哥伦比亚风力发电普及的经济影响

REL提倡使用以下发电和高效机制：o非常规可再生能源（FNCER）：生物质、小型水电（径流）、风能、地热、太阳能和潮汐能高效的能源管理。o需求响应。o自我生成。o分布式发电。o更换柴油发电。《可再生能源法》规定了矿业和能源部于2001年设计的合理有效使用常规和非常规能源（PROURE）计划的责任（2001年第697号法律）[17]。该项目必须制定目标和激励措施，用能效更高的现代设备替换公共设施中的过时设备。此外，该计划将制定跨越十年的逐步目标，以提高公共建筑的能源效率。REL将设计实施需求响应（DR）机制的责任交给CREG。2015年《2011年法令》[18]概述了此类机制。愿意参与灾难恢复的用户必须通过其零售商向商业交易所系统（ASIC）经理发送两部分投标，包括未来24小时的固定降价（COP/MWh整数值中的唯一值）和最大降价承诺（以小时为单位，以MW整数值为单位）。如果用户需要根据提供的DR改变其消费量，则将按照约定价格加上相关小时的稀缺价格和现货价格之间的差额支付。对于不参与现货市场的小型分布式发电机，其剩余能量可输送至其配电或输电网络。通过使用双向电表，发电厂将获得能源信用，这些信用可以在以后出售或谈判。

另一方面，分布式发电机将根据为其配电网络提供的好处进行支付，如无功功率支持、配电设备生命周期的改善和损失的减少。在没有theSIN服务的地区，用柴油发电机替代FNCER将获得与效率提高相对应的经济奖励。FNCER安装的主要好处总结如下：i。投资者五年内所得税和财产税减少50%。二。获得的服务或设备投资无增值税。三。设备投资无进口关税。四。设备加速折旧。三、 方法学。哥伦比亚理想预调度国家互联系统（SIN）的运行和哥伦比亚电力市场的管理由XM【15】根据CREG制定的法规执行。XM使用单一价格模型和发电计划的优序，接收发电机的可变成本报价，以匹配供需。在哥伦比亚，电力的发电和商业化受自由市场竞争框架的制约，而输电和配电是受CREG监管的自然垄断。能源商业化通过短期市场（能源证券交易所）和长期市场（合同）进行。已实施的机组组合模型（模型1）基于第II-A节中概述的市场规则。针对0MW（当前情景）和1000 MW（大风装机）之间的装机容量，分析风力发电的影响。机组组合的目标是最大限度地降低发电机的运行成本，同时满足给定日期的需求。

表达式（1a）提供了发电的总运营成本，其中第一项表示与发电相关的成本，第二项表示与发电厂启动相关的成本。功率平衡用（1b）表示，其中每一步的需求Dt必须等于风力涡轮机产生的功率Pwindt和发电机组产生的功率pg，t的总和。鉴于哥伦比亚市场的低弹性（介于-0.067和-0.12之间），对于该模型，需求是假定不变的。此外，Wind是一种不可调度的资源（成本为零）。容量限制（1c）提供了发电厂最大发电量的技术限制g，而（1d）模拟了连续小时之间的最大发电量变化。不等式（1e）-（1g）可以表示g.B机组的启动过程。风力发电的特征风电场的发电量计算分三个阶段进行。作为第一步，有必要在充分的特征时间内记录所选地点的风速，以便分析和估计风资源。其次，根据可用资源选择合适类型的涡轮机。

最后，根据所选涡轮机的特性和预期风速，计算出发电量。模型1机组组合模型指数：g-发电机组t-时间步长【h】参数：csug-启动成本单位g【COP】cpg-发电成本单位g【COP/MW】Dt-t【MW】期间的需求RDg-g【MW】RUg的缓降限值-g【MW】Pg的缓升限值-发电机g【MW】Pwindt的额定容量-t【MW】期间的风力发电变量：Pg，t-t【MW】θg期间的发电机组g，t-表示g在tτg期间是否开启或关闭的二进制变量，t-表示g在目标期间是否开启的二进制变量：minimizeXg，tcpg·pg，t+csug·τg，t, g、 t（1a）约束：Dt=Xgpg，t+Pwindt，t（1b）θg，t·Pg≤ pg t≤ θg，t·Pg，g、 t（1c）-RDg公司≤ pg，t- pg，t-1.≤ 小地毯g、 t（1d）τg，t≥ θg，t- θg，t-1.g、 t（1e）τg，t≤ 1.- θg，t-1.g、 t（1f）τg，t≤ θg，t，g、 t.（1g）1）风资源的特征描述：风资源的特征描述可以通过气象变量或基于记录测量的统计变量来完成。气象变量的研究考虑了风速与其他气候因素（如温度和气压）的相关性，从而得出了一个包含大量变量的公式。另一方面，统计变量的研究将记录的速度视为一个时间序列，并允许基于统计工具（频率表和直方图）对风的行为进行建模。在本研究中，在一年的研究中，使用了24小时内在西71.99度和北12度的地点获得的风速测量值。对描述性统计进行了检验，并计算了年度数据集的中心趋势和离散度测度。表一总结了所考虑年份的数据。

