面向電力市場競價的燃煤電廠實時發(fā)電成本計算模型

李 林,周大為

(湖北能源集團鄂州發(fā)電有限公司，湖北 鄂州 436032)

0 引言

自上世紀80年代以來，美國、英國、北歐等國家和地區(qū)對電力市場進行大力改革，并取得了迅速發(fā)展[1]。2002年是中國電力體制改革的起點，經(jīng)過了多年的發(fā)展，目前，“廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)”的發(fā)電側市場競爭局面已經(jīng)較為成熟[2]。但電力行業(yè)的發(fā)展依然伴隨著諸多頗為嚴重的矛盾和問題。新電改迫在眉睫，其思路是深入認清競爭環(huán)節(jié)以及壟斷環(huán)節(jié)，抓中間、放兩頭。在這個大背景下，無論是電網(wǎng)公司，還是發(fā)電企業(yè)售電公司都將面臨新的挑戰(zhàn)和機遇。

電力市場改革目標是讓發(fā)電側和購電側都參與競爭，打造一個雙邊競價的市場模式。在市場規(guī)則已改變的前提下，為了贏得市場競爭力，電力企業(yè)必須建立有效的決策策略[3]。伴隨電力市場的逐步完善，市場競價規(guī)則不斷修正，正由賣方市場向買方市場進行轉變，為了建立輸電網(wǎng)開放的多個購買者模式，發(fā)電企業(yè)必須改善競價策略，進而形成完善的報價輔助決策系統(tǒng)。

1 發(fā)電公司報價策略分析

當前，發(fā)電公司最優(yōu)報價策略所運用的方法可分為以下4類：

（1）基于成本分析的預測方法

這種方法的總體思路是將發(fā)電公司的電能生產(chǎn)成本以及合理利潤作為上報電價[4]。其優(yōu)點是簡單、易掌握，缺點是沒有把其他競爭對手的報價情況納入考慮范圍?？偟膩碚f，發(fā)電公司報價基礎是發(fā)電成本分析，在報價前，計算出公司發(fā)電成本與企業(yè)總成本，能確保在報價時清楚認識到成本的多少，有利于報價的確定。因此，精確預測發(fā)電成本是此方法的核心。發(fā)電企業(yè)充分了解自身實際發(fā)電成本，并根據(jù)成本分析結果決定報價策略，使得電力企業(yè)搶得市場先機并充分獲取較高的利潤。

（2）基于市場出清價格預測的方法

該方法的總體思路是估計競價交易時段的市場出清價格，只要達到電力企業(yè)報價略低于預測價格即可。其優(yōu)點是原理簡單，對歷史報價數(shù)據(jù)不透明的電力市場、處于市場價格接受者位置的發(fā)電公司適用[5]。此方法和預測負荷的方法較為相似[6]，但其更復雜，因為電價受人為因素等更多不確定因素的影響，且缺乏歷史數(shù)據(jù)，進而影響預測精度。目前，針對市場出清價的預測研究，主要考慮的是市場的總體信息（系統(tǒng)總負荷、系統(tǒng)容量、歷史電價等）而未把決策者自身的市場競爭力、歷史累積信息納入考慮范圍內(nèi)，因此這種方法很難運用于實際。

（3）基于博弈論的方法

博弈論是指一種專門研究兩個或兩個以上有利益沖突的個體，在相互作用下，各自進行優(yōu)化決策的理論。近年來，這種方法被很多學者運用于研究發(fā)電公司的報價策略[7,8]。但博弈論的核心是追求最大的利潤，針對電力企業(yè)而言，此方法得出的報價可能會較高。一方面，報價其供電側過高會引起監(jiān)管機構的干涉，從而可能導致限制價格進行報價的情況發(fā)生[7]；另一方面，如果企業(yè)報價較高，則可能發(fā)生報價超過市場出清價的情況，則電力公司最終無法得到電量交易，風險性較高，得不償失。所以針對于電力公司基于博弈論的報價方法，在一定程度上取決于算法的優(yōu)化和實際的預測效果對比，實現(xiàn)過程較為困難。

（4）基于競爭對手行為估計的預測方法

這種方法以預估競爭對手的報價為基礎，設定自身企業(yè)的最優(yōu)報價策略。其特點是考慮了電力公司之間相互聯(lián)系又相互制約的關系。然而，此方法需獲得競爭對手的報價參數(shù)，當前大多數(shù)研究成果都是假設競爭對手報價參數(shù)為已知的前提下得出的，對競爭對手報價行為的研究較為缺乏，因而離實際應用還有很長的差距[9,10]。

