電力市場中熱電聯(lián)產(chǎn)機組兩部制電價機制的研究

趙峰，李清龍，王偉

（1.中國三峽集團公司，北京 100038；2.國家電網(wǎng)公司，北京 100031）

熱電聯(lián)產(chǎn)機組一般均位于負(fù)荷中心，發(fā)出的電能不需要經(jīng)過長距離輸配電網(wǎng)的傳輸，就可滿足負(fù)荷中心的用電需求。與常規(guī)火電機組相比，熱電聯(lián)產(chǎn)機組能源利用效率更高，世界各國都進行了大力發(fā)展。熱電聯(lián)產(chǎn)機組參與電力市場在技術(shù)上是可行的，但是能夠兼顧效率公平和科學(xué)合理的競價機制一直是一個復(fù)雜難題。文獻(xiàn)[1-3]探討了電力市場給熱電聯(lián)產(chǎn)機組帶來的影響和在電力市場中熱電聯(lián)產(chǎn)機組的運營策略，文獻(xiàn)[4-6]研究了熱電聯(lián)產(chǎn)機組運行中熱電負(fù)荷的優(yōu)化分配，文獻(xiàn)[7-12]分析了熱電聯(lián)產(chǎn)機組供熱和發(fā)電成本的分?jǐn)?，這是分離熱電2種產(chǎn)品的熱價和電價的基礎(chǔ)。見諸于文獻(xiàn)的分析，熱電聯(lián)產(chǎn)機組作為新主體進入電力市場，可以增強競爭者的個數(shù)和市場角色的多元化，相當(dāng)于有效提高了電力市場的競爭程度，有利于減少局部市場力。因此，設(shè)計一套科學(xué)合理的電價機制，使熱電聯(lián)產(chǎn)機組參與電力市場，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 熱電聯(lián)產(chǎn)機組與常規(guī)火電機組的比較

電力市場中熱電聯(lián)產(chǎn)機組與常規(guī)火電機組相比，具有并網(wǎng)位置、能源效率和環(huán)保政策等方面的優(yōu)勢，但又存在電熱交叉補貼、調(diào)峰能力不足和運行方式受限等方面的劣勢。

并網(wǎng)位置：常規(guī)火電機組所發(fā)電能一般需要經(jīng)過長距離輸配電網(wǎng)的傳輸，才能送達(dá)電力用戶，終端電價中包含發(fā)電、輸電、阻塞和網(wǎng)損成本等。熱電聯(lián)產(chǎn)機組一般位于負(fù)荷中心或其附近，所發(fā)電能不受網(wǎng)絡(luò)輸送瓶頸的約束限制，輸配電成本較低，網(wǎng)損折算系數(shù)較小。

能源效率：大型常規(guī)火電機組理論熱效率只有36%~39%，熱電聯(lián)產(chǎn)機組熱效率45%~60%。

環(huán)境保護：6000 kW及以上常規(guī)火電機組標(biāo)煤耗為280~350 g/（kW·h），SO2、NOX、CO2等有害氣體的排放較多。熱電聯(lián)產(chǎn)機組發(fā)電標(biāo)煤耗為200 g/（kW·h），燃料利用效率高，降低了有害氣體的排放。

上網(wǎng)電價：熱電聯(lián)產(chǎn)機組上網(wǎng)電價存在電熱交叉補貼，上網(wǎng)電價高于常規(guī)火電機組上網(wǎng)電價。

調(diào)峰能力：常規(guī)火電機組最大出力可達(dá)到或高于裝機容量，考慮投油和深度調(diào)峰要求，最小出力低于50%裝機容量[13]。熱電聯(lián)產(chǎn)機組最大技術(shù)出力小于裝機容量，最小出力高于同容量的常規(guī)火電機組的最小出力。

運行方式：背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組只能以熱定電運行；抽凝式熱電聯(lián)產(chǎn)機組一般裝機容量較大，運行方式與常規(guī)火電機組差異不大。

2 國內(nèi)外電力市場中的熱電聯(lián)產(chǎn)機組

2.1 國外情況

美國、歐洲等國外電力市場中，雖然沒有組建單獨的熱電市場，也沒有單獨制定熱電聯(lián)產(chǎn)機組的競價規(guī)則，而且只要熱電聯(lián)產(chǎn)機組被確定要參加電力市場交易，就采用與常規(guī)火電機組相同的市場運營規(guī)則，在同一市場中競價上網(wǎng)。但是，對熱電聯(lián)產(chǎn)機組在補貼、稅收、貸款等方面給予了政策扶持，在調(diào)度運行上給予了特殊考慮。

