电力工业概况.ppt

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1、电力市场概论,教师：黄 辉单位：经济与管理学院 电力经济管理教研室教1楼338,教材与参考书,教材电力市场竞争，(美)萨莉.亨特中信出版社中国电力出版社参考书电力市场，于尔铿，中国电力出版社电力市场基础，王锡凡等，西安交通大学出版社电力市场，杜松怀，中国电力出版社,课程内容,第一章 电力工业概述第二章 电力市场结构第三章 电力市场运营模式第四章 电价,第一章 电力工业概述,一、电力工业的功能 二、电力工业的传统组织结构 三、电力工业技术特征四、电力需求侧,一、电力工业的功能,电力工业的物理功能 发电、系统运行、输电、配电 电力工业的商业功能 批发、零售,一、电力工业的功能,一、电力工业的功能,

2、一、电力工业功能,发电功能：将其他形式的能源转化为电能成本：发电成本占总供电成本的3550从投入产出关系的角度与石油生产的比较石油：一对多投入：原油产出：汽油、柴油和煤油电力：多对一投入：燃料（煤、油、天然气、铀）水的落差、凤、潮汐动力产出：电能,一、电力工业功能,1 发电火电（Fossil Generation）火力发电厂，简称火电厂，是利用煤、天然气、石油或其他燃料的化学能生产电能的工厂。燃煤电厂通过煤的燃烧释放热能，加热水成为高温高压的水蒸气，并送入汽轮机中膨胀做功，汽轮机旋转带动同步发电机发电。造价大约3000-5000元/KW,我国新建机组以60万KW-100万KW机组为主。,一、电

3、力工业功能,燃煤电厂发电热效率（发出的电能与燃料供给的热量之比）达到37%-41%，最小技术出力（一般70%-80%），改变负荷速率为1%-2%每分钟，冷态启动达到满负荷400分钟。排放粉尘、硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳等。一座240万千瓦的燃煤电厂，估计每年排放硫氧化物14万吨，飘尘0.68万吨，氮氧化物7万吨。我国以煤为主要一次能源（70%），探明的煤煤存储量是世界第三。2008年，我国煤的消费在42.6%，为世界第一，而美国为17.1%，电煤消费在消费总量50%以上。2005年，燃煤电厂二氧化硫排放总量为1300-1400万吨，占工业排放总量200万吨的60%-70%。,一、电力工业的功

4、能,举例：燃煤发电厂的工作原理,一、电力工业功能,燃气-蒸汽联合循环机组燃料和空气混合燃烧成为高温高压燃气，并对透平（一种涡轮机）做功，透平旋转带动同步电机旋转发电。（燃气发电过程）通过透平的燃气余气对锅炉中的水加热，使其成为高温高压水蒸气，并对汽轮机做功。汽轮机旋转带动同步发电机发电。燃料以天然气为主，液态燃料为辅。单机容量可达到40MW,发电热效率达到50%-58%。启动快，调峰幅度大。例：F级单轴机组改变负荷速率为4%每分钟，冷态启动（停机超过72h）达到满负荷需要200分钟。单位造价低（70-80%的同容量燃煤电厂水平），建设周期短（16-20个月，燃煤电厂24-36月）。,一、电力工

5、业功能,燃气-蒸汽联合循环机组运行成本高，我国电价一般0.4元/度左右（煤电一般0.3-0.35元/度）污染物少，粉尘和二氧化硫基本为零。用水量为燃煤电厂的1/3，占地为燃煤电厂10%-30%（没有煤灰堆放）。我国天然气储量为2.46万亿立方米，仅为世界的1.3%（俄罗斯23.4%，伊朗16%）；占我国一次能源的3.8%（煤碳68.7%，石油 18.7，水风核电8.9%）（2008年数据），产地主要在新疆和四川，通过西气东输工程送往东部和中部；天然气发电占18.3%。（2009年数据）,燃气-蒸气联合循环机组（Combined Cycle Co-Generation）,一、电力工业功能,水电通

