微网的成本效益分析

３８

第３１卷增刊２０１１年１２月３１日

中国电机工程学报

ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ

Ｖ０１．３１Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ

Ｄｅｃ．３１，２０１１

◎２０１１Ｃｈｉｎ．Ｓｏｃ．ｆｏｒＥｌｅｃ．Ｅｎｇ．

文章编号：０２５８—８０１３（２０１１）Ｓ－００３８－０７中图分类号：ＴＭ

７４

文献标志码：Ａ学科分类号：４７０・４０

微网的成本效益分析

梁惠施１，程林２，苏剑１

（１．中国电力科学研究院，北京市海淀区１００１９２；

２．清华大学电机工程与应用电力电子技术系，北京市海淀区１０００８４）

ＣｏｓｔＢｅｎｅｆｉｔＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒ

Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ

ＬＩＡＮＧＨｕｉｓｈｉｌ，ＣＨＥＮＧＬｉｎ２，ＳＵＪｉａｎｌ

（１．ＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＨａｉｄｉａｎＤｉｓｔｒｉｃｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９２，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｉｄｉａｎ

Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）

ＡＢＳＴＲＡＣＴ．Ａ

ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ

ｂｅｎｅｆｉｔａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒ

区电力系统发展的重要方向之一。然而，分布式电源出力和启停间歇性、随机性的特点，大大限制了其接入电网的容量。作为分布式电源并网的一种解决方案，微网通过先进的控制系统将分布式电源、负荷和储能装置结合在一起，形成一个可控的单

元，它既可以与配电系统并网运行，也可以在配电系统发生故障时与配电网解列，以孤岛方式运行【ｌ】。微网改变了分布式电源“接入就遗忘（ｆｉｔ

ａｎｄ

ｍｉｃｒｏｇｒｉｄｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｔｈｅｅｎｔｉｒｅｓｏｃｉｅｔｙ，ｔａｋｉｎｇｔｈｅｒｅｇｕｌａｒｌａｒｇｅｃｏａｌｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ

ａｓ

ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｏｂｊｅｃｔ，ｗａｓ

ａｎｄｍｉｅｒｏｇｒｉｄｔｅｓｔ

ｐｒｏｐｏｓｅｄ

ａｎｄｔｈｅｃｏｓｔ

ｏｎ

ｂｅｎｅｆｉｔ

ｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｉｓ

ｐａｐｅｒ．Ｃａｓｅｓｔｕｄｙ

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ

ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓ

ａｃｃｏｕｎｔ

ｓｙｓｔｅｍｓｈｏｗｓｔｈａｔｗｈｅｎｔａｋｉｎｇ

ｂｅｎｅｆｉｔ

ｏｆ

ｆｏｓｓｉｌ

ｏｆｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ

ｄｅｃｒｅａｓｅ

ａｎｄｂｅ

ｅｎｅｒｇｙ

ｓａｖｉｎｇ，ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ

ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ

ｓａｖｉｎｇ，ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ

Ｃａｎ

ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｉｎｓｐｉｔｅｏｆｉｔｓｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｐｅｎｄｉｎｇ．

ｆｏｒｇｅｔ）”

ＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｌｏｃａｌｌｏａｄａｎｄｍｉｃｒｏｇｒｉｄＩｏｃａｎｏｎ

ｈａｖｅ

ａ

的管理模式，可以充分挖掘分布式能源为电网和用

ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔ

ｏｎ

ｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｉｌｉｔｙｏｆ

ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ

ｏｎ

户所带来的价值和效益，并且逐渐被越来越多的人

所关注。

微网在节能降耗、减少污染、延缓输配电网建

ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ．Ｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｏｒｓｏｌｖｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｐｒｏｂｌｅｍｆｏｒｒｅｍｏｔｅｄｉｓｔｒｉｃｔｓ

ｏｒ

ｃｉｔｙｃｂｎｔｅｒｓｗｉｔｈ

ｈｉｇｈｓｐｅｎｄｉｎｇｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｅｘｔｅｎｓｉｏｎ．ｍｉｃｒｏｇｒｉｄｉｓｏｆｇｒｅａｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅ．ＫＥＹ

