一种抽水蓄能与火电价值对比方法、装置及介质

技术领域

本发明涉及抽水蓄能的价值刻画技术领域，特别是关于一种抽水蓄能与火电价值对比方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

抽水蓄能是构建以新能源为主体的新型电力系统的重要组成部分，对提升新能源利用水平，服务碳达峰碳中和具有重要的促进作用。

然而，本申请的发明人在研究中发现，尽管抽水蓄能是目前技术较成熟、经济性较优、最具大规模开发条件的储能方式，对抽水蓄能电站项目的投资决策却缺乏理论依据的支撑。因此有必要对新形势下，提供抽水蓄能的价值刻画方法，尤其能够与现有较为常规的火电进行价值对比，以用于辅助决策。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种抽水蓄能与火电价值对比方法、装置及计算机可读存储介质，能更加深入地刻画抽水蓄能的价值，不仅考虑抽水蓄能的主要功能价值，还计及抽水蓄能的附加增益，从而为抽水蓄能电站项目的决策提供辅助支持。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种抽水蓄能与火电价值对比方法，所述方法包括：

建立抽水蓄能调峰的数学模型和火电调峰的数学模型；所述抽水蓄能调峰的数学模型的输入数据包括抽水蓄能调峰的成本参数，输出为抽水蓄能的调峰效益；所述火电调峰的数学模型的输入数据包括火电调峰的成本参数，输出为火电调峰的调峰效益；

基于所述抽水蓄能调峰的数学模型和所述火电调峰的数学模型，分别建立抽水蓄能和火电的经济性分析模型，其中抽水蓄能的经济型分析模型，以抽水蓄能的调峰效益为输入，火电调峰的经济性分析模型，以火电调峰的调峰效益为输入；

根据所述数学模型和所述经济性分析模型，计算抽水蓄能和火电调峰的经济效益，以供用户比较抽水蓄能和火电调峰的经济效益的相对大小。

在本申请的一种实现方式中，所述火电调峰的数学模型，包括：

煤耗成本：

A(P

机组损耗成本：

B(P

油耗成本：

C(P

环境附加成本：

D(P

总成本：

调峰补偿：

调峰效益：

F

其中，S

在本申请的一种实现方式中，所述火电的经济性分析模型，用于计算火电调峰的投资效益，其计算方式为：

式中，Y为经济性判据因子，R

在本申请的一种实现方式中，所述抽水蓄能调峰的数学模型，包括：

签约购电成本：

A′＝P

机组运行成本：

其他购电成本：

总成本：

F′

电量收益：

碳激励：

调峰效益：

F′

其中，Q

P′

在本申请的一种实现方式中，所述抽水蓄能的经济性分析模型，用于计算抽水蓄能调峰的投资效益，其计算方式为：

式中：Y为经济性判据因子，R

在本申请的一种实现方式中，所述方法还包括：基于影子价格理论建立综合评价模型，并分别计算抽水蓄能和火电调峰的社会效益，以供用户比较抽水蓄能和火电调峰的社会效益的相对大小。

在本申请的一种实现方式中，所述综合评价模型基于预设数目的指标计算抽水蓄能站或火电站对电网总体运行情况改善的贡献度。

在本申请的一种实现方式中，计算方式为：

其中，S

在本申请的一种实现方式中，所述方法还包括：

从预设的能力参数，比较抽水蓄能和火电的共性价值和差异性价值；

所述预设的能力参数，包括调峰能力、启停时间、调相能力、紧急事故备用能力和黑启动能力。

第二方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行第一方面所述的抽水蓄能与火电价值对比方法。

第三方面，本申请提供一种计算机设备，包括存储器和处理器；所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序实现第一方面所述的抽水蓄能与火电价值对比方法。

第四方面，本申请提供一种装置，其特征在于，包括：经济效益对比模块；所述经济效益对比模块，包括：

调峰数学模型单元，用于建立抽水蓄能调峰的数学模型和火电调峰的数学模型；所述抽水蓄能调峰的数学模型的输入数据包括抽水蓄能调峰的成本参数，输出为抽水蓄能的调峰效益；所述火电调峰的数学模型的输入数据包括火电调峰的成本参数，输出为火电调峰的调峰效益；

经济性分析模型单元，用于基于所述抽水蓄能调峰的数学模型和所述火电调峰的数学模型，分别建立抽水蓄能和火电的经济性分析模型，其中抽水蓄能的经济型分析模型，以抽水蓄能的调峰效益为输入，火电调峰的经济性分析模型，以火电调峰的调峰效益为输入；