6、过建大坝或水渠、隧道，利用水位落差，将水的势能转化为机械能，水流冲击水轮机叶片使其旋转，并带动同步发电机发电。清洁无污染 成本仅为火电的1/4-1/3 理想的调峰电源，启动和停机迅速，机组从静止到并网带满负荷只需要几分钟。造价高，我国平均造价一般为5308元/KW（火电为3727元/KW,2006年数据）发电效率高，从水能转化为电能的效率到达80%以上，设计寿命在50-100年，兼有防洪、灌溉、航运、水产、旅游和改善生态环境等效益。发电受到来水限制，开发对生态环境影响和带来移民问题。我国水资源技术可开发装机容量超过5.4亿千瓦，居世界首位。截至2009年年底，我国常规水电装机容量达1.83亿千

7、瓦（不含抽水蓄能），水电开发利用率约为34%(德国100%美国70%以上),水电,一、电力工业功能,核电高速粒子（中子）轰击重核（质量数大的原子核，铀235），发生核裂变，产生两个轻核和数个中子，并释放核能；中子继续轰击剩下的重核，不断释放核能，为自持链式反应。1公斤铀235释放的热能相当于2800吨标准煤完全燃烧释放的热能。释放的热能去加热水蒸气，并通过汽轮机做功，带动同步发电机发电。需要连续运行，每年换燃料需停机半个月，担任基荷，最小机组出力为80-90%。清洁能源，运行成本为煤电的1/3-1/2，建设周期为8-10年，单位投资比煤电高1-1.5倍（台湾某核电厂建设成本3150美元/KW（

8、2005年建成），拆除成本为建设成本的9-15%。,一、电力工业功能,核电核电建设涉及到核武器关系、放射性威胁、安全事故、恐怖袭击、核废料处理、核电厂拆除、对环境辐射等因素，严重事故可能导致生态灾难。1986年4月26日当地时间1点24分，苏联的乌克兰共和国切尔诺贝利发生严重泄漏及爆炸事故。基于白俄罗斯国家科学院的数据研究发现，在过去20年间，切尔诺贝利核事故受害者总计达900多万人。目前估计死亡人数：9.3万人，致癌人数为27万人，完全消除这场浩劫对自然环境的影响至少需要800年，而持续的核辐射危险将持续10万年。法国75%电力来自核电，比利时53%，韩国43%，日本12%，全球平均16%。

9、日本地震引发的核泄漏危机-搜狐新闻.htm,一、电力工业功能,风电由于不同地方的大气温差导致的大气压差，引起的空气流动，推动风力发电机做功发电的过程。截至2009年底，全世界风电累积装机总容量约为1.6亿kW，同比上年增长31%.目前，风电的年发电量约3400亿kWh，风力发电量已经占到世界总发电量的2%以上。我国划分为4类风能资源区（一类蒙西、新疆；二类河北、蒙东、甘肃；三类东北），上网电价分别确定为每千瓦时0.51元、0.54元、0.58元和0.61元。我国目前最高的风电电价为1.404元/kwh（浙江临海风力发电厂），目前风电成本估计0.32-0.37元/kwh（5美分或3欧分）。我国陆

10、地加近海有15亿千瓦以上的风力资源，估计可建设风力发电容量则高达3到5亿千瓦。风电出力具有不确定性，而且需要电网的无功支持（辅助服务）；风力发电占电网电量的10%到15%，电网是安全稳定的，超过这个比例就会对电网产生冲击。根据荷兰的经验 电网可承受的风电可达到20%。,一、电力工业功能,我国蒙西电网并网容量为489万千瓦，部分电量本地吸纳，其余送华北；而随着河北张家口、承德地区大规模风电的投产，华北电网也面临本地风电吸纳问题。2010年底，甘肃酒泉风电容量将达到500万千瓦，远远超过酒泉和河西地区的吸纳能力，到2015年，酒泉的发电量将达到250亿度，在甘肃及整个西北电网都难以吸纳。风机具有较