设投资、提高用户供电可靠性等方面都带来了良好的经济效益和社会效益。然而，将微网应用于实际

电力系统中需要巨大的投资，投资是否具有经济性取决于其综合效益能否大于投资。定量评估微网的综合效益并对微网进行成本效益分析，可以为微网

ＷＯＲＤＳ：ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ；ｃｏｓｔ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｂｅｎｅｆｉｔｓ

摘要：以常规大型燃煤发电为参照，从全社会的角度出发，提出了微网的综合效益评估模型，并对各类典型分布式电源和微网算例系统进行了成本效益分析。计算结果表明，虽然微网的建设投资成本较高，但若综合考虑微网在提高可靠性、节能降耗、保护环境、延缓输配网投资等方面的效益，微网的投资可以是经济的。用户负荷的重要性程度和微网的建设地点对微网投资的合理性有着重要影响，对于提高重要用户供电可靠性，或者解决配电网扩容困难的中心城区和偏远地区的供电问题而言，微网具有较大的应用价值。关键词：微网；成本；综合效益

的投资决策提供科学依据，不论对微网技术本身的发展还是对电网建设的发展，都具有重要意义。

目前公开发表的文献中，尚鲜见对微网的综合

效益进行全面量化的评估，只有少数学者对微网或

分布式电源某个或某几个方面的经济效益进行了

研究。文献【２】建立了光伏发电和风力发电系统的随机概率模型，并用模拟法评估了这２种可再生能源

０引言

随着化石能源的枯竭、减排呼声的日益高涨以

电源的经济成本和收益。文献［３】从电力公司、用户和分布式电源投资者三方的角度对微网的经济效益进行了分析，在可靠性电价的机制下，微网的可靠性价值对不同的投资者有不同的评估方法。文

及用户对供电可靠性要求的提高，分布式发电

（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ

ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ＤＧ）正在成为许多国家和地

，，ｊ．．

￡‘

万方数据

增刊梁惠施等：微网的成本效益分析

３９

献［４】对微网热电联产的经济效益和环境效益进行了定性分析。文献【５】应用财务分析方法研究了影响

用户侧分布式发电经济性的相关因素，但并未提出

有效的量化模型。

本文以常规大型燃煤发电为参照，从全社会的

角度出发，对微网在提高供电可靠性、节能降耗、减少污染、延缓输配网投资等方面的效益进行了定量评估，提出了微网的成本效益分析方法和综合效益评估模型。最后对各类典型的分布式电源和微网