计算单元，用于根据所述数学模型和所述经济性分析模型，计算抽水蓄能和火电调峰的经济效益，以供用户比较抽水蓄能和火电调峰的经济效益的相对大小。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明申请方案，建立抽水蓄能调峰的数学模型和火电调峰的数学模型，并基于数学模型，分别建立抽水蓄能和火电的经济性分析模型，计算抽水蓄能和火电调峰的经济效益，再基于影子价格理论建立综合评价模型，并分别计算抽水蓄能和火电调峰的社会效益，从而能更加深入地刻画抽水蓄能的价值，不仅考虑抽水蓄能的主要功能价值，还计及抽水蓄能的附加增益，从而为抽水蓄能电站项目的决策提供辅助支持。

附图说明

图1是本发明实施例提供的抽水蓄能与火电价值对比方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中抽水蓄能与火电调峰的影子价格随投资变化的对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术亟待提供抽水蓄能的价值刻画方法的问题。本发明技术方案相应提供一种抽水蓄能与火电价值对比方法、装置及计算机可读存储介质。其中，所述方法包括：建立抽水蓄能调峰的数学模型和火电调峰的数学模型，并基于所述抽水蓄能调峰的数学模型和所述火电调峰的数学模型，分别建立抽水蓄能和火电的经济性分析模型，计算抽水蓄能和火电调峰的经济效益；基于影子价格理论建立综合评价模型，并分别计算抽水蓄能和火电调峰的社会效益。本发明技术方案，能更加深入地刻画抽水蓄能的价值，不仅考虑抽水蓄能的主要功能价值，还计及抽水蓄能的附加增益，从而为抽水蓄能电站项目的决策提供辅助支持。

请参阅本发明实施例的更多附图，在本发明的更多详细的实施例中进一步说明本发明提供的方法、装置及介质。

如图1，在本申请实施例中的一个方面，提供了一种抽水蓄能与火电价值对比方法，具体包括：

S1，建立抽水蓄能调峰的数学模型和火电调峰的数学模型，并基于所述抽水蓄能调峰的数学模型和所述火电调峰的数学模型，分别建立抽水蓄能和火电的经济性分析模型，计算抽水蓄能和火电调峰的经济效益；

S2，基于影子价格理论建立综合评价模型，并分别计算抽水蓄能和火电调峰的社会效益。

本发明申请方案，建立抽水蓄能调峰的数学模型和火电调峰的数学模型，并基于数学模型，分别建立抽水蓄能和火电的经济性分析模型，计算抽水蓄能和火电调峰的经济效益，再基于影子价格理论建立综合评价模型，并分别计算抽水蓄能和火电调峰的社会效益，从而能更加深入地刻画抽水蓄能的价值，不仅考虑抽水蓄能的主要功能价值，还计及抽水蓄能的附加增益，从而为抽水蓄能电站项目的决策提供辅助支持。

下面在本申请的一个更为详细的实施例及其算例中，进一步说明上述方法。

本详细实施例中的方法，包括：

步骤1、从调峰能力、启停时间、调相能力、紧急事故备用能力和黑启动能力等方面，定性分析了抽水蓄能与传统火电相比的共性价值和差异性价值；

具体包括以下内容：

11、抽水蓄能与传统火电调峰能力对比

抽水蓄能调峰能力强，负荷响应速度快。纯凝机组的实际调峰能力一般为额定容量的50％左右，典型抽凝机组在供热期的调峰能力仅为额定容量的20％左右。由于抽蓄电站具有抽水和发电两种运行工况，因此抽蓄电站的调峰容量大致为其装机容量的两倍，相较于常规火电机组30％-50％的调峰深度优势明显。性能较好的煤电机组启动到满负荷一般至少需要8小时，抽水蓄能启动到满负荷只需2-5分钟，无其他成本增加。

12、抽水蓄能与传统火电启停时间对比

抽水蓄能启动灵活，爬坡率快。新建抽蓄机组最快可以在2min内由静止停机状态转换到满功率抽水或满功率发电状态，因此抽蓄电站不仅能够依靠其快速的工况转换特性及时响应负荷波动，也能依靠其较快的爬坡率弥补常规火电机组跟随负荷及新能源出力时爬坡率的不足，从而保证电网频率稳定。而相对应火电机组的爬坡率明显劣于抽水蓄能，一般火电机组的爬坡率仅为2％-4％/min。

13、抽水蓄能与传统火电调相能力对比

抽水蓄能具有调相能力。抽蓄机组在调相工况下运行时可类比为无功补偿设备，其调相能力的发挥程度主要取决于机组实际无功出力占额定调相容量的比例。火电机组理论上也具有调相能力，但直目前尚未大规模应用。