11、大的噪音，需要远离居民生活，且占地面积大。海上风力资源条件优于陆地，陆地适于安装风电机组的场址有限，以及在陆地安装风电机组对景观造成影响，将风电场从陆地向近海发展在欧洲已经成为一种新的趋势。在2010年以后，英国、丹麦、瑞典和德国将把风力发电发展重点移师海上。欧洲风能协会预测欧洲近海风电装机容量2010年达到1000万kW,2020年可达到7000万kW。陆地风电建设成本由700欧元kW到1000欧元kW，近海风电建设成本为1000到1500欧元每千瓦。,一、电力工业功能,抽水蓄能机组为可逆式机组 既可做水轮机发电，也可做泵抽水。电厂一般有地势高和地势低两个水池，两个水池相通，电力系统低谷时机

12、组用电，将水从低水池抽往高水池；系统高峰时，电厂将高水池向低水池放水发电。理想的储能设备和调峰电源，储能效率一般为75%-80%，可以通过移峰填谷（将系统低谷期生产的电能储存起来，在系统高峰期释放出去），改善负荷曲线特性。启动和调速快 威尔士一个180万KW的机组 从启动到满负荷只用了不到10秒 理想的调峰电源。单位造价为800-3500美元每千瓦,抽水蓄能电站,十三陵抽水蓄能电站,我国的电力结构,电力结构：总装机容量：62200万千瓦；火电占77.82%，水电占20.67%，核电仅1.01%；（2006年数据）。发电设备容量96219万千瓦，其中，水电装机容量21340万千瓦（22.2%），

13、火电装机容量70663万千瓦（73.4%），核电装机容量1082万千瓦（1.13%），风电并网装机容量3107万千瓦（3.22%）（2010年数据）。火电：邹县发电厂是 254万千瓦，后又增加2台100万机组；2009年4月，5台60万千瓦+2台100万千瓦；北仑电厂的总装机达500万千瓦 以7台燃煤机组、500万千瓦装机容量（560+2100 万千瓦）、275亿年设计发电量 为中国最大火电厂（2009年数据）；内蒙古大唐国际托克托发电公司托克托电厂是我国最大的火力发电基地。总装机容量540万千瓦（8600MW，2x300MW）。,我国的电力结构,水电三峡电站共装设26台70万千瓦的发电机组，

14、总装机容量为1820万千瓦，后又增加地下电厂机组6台70万机组。核电田湾核电站位于中国东部江苏省连云港市，它于年月开工，一期工程建设台单机容量为万千瓦的核电机组，设计寿命年，总投资约亿元人民币。风电酒泉风电基地远景风电总装机容量为4000万千瓦，先期计划建设装机容量1065万千瓦。2009年，辉腾锡勒风电厂的装机容量达到6.87万千瓦时左右，风电装机由72台增加到94台，远景规划容量为120万千瓦时。,我国的电力结构,风电按照酒泉风力发电机组满负荷发电2300小时计算，1000万千瓦装机年发电量为230亿度，相当于每年节约煤炭920万吨，每年减少粉尘排放6900吨，减少二氧化硫排放1.2万吨，

15、减少氮氧化物排放9700吨。电力需求北京市用电最大负荷1666万千瓦（）。浙江电网统调最高负荷需求在3882.6万千瓦（），浙江全省统调可提供电3150-3240万千瓦，基本落实的最大外购电900万千瓦，全省供电能力约4100万千瓦，高峰时段最大电力缺口为200万千瓦左右（2010.7）。,我国风电分布情况,一、电力工业的功能,2 输电通过输电线路，将电能从发电厂输送到负荷中心，占电力最终成本的5%到15%。输电线路主要由变电设备和线路组成，主要的电压等级有1000kv 800kv（千伏）（特高压）、500kv、330kv（超高压）、220kv（高压）。电压等级越高，电能损耗越小。电压与功率、