算例系统进行了成本效益分析。

１

微网的成本效益分析方法

成本效益分析，通过比较备选项目的全部预期

效益和全部预计成本来评价备选项目，是一种从经济角度分析的辅助规划决策方法。

在讨论微网的综合效益时，由于其节能降耗、

减小环境污染、提高供电可靠性等效益是相对于传统发电方式而言的，考虑到目前火力燃煤发电在中

国发电能源结构中占据主要地位，本文在评估微网的综合效益时，将常规大型燃煤发电作为参考。本

文将微网综合效益定义为：在给用户供应同等容量

电能的条件下，相对于常规大型燃煤发电，微网所

增加的社会效益和经济效益的总和。

为了使成本和效益具有可比的基础，微网成本

也应采取相同的参照物，以微网所增加的成本来计

算。微网的成本效益分析方程如下：

Ｇ＝Ｖ—Ｃ

（１）

式中：Ｇ为微网的年化利润；ｙ为微网相对于常规大型燃煤发电所增加的年收益；Ｃ为微网相对于常

规大型燃煤发电所增加的成本的等年值。所谓等年

值是指若干年内按年平均支付的费用。将货币从现在值折算到等年值的公式为

，

１ＡＹＶ

２不了而１Ｍ

，．（１＋，．）“，

ｕＪ

，＾、

式中：Ｉ＾ｙｖ为等年值：抽为项目的初期投资；ｎ为

投资回收期；，．为折现率，它是社会对资金时间价值的估量，与银行利率的概念类似，世界银行采用的折现率为１０％，中国目前电力规划采用的折现率

一般为８％。

２微网的建设成本

分布式电源是微网的重要组成部分。不同类型

万方数据

的分布式电源装机成本差异较大，根据文献【５．６】的数据，表ｌ列出了集中式发电和一些分布式电源的

装机成本。由表１可知，除了大容量的柴油发电机之外，其余分布式电源的单位容量装机成本均高于集中式发电，这是影响其经济性的一个重要因素。

随着技术的进步，特别是可再生能源技术的发展，

分布式电源的装机成本有望大幅下降。

表ｌ集中式发电和分布式发电的装机成本对比

Ｔａｂ．１

Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓｐｅｎｄｉｎｇｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎ

ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ

注：表中ＣｌＩＰ为热电联产（ｃｏｍｂｉｎｅｄｈｅａｔａｎｄｐｏｗｅｒ）的简写・

除了分布式电源之外，微网建设成本还包括储能装置的购置成本。表２列出了几种储能类型的

成本【，Ｊ。

表２各种储能方式的成本对比

Ｔａｂ．２

Ｃｏｓｔｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｍｏｎｇｓｔｏｒａｇｅｔｙｐｅｓ

储能类型

年化单位电量造价／（￥／（ｋＷ－ｈ））

铅酸电池

２５锂离子电池

１２０钠硫电池８５

超导磁能２∞

超级碳极电容器８５低速飞轮系统４０高速飞轮系统

８０

微网管理控制系统是微网建设成本的另一个重要部分。微网管理控制系统的关键单元包括：１）

分布式电源、储能系统和负荷的控制器；２）整个微网的中央运行管理系统，解决电压控制、潮流控

制、解列时的负荷分配、稳定及能量管理等问题；

３）继电保护装置，包括电源及整个微网的保护设

备；４）通讯系统，整个微网管理控制系统的信息

传递平台。微网管理控制系统的建设成本根据其规

模、功能和性能的不同，以及所采用技术的成熟度

４０

中国电机工程学报第３１卷

不同，差别很大。

３微网的综合效益评估

３．１微网综合效益评估模型

微网的综合效益评估要考虑其可靠性效益、节能效益、降损效益、环境效益和延缓输电网投资的效益，评估模型为

Ｖ＝‰＋‰＋‰＋‰＋‰

（３）

式中：矿为微网的年化综合效益；‰为可靠性效益；瞻ｓ为节能效益；玩Ｒ为降损效益；‰为环境

效益；ＶｒＤ为延缓电网投资的效益。

３．２可靠性效益

微网通过先进的电力电子技术将分布式电源、负荷和储能装置集成在一起，既可以与配电系统并

网运行，也可以与配电系统解列后孤岛运行。在配

电网发生停电时，微网可通过孤岛运行来保证对本地负荷的供电，从而提高供电可靠性。

从社会的角度来看，微网提高供电可靠性所带来的效益可用期望停电损失的减少来衡量。停电损

失可以用期望缺供电量乘以电能中断损失率（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ

ｅｎｅｒｇｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ

ｒａｔｅ，ＩＥＡＲ）ＲｍＡＲ来计

算。电能中断损失率ＲＩＥＡＩ【，定义为由于电网供电中断造成用户因得不到单位电量而引起的经济损失，用以描述某一类或全社会用户每承受ｌｋＷ・ｈ

的电能中断所遭受的经济损失。常用的估算Ｒ蚴

的方法包括产电比法、平均电价折算倍数法、用户损失函数法等。

微网的可靠性效益计算式为

‰＝‰。∑～，口（厂叩。口一昂正避

Ｑ

式中：Ｑ为微网内负荷的集合；～，Ｑ为配电网在负荷点Ｑ的年均停电频率；～，Ｑ为配电网在负荷点Ｑ

的平均停电持续时间；尸Ｍ为微网切换到孤岛的失败概率；死为微网内电源重启动的时间；ＰＬ为微网在

孤岛运行期间所支撑的负荷的平均功率需求：ＲＩＥＡＲ为微网负荷的电能中断损失率。３．３节能效益

微网中往往采用可再生清洁能源，可以大大减少化石能源的消耗；另一方面，目前正在大力推广

的热电联产，可以通过能源的综合利用，大大提高

能源的利用效率。这里定义微网在电能生产环节中的节能效益为：相对常规火电机组，分布式电源供

万方数据

应同等电能和热能所节约的化石能源的价值。下文

分别对可再生能源机组和热电联产机组的节能效

益进行讨论。

１）可再生能源机组的节能效益。

可再生能源机组的节能效益在于其通过利用可再生能源减小化石能源的消耗。可再生能源机组

的节能效益‰ｌ计算式为

，Ｈ

‰。＝ＭｃＰｃ∑％，，

ｌ－１

式中：坛为火电机组生产单位电能所消耗的煤炭

量；Ｐ。为煤炭价格；ｍ为微网中可再生能源分布式电源的数量；日岛ｆ为微网第ｉ个可再生能源分布式电源的年总发电量。

２）小型热电联产机组的节能效益。

小型热电联产（ｃｏｍｂｉｎｅｄｈｅａｔ

ａｎｄ

ｐｏｗｅｒ，ｃＩ－ｗ）

是分布式能源利用的一种有效方式，它可以通过能源的综合梯级利用，实现高达６０％～８０％的效率【８】，

成为许多国家开发分布式能源的重要形式。

小型热电联产往往采用天然气作燃料，天然气的价格一般高于煤炭价格，而热电联产可以通过利用发电废热提供附加热能来提高其经济性。热电联产机组的节能效益应等于其附加热能的价值减去

相对火电发同等容量电能所增加的燃料成本，计算

式为

‰２篝易一［Ｌｌ叫Ｅｏｐ瓦，一Ｍｃｐ。Ｅ，］

（６）

式中：最为热电联产机组的年发电量；，７为热效率，

即单位能量燃气所能被有效利用的能量；８为供热比，即供热能量与发电供热总能量的比值；吼为天

然气发热值；Ｐｇ为天然气价格；Ｐｔ为热价。

３．４降损效益

由于分布式电源配置在负荷的附近，在送电过程中的电能损耗必然比远距离输送同等容量电能的损耗要小。微网的降损效益与配电网的网架结构、运行方式、集中式发电的输电距离、负荷及分布式电源的分布、容量等因素密切相关。分布式电

源的降损效益‰计算式为

ｐｋ＝三％∑‰，ｉ以

（７）

式中：三％为降损率；厮，Ｇｆ为微网中第ｆ个分布式电源的年发电量；脚为微网中分布式电源的个数；Ｐ。

增刊粱惠施等：微网的成本效益分析

４１

为火电的上网电价。其中，降损率￡％定义为微网相对集中式发电输送单位容量电能所减少的网损。如果认为分布式电源的输电损耗近似为零，则三％

即为集中式发电的网损率。３．５环境效益

在中国发电能源结构中，煤炭所占的比例最大，提供了约８０％的电力。燃煤发电的污染物主要有Ｓ０２、Ｎ瓴、Ｃ０２、ＣＯ、粉煤灰等。大量燃煤电

厂所带来的大气污染对人类赖以生存的环境产生

了严重的影响和损害。分布式发电往往以天然气、

轻质油或风力、太阳能等可再生清洁能源为发电原

料，能大大减少污染物的排放，具有可观的环境价值。表３给出了燃煤机组和分布式发电的污染排放

数据【啦！０Ｊ。

裘３各种发电技术的污染排放数据

Ｔａｂ．３

Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｙｐｅｓ

ｇ／（ｋＷ－¨

工程的环境效益，是指减排单位量污染物所避免的“污染损失”的价值量。污染所导致的损失包括２个方面【９】：一是环境的损失，包括由于过分消耗自然资源所引起的生态环境破坏和污染所引起