1）政策扶持方面。一是專項補貼。主要有：按熱電聯(lián)產(chǎn)機組的發(fā)電量給予度電補貼，按熱電聯(lián)產(chǎn)機組的節(jié)能減排貢獻(xiàn)率給予資金補貼，按熱電聯(lián)產(chǎn)機組的發(fā)電燃料（天然氣，煤）價格方面給予價格補貼。二是稅收減免。如對熱效率達(dá)到一定程度的熱電聯(lián)產(chǎn)機組減免部分或全部的石油或天然氣稅，對熱電聯(lián)產(chǎn)機組免征氣候變化稅、免除商務(wù)稅，對熱電聯(lián)產(chǎn)機組發(fā)電量超過一定限值時免征電力生產(chǎn)稅，對熱電聯(lián)產(chǎn)機組投資建設(shè)時減免一部分投資稅。三是貸款優(yōu)惠。一般由政府擔(dān)保，對熱電聯(lián)產(chǎn)機組投資貸款給予降低利率、延長還款年限等貸款政策優(yōu)惠，而且一些條件優(yōu)越的熱電聯(lián)產(chǎn)機組還可以給予一定比例的無息貸款。

2）調(diào)度運行方面。對于沒有能力參與市場競價的熱電聯(lián)產(chǎn)機組，主要采取優(yōu)先調(diào)度、允許熱電聯(lián)產(chǎn)機組直銷用戶、熱電聯(lián)產(chǎn)電量納入可再生能源配額電量等調(diào)度運行方面的支持措施。但是對于可以參與電力市場競價的熱電聯(lián)產(chǎn)機組，完全按照市場規(guī)則和競價交易結(jié)果進行調(diào)度運行，不會給予特殊的調(diào)度運行方式。

2.2 國內(nèi)情況

1）政策扶持方面——電熱交叉補貼。國內(nèi)對于熱電聯(lián)產(chǎn)機組沒有補貼、稅收、貸款等方面的扶持政策，而是通過電熱交叉補貼，提高熱電機組上網(wǎng)電價，以電補熱的方式，來確保熱電聯(lián)產(chǎn)機組的正常運營。電熱交叉補貼原因主要有兩個方面：一是由于熱電聯(lián)產(chǎn)機組的環(huán)保效益和能源利用優(yōu)勢，國家通過批復(fù)較高上網(wǎng)電價，鼓勵投資熱電聯(lián)產(chǎn)機組；二是居民用戶對熱價的承受力較差，漲價困難。

2）調(diào)度運行方面——以熱定電。以熱定電就是以熱負(fù)荷的大小來確定發(fā)電量，即要根據(jù)熱負(fù)荷來確定鍋爐及汽輪機的運行方式，根據(jù)蒸汽用量來確定機組的進汽量，相當(dāng)于把發(fā)出的電作為供熱的副產(chǎn)品。

熱電聯(lián)產(chǎn)機組的經(jīng)濟運行在很大程度上是和熱、電負(fù)荷的合理分配分不開的。在保證電廠安全運行的前提下，由于熱電廠同時生產(chǎn)形式不同、質(zhì)量不等的熱能和電能2種產(chǎn)品，有時還可能存在熱電聯(lián)產(chǎn)和熱電分產(chǎn)2種不同的生產(chǎn)方式，并且熱電廠往往是由多種不同類型的熱電聯(lián)產(chǎn)機組組成，以滿足不同參數(shù)等級的熱負(fù)荷需求，這時不僅需要考慮設(shè)備動力特性和熱力系統(tǒng)運行參數(shù)對熱經(jīng)濟性的影響，還要充分考慮不同類型機組的運行特性，以達(dá)到在滿足用戶對供熱量、發(fā)電量要求的前提下能耗最小。對熱電廠各機組間的熱、電負(fù)荷進行最佳分配，以保證全廠的煤耗量最小是一個重要的研究領(lǐng)域，是熱電廠經(jīng)濟性診斷和經(jīng)濟運行的重要組成部分。因此，在我國，以熱定電是熱電聯(lián)產(chǎn)機組立足于能源效率的基本運行方式。