16、距离关系：单回500kv线路可送电距离为400-1000km,功率为60-150万kw，220kv为200-300km，功率为5-20万kw.输电线路主要由架空线路和电缆组成，架空线路包括杆塔、导线、绝缘子和避雷线，绝缘子片数与电压等级有关，220KV线路不少于13个。有直流和交流输电两类，直流输电适合两个不同频率的交流电网互联，如跨国电能交易（中国50Hz，国外60Hz）和远距离电缆送电。,输电网与配电网,2000年前后全国性联合电力系统示意图,特高压输电线路,800kv的特高压输电线路的可输电功率是500千伏超高压线路的两倍。1000kv交流特高压线路的输送距离为1200-3000km，输

17、电功率为300-750万千瓦。1000kv交流线路的输电损耗为500kv线路的25%至40%，可节省60%的土地资源。特高压交流线路在输送相同功率的情况下，可将最远送电距离延长3倍，而损耗只有500千伏线路的。输送同样的功率，采用1000千伏线路输电与采用500千伏的线路相比，我国是个一次能源和电力负荷分布不均衡的国家。西部能源丰富，全国三分之二以上的可开发水能资源分布在四川、西藏、云南，煤炭资源三分之二以上分布在山西、陕西和内蒙古西部；东部经济发达，全国三分之二以上的电力负荷集中在京广铁路以东地区，西部能源基地与东部负荷中心距离在500公里至2000公里。所以，特高压输电工程具有重要的意义。

18、,特高压输电线路,2006年08月19日晋东南南阳荆门交流特高压试验示范工程在山西奠基，2008年建成投运，有利于实现华北和华中电网的电力调剂。“十一五”期间，特高压交流输变电工程建设线路达4200公里；国家还将相继开工建设向家坝和溪洛渡水电站到华东和华中的正负800千伏特高压直流工程。到2020年前后，国家电网特高压骨干网架基本形成，国家电网跨区输送容量将超过2亿千瓦，占全国总装机容量的20%以上。届时，从周边国家向中国远距离、大容量跨国输电将成为可能。对于特高压电网的经济性，到2020年，通过特高压可以减少装机容量约2000万千瓦，节约电源建设投资约823亿元；北电南送的火电容量可以达到5

19、500万千瓦，同各区域电网单独运行相比，年燃煤成本约降低240亿元。,我国直流输电工程,一、电力工业的功能,2 输电 电力系统调度实现电力平衡：保持发电厂与负荷（所有用户瞬时用电的总和）平衡，以确保保持输电系统稳定，需要注意的是电能以光速（每秒约186，000英里）传输。分配发电厂负荷：可以按照基荷、腰荷和峰荷机组进行分配；同时考虑实现发电成本（或燃料成本）最小化的经济调度过程。提供辅助服务（调频、备用、无功补偿等)，保证电网安全性和电能质量。进行阻塞管理，保证输电线路不过负荷和阻塞。调度机构多国：北欧一个国家调度机构（法国、英国、新西兰）；省或区域（澳大利亚和中国）；一个独立公司一套，200

20、0年美国140套；纽约、新英格兰、PJM电力联营体的统一调度。,电力平衡与调频,日负荷曲线,各类电厂在日负荷曲线上的负荷分配示例,经济调度过程,一、电力工业的功能,系统调度：调度发电出力跟踪负荷、辅助服务（调频、备用、无功等)输电线路不过负荷和阻塞调度机构多国：北欧电力市场（Nord Pool）（挪威、瑞典、芬兰、丹麦）一个国家调度机构（法国、英国、新西兰）；省或区域（中国）；一个独立公司一套，2000年美国140套；纽约、新英格兰、PJM电力联营体的统一调度。,PJM调度中心,一、电力工业的功能,配电配电成本配电成本约占电力最终成本的30%-50%。配电的基本任务其基本任务是“线路业务”将电

21、从输电系统输送给用户。但是配电的功能实际上不是单一的，因为它属于本地业务，通常包括用户服务、计量、计费和零售。根据电压等级可为高压配电网（110kv、35kv）、中压配电网（10kv）和低压配电网（380/220kv）。根据供电区域可分为城市配电网和农村配电网（负荷密度差异）。输电与配电的比较电压等级和单向和双向例：国道、高速路和二环、三环、普通街道,电网电压等级与送电距离的关系,一、电力工业的功能,一、电力工业的功能,电力工业的商业功能零售:零售是面向终端用户的销售，它包括一系列商业职能购电、定价和售电，还包括用电计量、计费和收费。电力趸售:对转售者的电力销售。物理过程发电、输电、配电、调度