的环境质量下降；二是由于环境污染所引起的非环境方面的损失，如大气污染引起的农业损失、有害物质引起的人体健康损害等。文献［“】按照中国目前的排污收费标准将由于环境污染所造成的

实际损失与每年排污收费的比值进行折算，估算出中国电力工业污染物减排的环境价值标准，如

表４所示。

微网的环境效益可以用相对燃煤发电生产同

表４电力行业污染物减排的环境价值标准

Ｔａｂ．４

Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｆｏｒ

ｐｏｌｌｕｔａｎｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｐｏｗｅｒｉｎｄｕｓｔｒｙ

万方数据

等容量电能所减排的污染物的环境损失来衡量。微

网的环境效益‰计算式为

‰＝∑∑％（酽√一酽）

（８）

ｊ＝ｌｉ＝ｉ

式中：％为第ｆ项污染物减排的环境价值；意为污

染物的种类：ｍ为微网中分布式电源的个数；酽√

为微网中第，个分布式电源第ｆ项污染物的排放量；

酽为燃煤发电机组第ｆ项污染物的排放量。

３．６延缓电网投资的效益

微网的合理有序建设可以降低峰荷时配电系统对电网输送容量的需求。对于配电网扩容困难的中心城区或者供电困难的偏远地区，电网公司若能

在电网规划阶段综合考虑微网在避免输／配电阻塞

方面的作用，通过微网的有序建设，就可以满足部

分负荷增长的需要，从而延缓电网建设投资。用ＶＴＤ

表示延缓电网投资的价值，则其计算式为

Ｐ矗＝（１－“）％ＧｑＰＤ

；（９）

式中：ｃＥＰＤ为电网新扩建单位容量所需的投资；ＰＭｏ为微网的装机容量；“为电网对微网的备用率。

值得注意的是，上述是一种理想的情况。如果

在电网规划的时候没有考虑微网的因素，那么随着微网的建设，相应的配电变压器和电缆线路可能会因为负荷小而轻载，导致配电系统部分设备成为分

布式电源的备用设备，从而使这部分设备成为电网

的“沉没成本”【５】。因此在电网规划时要充分考虑微网的因素，并采取有效的措施引导微网的有序建设，使之和电网的规划发展相一致。

４算例

４．１

分布式电源在直接并网条件下的效益评估本节对各类分布式电源在未组成微网、直接并

网条件下的效益进行评估。

设光伏发电、风力发电、燃气轮机和ＣＩＩＰ燃

气轮机的装机成本分别为４．０、１．０、０．６６和

Ｏ．７５万枷。其他相关数据如表５所示。假设所

有设备寿命均为２０ａ。折现率取８％。

分布式电源的年发电量与其年发电利用小时

数直接相关，从而直接影响了分布式电源的各项效益。为了便于比较，各类电源均按ｌ０００ｈ的年发电

利用小时数计算，计算得到各类电源单位千瓦的成本和各项效益，如表６所示。

４２

中国电机工程学报

第３ｌ卷

表５评估分布式电源效益的相关数据

Ｔａｂ．５

ＲｅｌｅｖａｎｔｄａｔａｆｏｒＤＧｂｅｎｅｆｉｔａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ

参数

数值

集中式发电的上网电价／（Ｔｕ／（ｋＷ・ｈ））火电平均供电煤耗／（ｇ／（ｋｗ・ｈ））

动力煤价格／（Ｔｒ＿ｄｔ）天然气发热隹Ｕ（ｋＪ／ｍ５）天然气价格“元／ｍ’）

”研瑚堋¨

热价／（Ｙｒ■ｏＪ）

勉ｃＩ－ＩＰ的热效率舶

ＣＨＰ的供热比／％∞拈

集中式发电的网损率，％

懈

表６分布式电源的成本和效益（年利用小时数＝ｌ

０００

ｈ）

Ｔａｂ．６

ＣｏｓｔａｎｄｂｅｎｅｆｉｔｏｆＤＧ

（ｗｈｅｎａｎｎｕａｌｕｓｉｎｇｈｏｕｒｓｉｓ１０００

