效益的基础。由于水火电的不同特征，水电对火电进行电力补偿是会产生额外的效益，即存在经济外部性。水电在进行电力补偿时会对其他的对象产生影响，水电对火电补偿效益的研究不仅仅在于水火联调后水电与火电之间的电量补偿，而且研究水电加入电网后其他对象的利益变化。

在水电对火电补偿效益的研究中，补偿问题除了上述的主要问题外，还存在着被补偿对象复杂多变的问题。在水火电各种补偿效益计算中所采用的方法类似等量替代法，即假设水电的电量全部都由火电代替。这时就产生了一些问题：

（1）水电在对火电进行电力补偿时补偿的是什么样的火电机组？不同的火电机组产生的效益不同，这样就导致了水电对火电补偿效益大小的不同。

（2）水电在对火电补偿时，水电补偿的是哪部分电量？在电网日调节图中，电量分为基荷、腰荷和峰荷部分，不同类型的电量，火电机组的效益也是不同的。因此，水电对火电补偿效益也有差异。

（3）火电厂的变化对于补偿效益的影响。火电厂在采取新的技术使得煤耗量降低或者污染物的处理工艺提高，水电产生的外部性经济就会发生变化。此时水电对火电的补偿效益也会发生变化。

因此，明确水火电之间的关系对于补偿效益的界定尤为重要。

2.3.1　水电对火电补偿与被补偿关系分析

火力发电厂主要由锅炉、汽轮机和发电机组成。锅炉通过燃料煤（油、天然气等燃料）对水进行加热并产生蒸汽，蒸汽被继续加热后送到汽轮机，利用蒸汽做功推动汽轮机转动，从而将存储在过热蒸汽中的热能转变为汽轮机转子的机械能，带动同轴的发电机转子旋转并切割磁场中的磁力线产生电能。相对其他类型的发电厂而言，火电厂的建设周期短，投资少，发电利用小时数较高，但厂用电量也相对较高，运行成本高，并且对空气和环境污染较大。由于火电厂的锅炉、汽轮机组等设备运行工况具有高温、高气压、高转速等技术特性，导致火电机组的工况调整性能不够灵活，要求启停机间隔时间较长等。

常规水电站的建设周期较长，且一次投资大（主要是水库建设），同时，水电站发电具有季节性，其发电量受来水量影响大，尤其是径流式水电站（无调节水库的水电站），其发电量的季节性最为突出，受气候条件影响很大。但是，水电站运行时不消耗燃料，运行维护人员少，运行成本低、发电效率高。水轮发电机具有出力调整范围宽、负荷增减速度快、启停机间隔时间短、操作简便、运行方便灵活等特性。

调节较好的水电站，在电力系统中投运时对系统的负荷具有很好的改善作用，也就是作为发电机在负荷高峰时段运行时可以承担一部分高峰负荷，而作为电动机在负荷低谷时段运行时又可以增加一部分用电负荷，即通常所说的“削峰填谷”。水电站在电力系统中的投运可以明显减少负荷曲线的峰谷差，进而改善火电机组的运行条件，具有降低其运行费用、延长设备寿命等作用。

在电网中由于水火电的运行特征，水电常常作为调峰、调频用途。同时，水电作为清洁能源，在对火电进行电量补偿时，减少常规火电厂在电能生产过程中产生并排放的环境污染物（如SO2、CO2等大气环境污染物），改善电力生产部门对环境的负面影响。因此，在水火联合调度的电网系统中，水电常常作为补偿系统来补偿火电，整个系统可以分为水电补偿系统和火电被补偿系统。

2.3.2　调节补偿系统分析

水电站的投运将对常规火电厂商产生正外部性：由于水电站的投运使得电力系统的负荷曲线发生改变（即通过“削峰填谷”的作用使得电力系统负荷曲线的峰谷差减小），进而能够使常规火电机组以较为平稳的出力方式运行，对火电机组而言，由于运行条件的改善，使其运行工况得以优化，从而降低了火电机组的发电煤耗，同时火电机组的利用率也相应得以提高，为此，火电厂的燃料费用得以明显减少，同时还能减少一部分的火电机组运行成本和维护成本。此外，水电站所具有的调峰填谷和担当调频、备用等辅助服务等功能还能够保证电力系统的安全稳定运行，从而给电力系统的其他主体（如电网公司、用户等）产生正的外部性，并且水电站的投运替代了一部分常规火电机组的发电量，不仅节约了煤炭资源，同时还减少了SO2、NO、CO2等污染物的排放，因此，水电站的建设和投运在一定程度上还对所在地区的社会、经济和环境等方面具有正的外部性。

2.3.3　电网调峰和调频补偿关系分析

水电站所具有的调峰填谷作用和具有担任调频、调相和系统事故备用等辅助服务功能使其在保障电力系统的安全稳定优质运行和提高电力系统经济性方面具有重要的作用。水电站的投入运行会给电力系统相关主体带来显著的外部性影响，根据福利经济学和新制度经济学相关理论可知，在存在外部经济的条件下，水电站投运的私人收益要小于社会收益。社会各利益主体从水电站投运中所获得的额外利益并没有通过一定的途径或手段将这部分额外利润转移补偿给水电站，这将会导致水电站这一主体生产积极性受挫，不会增加生产，从而整个经济的资源配置不可能达到帕累托最优状态。

如果水电站的外部经济得不到有效的补偿，尤其是当外部效益占水电站总体效益比重很大时，将会导致水电站的财务生存能力不强，影响水电站生产的积极性，影响水电健康发展。因此，需要对水电站投运后对电力系统多元主体所产生的外部性影响进行科学、合理的量化评估，进而根据“谁受益、谁补偿”的原则对水电站所产生的外部效益在电力系统各受益主体之间进行分摊，并制定相关的外部性补偿政策，以此提高水电站的实际收益，促进水电站的健康发展，进而促进我国电源结构的优化和资源的合理优化配置。

1.调峰效益

调峰效益指水电站所具有的灵活、快速、可靠的特点及其在应对负荷剧烈变化时所具有的能力。水电站的调峰效益与其爬坡效益十分相似，因此，使用水电站的爬坡效益来代表调峰效益。电网频率的稳定性受系统负荷变化影响，利用水电机组代替常规火电机组跟踪系统的负荷，可以降低常规火电机组的启停消耗和系统的成本，其效益相当可观。水电站的容量和备用状态的水电容量都可认为是爬坡容量，其都可以在5min内提供剩余的全部容量。

2.事故备用效益

水电站具有启动速度快、调荷幅度大、工况转换迅速等优点，由其承担电力系统事故备用容量，在一定程度上能够改变常规火电机组的运行方式，减少火电机组启停及备用次数，因此能够节约常规火电机组的启停费用及燃料费用等运行成本。事故备用效益计算模型采用的负荷模型与调峰效益相同，发电机组模型与调峰效益发电机组模型类似，但在参数计算方面有一定的差别。只考虑因机组故障而要求备用机组出力增加的情况，旋转备用机组，需求率和不需求率只需包含机组停运部分。

3.负荷备用效益

电力系统负荷备用的任务是调整系统中的短时负荷波动并且承担计划外负荷的增加。负荷备用：①应付波动幅度相对较小的实际负荷在预测负荷均值附近的上下波动，即承担着常规意义下的二次调频；②应付波动幅度相对较大当频次较低的计划外负荷的增长。水电站及其特性满足负荷预测不确定性对系统机组反应速度快、增加负荷方便和增荷速率高的要求。