22、环节经济过程生产、批发市场和零售市场,二.电力工业的传统组织结构,垂直一体化输电、配电的自然垄断特性协调发电和输电所面临的技术挑战要求发电和输电之间保持如此紧密的联合输电和发电的垂直一体化也有利于输电和发电的长期规划。发电的规模经济，当电厂越来越大，发电价格越来越低,发电的规模经济：核电厂最优规模90100万KW;火电厂5060万KW,联合循环气轮机25-40万千瓦，热效率可达到6065，常规火电厂为1836。（大机组3641）输电系统发展和互联、市场规模发电不再是自然垄断,具备引入竞争的条件,二.电力工业的传统组织结构,电力行业特征公用事业、自然垄断、基础和能源产业能源产业我国385亿千瓦支

23、撑着14万亿美金的GDP，美国85亿千瓦支撑了11万亿美金的GDP，日本只有2亿千瓦，支撑了4万亿美金的GDP（03年）。公用事业和基础产业公共品：具有非竞争性和非排他性非竞争性：可以共享，消费数量与消费者无关。非排他性：不能将某个消费者排除在外。准公共品：具有非竞争性或非排他性规模经济性和外部性经济效益、社会效益（政治目标）,二.电力工业的传统组织结构,三.电力工业主要技术特征,电力的四个技术事实:事实1：电不能被储存 季节、峰谷、电力在竞争性市场中每小时电力趸售价格淡季一天之中高峰电价和低谷电价的变化一般约达到2：1，旺季达到10：1没有库存不能转售（地点、时间）不能平抑价格波动不能在流通

24、环节投机,三.电力工业主要技术特征,电力的四个技术事实:事实2：电走电阻最小的路径 流动遵循基尔霍夫定律 并非合同路径 大用户直供、双边交易金融关系与物理关系。不能区别是谁发出的电，不可能有标签和任何差别,三.电力工业主要技术特征,电力的四个技术事实:事实3：电网电力传输互相影响，情况复杂-系统高度关联事故、连锁反应大面积停电振荡、失压和频率变化美国03年8.14加州大停电：多条线路触树短路；引发大停电；影响5千万人口，美国8个州、加拿大2个省；输电距离5万4千公里；美国损失40100亿美元、加拿大23亿美元；输电网多家经营，缺乏协调。,三.电力工业主要技术特征,电力的四个技术事实:事实4：电

25、以光速运动 实时平衡调频,三.电力工业主要技术特征,约束交易规则的电力的特征,四、电力需求侧-负荷理论,负荷分类及特征按供电关系：直供用户/非直供用户/（趸售、转供用）按电价：照明用户、非工业、普通工业、大工业、农业、趸售按供电电源：高压用户、低压用户、双电源用户、专线用户按行业分：农业、工业、地质勘探、建筑业、交通邮电、商业、城乡生活、其它。,四、电力需求侧-负荷理论,大用户315KVA或630KVA高耗能单位产品耗电量3000KWh/吨；耗电总成本比重40%；行业电解铝；铁合金；电石；烧碱；水泥；钢铁。,2009年我国电力需求情况,四、电力需求侧-负荷理论,3.负荷曲线：,日负荷曲线,年最大负荷曲线,四、电力需求侧-负荷理论,电力弹性系数=电力需求增长率/国民经济增长率,四、电力需求侧-负荷理论,需求侧的两个缺陷：需求侧缺陷：缺乏计量和实时计费导致了需求对价格的反应不敏感,四、电力需求侧-负荷理论,需求侧积极参与电力市场的3个必要条件:批发市场应该有体现需求的机制;对用电较多的地方应该安装分时计量装置;最终价格应当是解捆的,使成本高的时段比成本低的时段花钱多。,参考案例,二滩电厂电信投资案例,