由于電力市場參與主體間的信息是相互保密的，各發(fā)電企業(yè)的競爭意識差別大，沒有形成有效的市場力。因此對于這樣一個成長中的市場，各種過多考慮市場競爭力的方法并不十分有效。對比幾種報價策略，本文采用基于成本分析的方法是比較現(xiàn)實的。

2 實時發(fā)電成本構成與計算

對于燃煤發(fā)電廠，其發(fā)電成本可分為容量成本和電量成本[11]。容量成本主要有工資財務成本、設備折舊成本等；電量成本則有運行維護與燃料成本等。其中，燃料成本是構成電量成本的主體。具體關系如下：

對于火力發(fā)電廠，其容量成本C容量相對占比較低，且實際電力企業(yè)運行過程中較為固定，在競價策略的成本構成因素中可忽略。而發(fā)電成本主要構成為電量成本，以下進行重點分析。

2.1 總燃料成本

當火電廠燃料改變時，不僅鍋爐燃料量的變化會改變?nèi)剂铣杀?，而且會造成諸多影響，例如會改變風機出力、制粉系統(tǒng)出力 (可能限制機組的運行負荷)，還會改變?nèi)紵蛡鳠崆闆r，進而改變鍋爐效率[12,13]；同樣也會改變污染物治理排放成本、以及煤炭運輸成本和儲存方式，進而帶來運行維護成本的改變。則總燃料成本C總燃料可表示為：

其中：

P——負荷，單位：kW；

M——總給煤量，單位：t/h；

G——單煤或混煤的價格（包含運費的價格），單位：元/t。

如果燃燒為混煤，以每臺磨的當前煤量及煤價計算。通過電廠SIS系統(tǒng)讀取當前的負荷P和總給煤量M，關聯(lián)入爐煤，C煤價即可計算。

不同煤種的儲存時間不同，熱值損耗所需成本也不同。其儲煤成本C儲煤則根據(jù)不同煤種的煤質（揮發(fā)份及熱值），以經(jīng)驗值進行計算。

2.2 輔機電耗成本

燃煤火力電廠發(fā)電成本中，廠用電所占輔機電耗成本也是不能忽略的一部分。在整個熱力系統(tǒng)中，大功率的重要輔機包括汽機部分的循環(huán)水泵、凝結水泵、開式泵和閉式泵等，鍋爐側風煙系統(tǒng)中的送風機、引風機、一次風機以及制粉系統(tǒng)中的磨煤機和給煤機，除塵系統(tǒng)中的電除塵電耗，壓縮空氣系統(tǒng)中的空壓機。其他廠用電小用戶包括脫硫脫硝系統(tǒng)中的漿液循環(huán)泵、氧化風機等，油系統(tǒng)中潤滑油泵、密封油泵等，真空系統(tǒng)中的真空泵，吹灰系統(tǒng)吹灰器等，用電量較低，在輔機耗電成本中忽略不計。由此可以得出：

其中制粉系統(tǒng)電耗成本C制粉通過實時監(jiān)測，根據(jù)電機的電流電壓計算功率；再經(jīng)過在線統(tǒng)計和分析，得到歷史經(jīng)驗值，以期得到制粉電耗成本與煤質的關系。通過從SIS系統(tǒng)中讀取制粉單耗，需要對應每臺制粉系統(tǒng)分別的單耗以關聯(lián)煤種，可根據(jù)入爐煤種預測制粉系統(tǒng)電耗；采用實時監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，其計算方式為：其中，Ui，Ii，cosθi分別表示在運行的第 i臺磨煤機的電機電壓、電流以及功率因數(shù)。

則可計算一段時間內(nèi)的制粉總電耗：

按照煤種α煤（可將特定混煤當做同一煤種）來分時間段，在同一時間ID段上統(tǒng)計總的煤量M總煤量，則可推算出同種煤種下的單位制粉電耗為：

則制粉系統(tǒng)實時電耗成本：

其中g上網(wǎng)電價為發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)電價。

風機單耗的情況可以從SIS中獲取，為了與煤種相關聯(lián)，依然需要對其進行實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。一次風機、送風機的功率有3種度量，分別是原動機功率、軸功率和全壓功率，成本分析中的電耗計算考慮了原動機功率，其計算方法與磨煤機的電機相似。