ｈ）枷

表６中分布式电源的可靠性效益和延缓电网建设的效益均为零。根据国内外现有的分布式电源并

网标准，当电网发生故障时。分布式电源必须马上

退出运行【１２－１３１，这就大大限制了分布式电源提高供电可靠性的效用，在这种限制下可认为分布式电源

的可靠性效益为零。另一方面，在分布式电源直接

并网的情况下，其启停和出力不受电网控制，电网必须对其全部容量提供备用，因此其电网缓建效益

也为零。

分布式电源的效益和年发电利用小时数直接

相关。光伏发电和风力发电的运行效率与当地光照

条件和风能资源密切相关，通常其年发电利用小时

数分别在１０００～２０００ｈ和１０００～３０００ｈ范围内。燃

气轮机的年发电利用小时数一般在６５００ｈ以内。各类分布式电源在其各自利用小时数范围内的年化

效益如图１所示。

从图ｌ可以看出：当风力发电机和ＣＨＰ燃气

轮机的年发电利用小时数分别超过２６９３和６

３１６ｈ

时，其综合效益大于成本；而光伏发电和非ＣＨＰ

燃气轮机在其各自利用小时数范围内的综合效益均小于成本。可见，ＣＨＰ燃气轮机和风力发电的经

ｔ＾

万方数据

济性较好，在风力资源或燃气资源丰富的情况下，微网尽可能采用风力发电机或ＣＨＰ燃气轮机能获得较好的经济性。

４５００

．．．．．．．．．．．．…．．………．．．．一．．／－………光伏发电成本

＋风力发电效益

３５００

ｌＲ

＋光伏发电效益＋燃气轮机非（ＨＰ）效盏罂２５００

＋燃．ｔ轮机（ＨＰ）教益

荨ｌ

燃气轮机

燃气轮机非

５００

风力发电成本（ＨＰ）成本

ｆＨＰｌ成本

：：＝：：：ｆ奢Ｅ三：：ｊＺ：：三：＝二Ｚ－：：．：：二

５００

ｌｏｏＯ

３ｏｏｏ

５ｏｏｏ

７０００

年发电利用小时数／ｈ

图１分布式电源效益与年利用小时数的关系

Ｆｉｇ．１

ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆＤＧｂｅｎｅｆｉｔａｎｄａｎｎｕａｌｕｓｉｎｇｈｏｕｒｓ

４．２微网的成本效益分析

４．２．１算例系统

采用图２所示的算例系统对微网的综合效益进

行评估。微网算例系统中包括３个分布式电源（２０ｋＷｐ光伏发电系统，３０ｋＷ小型风机，３００ｋＷ

热电联产燃气轮机）和５０ｋＷ．２ｈ锂离子蓄电池。

图２微网算例系统示意图

Ｆｉｇ．２

Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ

ｔｅｓｔ

ｓｙｓｔｅｍ

假设微网控制系统的建设成本为３０万元，年运行维护费用为０．８万元。电网对微网的备用率为３０％。假设配电网的年均停电频率为０．４０８次／ａ，平均停电持续时间为９．２２ｈ，微网切换到孤岛的失败

概率为１０％，电源重启动的时间为５ｍｉｎ，微网在

孤岛运行期间所支撑的负荷平均功率为２８０ｋＷ。假设微网负荷电能中断损失率ＲＩＥＡＲ为４２元“ｋｗ－ｈ），电网扩建成本岛ＰＤ为２６００元／ｋＷ。

储能装置的应用和合理的控制策略能提高分布式能源的利用效率，假设微网中光伏发电、风电和ＣＨＰ燃气轮机的年发电利用小时数分别为

１５００、３０００和６５００ｈ。

增刊梁惠施等：微网的成本效益分析

４３

由表７可知，虽然微网的建设投资成本较高，但若从全社会的角度出发，综合考虑微网在提高可

靠性、节能降耗、保护环境、延缓输配网投资等方面的效益，微网的投资可以是经济的。微网的发展不能依靠用户或电网公司单方面的力量，政府应制定合理的市场规则、采取必要的措施，联合各利益相关方的力量，才能推动微网的健康发展。

