基于持续负荷曲线,如果以费用为纵坐标,以每年利用小时数8760 h为横坐标,把电力系统中各种不同发电机组(如果太多,可以分类,同类的用一种典型机组特性代表)的年费用曲线画在同一图上,则可得到类似于图1的曲线族(上部)。每条年费用曲线与纵轴的交点处的数值表示年固定成本费用的大小,曲线的斜率表示每发1度电的(单位)可变成本。在图中,由年费用曲线的交点可以确定出两个时间交点。显然,当机组的年利用小时大于第二个时间点时,基荷机组——煤电的年总费用最小。当年利用小时数小于第一个时间点时,则第1类机组——天然气单循环最经济。当年利用小时数位于二者之间,第2类机组CC的年总费用最小。
可再生能源并不在这个体系中考虑,仍旧属于政策驱动,技术学习的阶段。到2020年,风电按照装机2.2亿千瓦,利用小时数200小时,光伏按照装机1.5亿千瓦,利用小时数1100设定。水电与核电都是我国电力系统结构中的重要构成。它们的发展、布局以及运营对社会系统、经济布局、空间规划都会有重大影响,外部性非常明显。因此,水电与核电的发展在所有国家都往往是政府控制节奏的电源类型,而不(应该)是项目业主根据自身的盈利前景进行分散决策,这区别于宏观影响并不大的煤电等机组。基于此,水电与核电的规模与节奏外生设定,根据政府规划设定为2020年3.1亿与5800万千瓦。
基于扣除这部分非化石能源发电之后的剩余持续负荷曲线,通过模型优化得到化石能源发电(主要是煤电与天然气发电)的最优结构。模拟现实,到2020年,化石能源电力结构仍旧是高度的以煤电为主,天然气(单循环与联合循环)的装机容量在1亿千瓦左右。这一方面来源于煤电的廉价(并未征收较高的碳税),更与可再生能源在2020年的份额还不大(不超过15%)高度相关。
▷最优结构下的市场电力价格与可再生系统价值◁