14、抽水蓄能与传统火电紧急事故备用能力对比

抽水蓄能与火电机组均有紧急事故备用能力，但火电机组需要从旋转备用容量中留出一部分作备用，与抽水蓄能相比，该备用会带来额外的运行成本。抽蓄机组在紧急事故中，不但可以依据其快速启动特性，在短短几分钟内从空载到满载发电，为系统提供较大容量备用，还可在抽水工况下紧急切机并迅速满发，这相当于不仅减少了系统负荷(抽水工况可看作是电动机)，还为系统增加了同等容量的备用，极大的减小了系统的功率缺口，使系统能够迅速恢复至安全稳定状态。

15、抽水蓄能与传统火电黑启动能力对比

抽水蓄能机组启动快，调节能力强，且水库内的容量一般可以维持数个小时，是理想的黑启动电源。对于一般电网中，火电机组的启动时间较长，并且需要额外厂用电来启动机组。

步骤2、建立抽水蓄能调峰的数学模型和火电调峰的数学模型，并基于所述抽水蓄能调峰的数学模型和所述火电调峰的数学模型，分别建立抽水蓄能和火电的经济性分析模型，计算抽水蓄能和火电调峰的经济效益。

火电调峰的数学模型，包括：

煤耗成本：

A(P

机组损耗成本：

B(P

油耗成本：

C(P

环境附加成本：

D(P

总成本：

调峰补偿：

调峰效益：

F

其中，S

抽水蓄能调峰的数学模型，包括：

签约购电成本：

A′＝P

机组运行成本：

其他购电成本：

总成本：

F′

电量收益：

碳激励：

调峰效益：

F′

其中，Q

P′

抽水蓄能的经济性分析模型，用于计算抽水蓄能调峰的投资效益，其计算方式为：

式中：Y为经济性判据因子，R

火电的经济性分析模型，用于计算火电调峰的投资效益，其计算方式为：

式中，Y为经济性判据因子，R

步骤3、基于影子价格理论建立综合评价模型，并分别计算抽水蓄能和火电调峰的社会效益。

影子价格最初是运筹学领域的一个重要概念，在市场充分竞争的情况下，资源的实际价格将会与其影子价格相等。它在经济学和管理学中也得到了广泛的应用。在电力行业中，影子价格通常被用来评估约束资源的经济效益或环保效益，其作用主要是提供参考和指导。在市场经济中，资源的供求关系决定了它们的价格。然而，在现实情况下，有些资源的市场并不完全竞争，或者存在某些限制因素，导致其实际价格无法准确反映资源的真实价值。影子价格的引入就是为了弥补这一缺陷。通过一系列经济建模和计算，可以估算出资源的影子价格，从而更好地反映资源的边际价值。在电力行业中，约束资源可能是实际物质，例如煤炭、电量和排放的污染物等。这些资源的供给和使用受到一些限制，因此其市场价格可能无法充分反映它们的真实价值。在这种情况下，影子价格可以被视为对经济效益或环保效益的微小增量贡献。通过计算资源的影子价格，可以更好地评估在资源约束条件下进行决策的利弊和可能的影响。然而，当约束对象不是某种具体物质，而是某项指标时，理论上也存在着这种指标的"广义影子价格"。基于影子价格理论的综合评价模型表述如下：抽水蓄能或火电投资对电网总体运营情况改善的贡献程度。

本申请实施例中，综合评价模型，基于预设数目的指标计算抽水蓄能站或火电站对电网总体运行情况改善的贡献度，其计算方式为：

其中，S

在本申请的一个算例中，设定如下参数：

在算例所示的典型周内，火电调峰总效益为0.24亿元，抽水蓄能调峰总效益为0.67亿元。

在当前形势下，抽水蓄能和火电调峰的主要收益来源均为政策补贴，政府鼓励使用可再生能源技术，包括抽水蓄能，以减少对传统化石燃料的依赖，并应对气候变化的挑战。这些政策补贴为抽水蓄能和火电调峰提供了一定的经济支持，使其在电力系统中发挥更大的作用。根据研究显示，当电力系统中出现大量新能源发电时，抽水蓄能调峰相较于火电调峰在一些情况下可以获得更高的收益。这是因为抽水蓄能在低负荷时段通过抽水储能，将电能转化为潜在水能，然后在高峰期释放水能发电，满足电力需求，其过程相对高效。而火电调峰则涉及火电机组的频繁启停，燃烧损耗较大，同时在高峰期提供电力的效率相对较低。这使得在新能源大出力典型周的电源工作情况下，抽水蓄能调峰所获得的收益要高于火电调峰。