表７微网成本和综合效益评估结果

Ｔａｂ．７

Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ

ｃｏｓｔ

ａｎｄｂｅｎｅｆｉｔａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔ７ＹＴｒ¨ａ

建设成本年化综可靠性效节能降损

环境

缓建电网

量笙篁鱼鍪垄箜鳖塾垄竖墼堇坚塾笪堕塾笪堕

！！：！！

！！：！！

！：竺

！！：！：

！：！！

！！：竺

！：竺

为了分析微网综合效益对用户负荷的重要性

程度和电网扩建成本的灵敏度，分别令微网内负荷的电能中断损失率尺ｍＡＲ和电网扩建单位容量成本ＣＥＰＤ取不同值，计算得到微网的综合效益，其关系

曲线分别如图３、４所示。

茬

娶

黎鑫

３０

４０

５０

６０

本地负荷的电能中断损失，（莉（ｋｗ・ｈ”

图３微网综合效益与１ＥＡＲ的关系（取Ｇｍ＿２５００元，ｋＷ）

Ｆｉｇ．３

ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄｂｅｎｅｆｉｔａｎｄＩＥＡＲ

萋４０

Ｒ

￥

黎３６

．ｄⅡ

强３２

图４微网综合效益与Ｇｍ的关系（取Ｒｗｗｚ－－４０元，ｏＣＷ・ｈ））

Ｆｉｇ．４

ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄｂｅｎｅｆｉｔａｎｄＣｅｗ

由图３、４可知，微网的综合效益随着微网负

荷电能中断损失率ＲＥ和电网扩建单位容量成本

国Ｄ的增加而线性增加。在Ｃ毛ｍ取２５００元／ｋＷ的

情况下，当Ｒ斑ＡＸ－－－－４３元／（ｋＷ．ｈ）时，微网的综合效益正好抵消其建设成本：同样地，在ＲｍＡＲ取４０元／

（ｋＷ．ｈ）的情况下，当ＣＥＰＤ＝２６２５元／ｋＷ时，微网的

综合效益也能正好抵消其建设成本。这说明微网用

万方数据

户负荷的重要性程度和微网的建设地点对微网投资的合理性有着重要影响。在同样电源配置的情况下，微网用户负荷的重要性程度越高、电网扩建单

位容量成本越高，微网的经济性就越显著。因此，对于提高重要用户（如银行、医院、钢铁企业等）的

供电可靠性，或者解决电网新扩建成本较高地区（如

负荷密集且配电网扩容困难的中心城区、偏远农

村、孤立海岛等）的供电问题而言，微网具有较大的

应用价值。

５结论

本文以常规大型燃煤发电为参照，从全社会的

角度出发，对微网在提高可靠性、节能降耗、保护

环境、延缓输配网投资等方面的效益进行了定量评估，提出了微网的综合效益评估模型。通过对各类

典型分布式电源和微网算例系统的成本效益分析，

得出以下结论：

１）ＣＨＰ燃气轮机和风力发电的经济性较好，

在风力资源或燃气资源丰富的情况下，微网尽可能

采用风力发电机或ＣＨＰ燃气轮机，能获得较好的

经济性。

２）微网的建设投资成本较高，但若从全社会

的角度出发，综合考虑微网在提高可靠性、节能降

耗、保护环境、延缓输配网投资等方面的效益，微

网的投资可以是经济的。微网的发展需要依靠各利益相关方的共同推动。

３）在同样电源配置的情况下，微网用户负荷的重要性程度越高、电网扩建单位容量成本越高，

微网的经济性就越显著。对于提高重要用户供电可

靠性，或者解决配电网扩容困难的中心城区和偏远

地区的供电问题而言，微网具有较大的应用价值。

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引用本文格式：梁惠施.程林.苏剑.LIANG Huishi.CHENG Lin.SU Jian 微网的成本效益分析[期刊论文]-中国电机工程学报2011(z1)