其中，Uj，Ij，cosθj分別表示在運行的第j臺風機（包含一次風機、送風機和引風機）的電機電壓、電流和功率因數(shù)。

則風機實時耗電成本為：

脫硫脫銷以及除塵系統(tǒng)電耗均由SIS系統(tǒng)讀取，則：

2.3 環(huán)保成本

燃煤火力發(fā)電廠環(huán)保成本包含污染物排放費用，包括脫硫、脫硝、粉塵排污費用，以及脫硫過程中的使用的碳酸鈣費用，脫硝過程中的噴氨使用的NH3的費用，而燃燒產(chǎn)生的灰產(chǎn)品會給電廠帶來額外的效益，則環(huán)保成本可表征為：

各污染物的排污費用可用以下方程得出：

式中，Vy為煙氣量，m3/kg；

SO2出口為FGD出口SO2濃度，mg/m3；

NOx出口為SCR出口NOx濃度，mg/m3；

FC出口為電除塵出口粉塵濃度，均由SIS讀??；

WSO2、WNOx和 WFC為標準排污費用，元/kg，常數(shù)；

SO2標準、NOx標準和 FC 標準為 SO2、NOx和粉塵的排放標準，mg/m3，常數(shù)；WΔSO2、WNOx和WFC為超標排污費用，元/kg，常數(shù)。

燃煤鍋爐燃燒副產(chǎn)品——灰可以為電廠產(chǎn)生經(jīng)濟價值，應該從成本中減去，設煤的灰分（混煤加和計算）為A，飛灰比例為β，則灰產(chǎn)品價值為：

其中p灰產(chǎn)品為灰產(chǎn)品的單價是一樣的，元/t，實際中不同品質的灰價格不同，實際中根據(jù)灰的品質估算灰產(chǎn)品的單價。

2.4 運行維護成本

運行維護成本按照計劃的維修費用，均攤到每一天來計算，計劃費用由人工輸入。一方面實際運行中運行維護成本占總成本比例較低，在實際計算過程中可根據(jù)具體情況進行相關估算；并且由于火力發(fā)電廠運行維護有一定概率性，計算當前維護費用相當困難，可根據(jù)歷史維護成本估算當前運行維護成本，成本估算結果可靠性較高。

由以上各成本分析，根據(jù)公式（1）至公式（20），即可算出電廠實時發(fā)電成本C發(fā)電。

2.5 各機組成本分析

由于同一電力企業(yè)存在多臺機組運行情況，不同機組運行狀況，發(fā)電成本均有所不同。通過對以上成本的計算，可得出電力企業(yè)各機組的發(fā)電成本。通過對各機組負荷的分配，可得到最優(yōu)的企業(yè)總發(fā)電成本，為電力市場競價中對機組組合優(yōu)化、爭取發(fā)電計劃提供基礎和依據(jù)。

假設電力企業(yè)有N臺機組運行，總發(fā)電量為P，第i臺發(fā)電機組發(fā)電量為Pi，發(fā)電成本為Ci發(fā)電，企業(yè)總成本為C發(fā)電，則

此時可以根據(jù)各機組發(fā)電成本分配各機組發(fā)電負荷，發(fā)電成本越低，則分配其負荷接近其最高可運行負荷，可得到當前最低發(fā)電成本（C發(fā)電）min，由此可以提高企業(yè)在電力市場中的實時競爭力。

3 結語

針對現(xiàn)今愈發(fā)激烈的電力市場競爭環(huán)境，分析了燃煤發(fā)電企業(yè)實際運行過程中各發(fā)電成本的構成，主要占比為電量成本中的總燃料成本、輔機電耗成本、環(huán)保成本以及維護成本。通過實時監(jiān)測數(shù)據(jù)以及相關計算，得出發(fā)電企業(yè)各機組的發(fā)電成本精確值，在負荷分配上進一步做到機組組合優(yōu)化，加強電力企業(yè)在市場中的競爭力。

實時發(fā)電成本是一個動態(tài)值，很難給出精確解。本文通過對發(fā)電成本構成做精細的劃分，并分別通過計算得出各成本的實時計算值，最終為發(fā)電企業(yè)提供各機組的實時發(fā)電成本和總成本，可為火電企業(yè)面向電力市場競價的實時發(fā)電成本計算分析提供指導性思路，并為其競價策略提供依據(jù)。