表I中的每个测量值都提供了有关所研究地点的风的信息。可以根据获得的平均速度及其标准偏差构建初步模型。平均表I风速数据总和风速[米/秒]平均值8.49中位数9.03标准偏差2.24最小值0.25最大值13.45图。风速历史图表示风速的特征值，而标准偏差则表示数据的可变性。在图3的柱状图中，可以观察到风速记录的发生频率。2） 涡轮机类型的选择：一旦确定了现场风力资源的特征，则使用IEC 61400-1标准对涡轮机类型进行分类【20】。所研究的场地对应于年平均速度为8.49 m/s的II级涡轮机。风轮机模型的选择标准有两个：考虑到最大风速的涡轮机安全性和产生的能量最大化。所选涡轮机为丹麦维斯塔斯公司的V90-1.8/2MW【21】，根据IEC标准，其具有IIA等级，切入风速和切出风速分别为4和25m/s（图4）。3） 风电场的发电量：一旦已知所选涡轮机的运行特性，并利用风资源的信息，即可估计电能的发电量。为了评估产生的电能，使用静态分析，以忽略维护周期或其他可能导致产量下降的现象。静态分析是根据每小时风速记录（图3）和风力涡轮机的功率曲线（图4）进行的。四、

结果对哥伦比亚电力市场进行了25个典型日（小时需求）的风力穿透分析，以及不同风力安装值（从0 MW到1000 MW）的分析。为了简化对不同风电装机容量情况的评估，将重点介绍三种情况：情况A–0 MW、情况B–505.5 MW和情况C–1000 MW。案例A和案例B分别对应于当前系统运行和批准项目的运行。案例C表示预期的未来安装值。图4：。维斯塔斯V90/2MW风力涡轮机的功率曲线【21】。图5：。CA S E B的年平均需求量和风力发电量。典型情况B（505.5 MW）的平均小时需求量和风力发电量如图5所示。由于平均风力发电量保持在230MW和280 MW之间，没有明显的峰值，因此风力发电和需求之间没有互补性。需求和风的可变性（以阴影区域的标准偏差表示）在一天中保持相对恒定。在线数据集中给出了典型日期情况B的小时需求量和风力发电量，以及发电机组的技术数据【22】。由需求支付的市场现货价格是根据边际调度机组（MPOt）的价格以及为补偿启动成本而引入的价格提升（Pup）每小时计算的【11】。表达式（2）允许计算市场现货价格：Pt=MPOt+Pup，t（2），其中pup=Pgmax{0，CMPOg- Cplantg}PtDt（2a）和Cmpog=XtMPOt·pg，t，g（2b）Cplantg=Xtcpg·pg，t+csug·τg，t，g、 （2c）所有发电商均按每单位发电量的现货价格Pt进行支付。其Cplantg≥ CMPOgFig。6、日平均发电成本vs。

装机风容量。表II按装机容量划分的平均电力成本安装风电容量cpmincpmeancpmax【COP/MWh】【COP/MWh】【COP/MWh】【COP/MWh】【COP/MWh】案例A（0 MW）111 849.0 125 477.5 129 949.0案例B（505.5 MW）101 497.7 118 265.5 129 152.5案例C（1000 MW）91 304.9 111 504.9 128 469.3必须偿还提升款（Pup·pg，t），而其他工厂（其启动成本不在POT范围内）不得报销任何已收到的款项。通过这种方式，对具有启动成本的发电机组进行补偿。模型1中描述的机组组合以及现货价格（2）的计算是针对每个选定的天数和风穿透值独立进行的。使用建模软件Julia 0.6.3【23】、JuMP 0.18【24】和Gurobi 7.5.1执行所述模拟。[25]作为解决者。A、 风力发电对现货价格的影响在零边际成本的经济调度中引入风力发电可以降低发电成本。现货价格的下降与风电装机容量成正比。图6提供了不同装机容量的日平均发电成本的变化。实线表示分析情景之间的平均值，而填充区域表示其标准偏差。如图所示，风电装机容量价值越高，价格波动性越大；对应于风力发电量的更大变化。计算了当前、规划和高装机容量的平均发电成本（cpmean）、最小发电成本（cpmin）和最大发电成本（cpmax）；分别为0、505.5和1000 MW（表二）。