可見，以電費補償熱費，使熱電聯(lián)產(chǎn)機組的上網(wǎng)電價過高，嚴(yán)重扭曲了熱電聯(lián)產(chǎn)機組的上網(wǎng)電價與成本關(guān)系，同時，熱電聯(lián)產(chǎn)機組的經(jīng)濟運行需要以熱定電的運行方式，使熱電聯(lián)產(chǎn)機組的發(fā)電出力調(diào)節(jié)能力受限。因此，設(shè)計一套科學(xué)合理的電價機制，使熱電聯(lián)產(chǎn)機組參與電力市場，在我國需要考慮以熱定電的運行方式和電熱交叉補貼2個前提條件。

兩部制電價機制可以考慮“以熱定電”和“電熱交叉補貼”2個因素，讓熱電聯(lián)產(chǎn)機組獲得一定容量電費后，與常規(guī)火電機組在同一電力市場中競價上網(wǎng)，有利于理順熱價與電價的關(guān)系，有利于增強熱電聯(lián)產(chǎn)機組參與市場的競爭力，將有利于發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)機組的環(huán)保和能效優(yōu)勢。

3 熱電聯(lián)產(chǎn)機組兩部制電價機制

由于熱電聯(lián)產(chǎn)機組以熱定電的運行方式，熱電聯(lián)產(chǎn)機組參與電力市場宜采用兩部制電價機制。即

式中，f為熱電聯(lián)產(chǎn)機組的年度總電費收入；fC為熱電聯(lián)產(chǎn)機組的容量電費；fQ為熱電聯(lián)產(chǎn)機組的電量電費，按如下公式計算。

式中，pC為容量電價；QK為參與測算的機組的可用容量；pq為機組的電量電價；QE為機組年度發(fā)電量；h為機組年可用小時數(shù)。

3.1 電量電價的計算方法

由于熱電聯(lián)產(chǎn)機組的以熱定電運行方式，電力市場中一般可以將以熱定電運行方式所產(chǎn)生的出力約束看成是熱電聯(lián)產(chǎn)機組的“最小運行方式”。因此，熱電聯(lián)產(chǎn)機組在合同交易的中標(biāo)電量包含供熱期的電量和非供熱期的電量，即總競價空間包含“以熱定電”電量和“非以熱定電”電量。

式中，Qr為“以熱定電”電量；Qf為“非以熱定電”電量。

如果中標(biāo)電量小于以熱定電電量，機組按照以熱定電電量約束發(fā)電，由于以熱定電電量既包含了熱電廠的社會責(zé)任，也涵蓋了熱電廠自身的最小運行方式，因此對其處理不能僅看作是由電廠自身原因造成的，而按照無約束最低中標(biāo)電價對其進行結(jié)算；但為防止電廠利用這部分電量形成市場力抬高報價，也不能按照電廠申報價格進行結(jié)算，因此pq是以熱定電電量和中標(biāo)電量有關(guān)的分段函數(shù)，既可以保護熱電聯(lián)產(chǎn)機組利益，也可以防止其行使市場力。

式中，Qz為熱電聯(lián)產(chǎn)機組的中標(biāo)電量；pa為不包含熱電聯(lián)產(chǎn)機組中標(biāo)價格的市場加權(quán)無約束價格或加權(quán)有約束價格，或者不包含約束上機組中標(biāo)價格的加權(quán)無約束價格或加權(quán)有約束價格；pb為熱電聯(lián)產(chǎn)機組報價。

3.2 容量電價的計算方法

熱電聯(lián)產(chǎn)機組和其他競價機組一樣，它的每單位可用容量、單位可用小時的容量電價，根據(jù)市場內(nèi)競價機組的總?cè)萘侩娰M、總?cè)萘?、年平均可用小時確定，計算公式：