在对比抽水蓄能和火电调峰的成本中，机组损耗和运行成本都占有相当的比例。抽水蓄能涉及水泵和水轮机等设备，其运行过程中也存在能量转换损耗，以及设备运维等费用。火电调峰则涉及火电机组的运行和维护成本。在设计和运行这些系统时，降低机组损耗和优化运行成本是关键，以保持调峰技术的经济可行性和效益。

抽水蓄能与火电调峰的经济性分析如下表所示。

从表中可以看出，该省份目前抽水蓄能调峰和火电调峰都受到政策的积极扶持，因此它们在电力系统中都有一定的利润空间。政府对可再生能源的支持和环保政策的实施为抽水蓄能技术提供了有力支持，使其成为调峰的重要手段之一。同时，传统火电厂作为电力系统的主要稳定供应者，在高负荷时段进行调峰，也受到政策的支持。然而，尽管抽水蓄能和火电调峰在政策的扶持下有一定的利润空间，但在市场化建设方面仍有一些问题需要解决。特别是对于火电调峰，如果按照当前的火电进入电力辅助市场的运行规则，该省的火电调峰市场化运行尚无法盈利。这可能涉及到火电调峰成本的控制以及与电力市场运营的匹配问题。

在市场化运营方面，抽水蓄能和火电调峰都需要更加灵活的市场机制来确保其稳定盈利。市场化运作将需要考虑供求平衡、储能设施投资回报等因素，以便为这些调峰技术提供合理的收益。可能需要对火电调峰的电价机制进行优化，以确保火电厂在调峰过程中能够获得合理的回报，并鼓励其在新能源消纳方面发挥更大的作用。此外，进一步提高抽水蓄能和火电调峰运行的市场性建设还涉及到技术创新和成本降低。随着技术的发展，新型的抽水蓄能和火电调峰设施可能会更加高效，减少损耗，提高调峰效率，并进一步降低运行成本，从而增加其盈利空间。

抽水蓄能与火电调峰的影子价格随投资变化的对比如图2所示。

从图2的数据可以得出一些重要结论：投资抽水蓄能技术在改善该省份电网运营状况方面的效果要优于投资传统火电技术，并且抽水蓄能技术在未来的发展潜力也更加广阔。

首先，抽水蓄能技术作为一种能量存储技术，在电力系统中具有独特的优势。它能够有效地储存过剩的电能，并在需要时释放，以满足高峰期的电力需求。这种能量储存和释放的灵活性使得抽水蓄能技术在调峰和平衡电力供需方面表现出色。相比之下，传统的火电厂虽然在电力系统中发挥着重要作用，但其调峰能力受限，特别是在高峰时期，火电厂的调峰效率相对较低。

其次，未来抽水蓄能技术的发展潜力更为广阔。随着技术的进步和成本的下降，抽水蓄能设施的建设和运营成本可能会进一步降低，从而增加其投资回报率。同时，抽水蓄能技术还可以与其他新兴技术，如风能和太阳能等可再生能源相结合，形成协同效应，进一步提高电力系统的可持续性和稳定性。因此，根据分析，未来可以继续合理地对抽水蓄能技术进行投资。增加抽水蓄能设施的建设，将有助于提高电力系统的灵活性和稳定性，满足日益增加和复杂的调峰需求。同时，火电作为该省规模最庞大的电源，也可以在一定程度上对传统火电厂进行灵活性改造投资，以满足快速增长的电力系统调峰需求。

在本申请实施例的另一方面，还相应提供了一种计算机存储介质。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述的方法。其具体的实现过程，在此不再重复赘述。

本申请实施例另一方面，还提供一种抽水蓄能与火电价值对比装置，包括：

经济效益对比模块，用于建立抽水蓄能调峰的数学模型和火电调峰的数学模型，并基于所述抽水蓄能调峰的数学模型和所述火电调峰的数学模型，分别建立抽水蓄能和火电的经济性分析模型，计算抽水蓄能和火电调峰的经济效益，以供用户比较抽水蓄能和火电调峰的经济效益的相对大小；

社会效益对比模块，用于基于影子价格理论建立综合评价模型，并分别计算抽水蓄能和火电调峰的社会效益，以供用户比较抽水蓄能和火电调峰的社会效益的相对大小。

本申请实施例还提供一种计算机设备。该实施例的计算机设备包括：处理器、存储器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现实施例中的前述方法，为避免重复，此处不一一赘述。或者，该计算机程序被处理器执行时实现实施例中装置中各模型中/单元的功能，为避免重复，此处不一一赘述。

计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑、服务器及云端服务器等计算设备。计算机设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以是计算机设备的内部存储单元，例如计算机设备的硬盘或内存。存储器也可以是计算机设备的外部存储设备，例如计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例上述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上上述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。