尽管平均和最小发电成本与已安装的风电容量成比例下降，但最大发电成本下降的比例很小；由于风电装机容量较大，成本变化增加（图6）。在不同的风容量值下计算所选典型日24小时的平均现货价格（图7）。在一天的前六个小时内，安装风电的不同情况下，现货价格保持相对稳定。在这些小时内，市场价格的不变性与基准发电量的使用相对应。在06:00和10:00之间的几个小时内，案例A的平均价格下降，并且低于案例B和案例C。案例A的价格下降对应于在第六个小时断开燃气发生器，以允许水力发电厂覆盖从06:00开始的更陡峭的需求爬坡。而对于案例B和案例C，风力发电允许补偿增加的需求变化。这一时期的可变性似乎随着风力发电的引入而降低，案例B和案例C的标准偏差较低。在剩余时间内，案例B和案例C的现货价格比案例a的降幅更大。在高需求期间，降价尤其显著，鉴于调峰装置的使用减少。在这些小时内，风力发电的可变性增加，导致储备需求增加[26]。图7：。市场现货价格：案例A（0 MW）、案例B（505.5 MW）和案例C（1000 MW）。B、 对发电份额和发电机收入的影响不同容量发电厂类型的发电份额见图8。实线表示选定情景中的平均份额，填充区域表示标准差。

如图所示，风力发电的份额随着装机容量的增加而增加，但其可变性也随之增加。燃煤电厂在机组组合中不进行调度，而小型水电站随着风穿透的增加，其份额保持不变，即始终进行调度。燃气电厂的混合比例略有下降，但偏差较小。水力发电厂的发电矩阵发生了最显著的变化，随着更多的风注入系统，发电矩阵将持续下降。水力发电份额也随着风力的增加而增加。水力发电量变化较大，风力穿透力较高。图。8、按类型划分的发电份额。意味着水力发电厂被用来补偿风力发电中的波动。这一结果非常直观，因为水力发电厂的发电成本比基于化石燃料的发电厂要低。以这种方式使用水力发电厂可以用其零启动成本来解释，从而导致这些机组的更高切换。每天只打开一次燃气发生器，以满足高峰需求，并打开和关闭水力发电厂，以满足需求和风力较小的需求，这在经济上更为有效。图9显示了与当前无风力发电状态相比，按电厂类型划分的发电份额的平均变化。水力发电份额的减少与风电装机容量成正比。然而，燃气动力的量会逐步减少。这一逐步减少对应于风力发电满足更高比例需求的能力。在分析联合承诺期间运行的天然气厂时，可以看出，20个天然气厂中只有3个被调度。

其中两座发电厂，28号和47号发电机，在所有选定方案中都作为基准发电。同时，发电机40随着风力发电量的增加而减少其运行小时数（图10）。该发电厂的收益与运行小时数成正比，对于1000兆瓦的装机容量，其收益仅为原始值的20%。鉴于天然气发电厂的利润率通常为11%[27]，营业收入的持续下降可能会导致电厂永久性的经济损失。因此，如果要避免退役，就必须迫使工厂通过可靠性费用和二级市场等更不稳定的收入流运营。五、 讨论、建议和结论在本文中，我们讨论了在最近批准的新监管政策下，哥伦比亚电力系统中新投资对可再生能源发电，尤其是风能的一些潜在影响。为此，我们以一种简单的方式介绍了监管演变，以了解哥伦比亚电力系统的当前状态。与许多其他拉丁美洲国家一样，哥伦比亚也有一个重要的问题。9、发电份额与风电装机容量的变化。图10：。发电机40的工作时间和收入变化。水力发电份额与Ni号一样强烈依赖于气象周期。最近批准的1715号法律将促进未来几年可再生能源发电份额的增加。日前电力批发的当前市场设计基于经成本审计的机组承诺，不考虑网络约束。