式中，pC為容量電價；FC為總?cè)萘侩娰M；QKi為參與測算的機組的可用容量；H為年平均可用小時數(shù)。

1）可用容量。機組可用容量指機組任何時候受設(shè)備條件限制修正后的出力，通常常規(guī)火電機組取裝機容量。由于熱電聯(lián)產(chǎn)機組供熱期以熱定電運行，機組實際運行最大出力達(dá)不到熱電聯(lián)產(chǎn)機組的銘牌出力。研究熱電聯(lián)產(chǎn)機組的可用容量需要繪制熱電聯(lián)產(chǎn)機組年內(nèi)最大可調(diào)出力隨時間的變化曲線，即需要構(gòu)造函數(shù)：

式中，t可以是日或者月；QRmax為熱電聯(lián)產(chǎn)機組供熱期最大出力。則

式中，Y為一年內(nèi)包含t的數(shù)目，當(dāng)t為月時，Y為12個月；當(dāng)t為日時，Y為365天。

為簡便起見，避免復(fù)雜的試驗和測定，一半熱電聯(lián)產(chǎn)機組Y分為兩部分：供熱期和非供熱期。其可用容量按下式計算：

式中，k1為供熱期占全年比例；Q0熱電聯(lián)產(chǎn)機組裝機容量；k2為非供熱期占全年比例。

2）年可用小時。年可用小時按8760扣減計劃檢修周期內(nèi)的年平均計劃檢修小時數(shù)和非計劃停運小時確定，計算公式：

式中，h1為年平均計劃檢修小時數(shù)，指參與測算的所有電廠的年計劃檢修小時數(shù)的平均值，年計劃檢修小時數(shù)為電廠機組處于計劃檢修狀態(tài)的時間，包括大修、小修、公用系統(tǒng)計劃檢修及電力調(diào)度機構(gòu)要求的節(jié)假日檢修等；h2為年平均非計劃停運小時，指參與測算的所有電廠的年非計劃停運小時的平均值，非計劃停運小時為電廠機組處于不可用而又不是計劃停運的狀態(tài)的時間。根據(jù)需要停運的緊急程度，非計劃停運分為以下5類：第1類為立即停運；第2類為可短暫延遲但必須在6 h以內(nèi)退出的停運；第3類為可延至6 h以后，但必須在72 h之內(nèi)退出的停運；第4類為可延至72 h以后，但必須在下次計劃停運以前退出的停運；第5類為超過計劃停運期限的延長停運。一般的按下式計算

式中，β為平均非計劃停運率，指參與測算的所有電廠的非計劃停運率的平均值，每個電廠的非計劃停運率通常按照電廠的3年平均值計算確定。

3）總?cè)萘侩娰M。兩部制電力市場模式中的競價機組支付的總?cè)萘侩娰M一般按競價機組的投資成本的一定比例制定。投資成本主要考慮折舊費和財務(wù)費用。折舊費以政府價格主管部門確定的計價折舊率和平均投資成本確定。財務(wù)費用依據(jù)銀行對電力項目的貸款期限13~18年（測算時暫定為15年）、最大貸款比例80%以及5年以上長期貸款利率計算貸款期內(nèi)平均年財務(wù)費用。

式中，K為根據(jù)各市場電源結(jié)構(gòu)及市場供求關(guān)系確定的比例系數(shù)，原則上為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)參與競價熱電聯(lián)產(chǎn)機組的平均實際發(fā)電利用小時與平均設(shè)計發(fā)電利用小時之比，以反映市場供需平衡狀況。Fdep為折舊費，K＝平均實際發(fā)電利用小時/平均設(shè)計利用小時數(shù)；Ffin為財務(wù)費用；α為政府價格主管部門確定的計價折舊率；C軍為電力產(chǎn)品分?jǐn)偟膯挝黄骄靸r（總造價剔除供熱分?jǐn)偟牟糠趾蟪匝b機容量，存在交叉補貼時一般按熱價反算）；B為貸款余額；r為貸款利率；m為還貸期限。

4 結(jié)論

從國外經(jīng)驗和機組技術(shù)性能來看，熱電聯(lián)產(chǎn)機組參與電力市場宜采用兩部制電價機制，兩部制的容量電價可以較好地處理以熱定電的運行方式，可以給存在電熱交叉補貼的熱電聯(lián)產(chǎn)機組一定的補償。本文提出的熱電聯(lián)產(chǎn)機組參與電力市場的兩部制電價計算方法，形成了一套科學(xué)合理的價格機制，可以使熱電聯(lián)產(chǎn)機組盡快參與市場競價，研究成果具有一定的現(xiàn)實意義。

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