火力發(fā)電機(jī)組輔助服務(wù)調(diào)峰綜合效益最大化的探索和實(shí)踐

摘 要：自《東北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場監(jiān)管辦法（試行）》（東北監(jiān)能市場〔2014〕于2017 年1 月1 日起施行以來，區(qū)域“調(diào)峰”與“保供熱量”、“搶發(fā)電量”之間矛盾凸顯，尤其是進(jìn)入供熱期以后“調(diào)峰”與“保供熱”之間的矛盾很大。兩年來，為壓降調(diào)峰分?jǐn)倱p失，區(qū)域內(nèi)五大公司積極探索低負(fù)荷工況下確保鍋爐穩(wěn)燃，以及供熱期低電負(fù)荷工況下帶熱負(fù)荷能力的辦法，部分火電機(jī)組結(jié)合各自實(shí)際情況進(jìn)行了靈活性改造，相關(guān)單位調(diào)峰考核金額得到控制。目前，我們壓降調(diào)峰分?jǐn)倱p失工作雖然初見成效，但是隨著機(jī)組負(fù)荷率大幅降低，產(chǎn)量大幅下滑，能耗大幅升高的矛盾激化，機(jī)組盈利能力嚴(yán)重下滑。響應(yīng)不棄風(fēng)的政策號(hào)召、確保電網(wǎng)運(yùn)行安全而參與有償調(diào)峰是我們的責(zé)任和義務(wù)，但是超出我們能力之外的深調(diào)而額外增加的損失難以承受，下面我們一起探討建立調(diào)峰綜合效益最大化數(shù)學(xué)模型的問題。

關(guān)鍵詞：有償調(diào)峰、綜合效益、電熱收入、供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗、綜合廠用電率

1 名詞釋義

1.1 調(diào)峰輔助服務(wù)

指為維護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證電能質(zhì)量，由并網(wǎng)發(fā)電廠、可中斷負(fù)荷或電儲(chǔ)能裝置，按照電網(wǎng)調(diào)峰需求，通過平滑穩(wěn)定地調(diào)整機(jī)組出力、改變機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)或調(diào)節(jié)負(fù)荷提供的服務(wù)。發(fā)電企業(yè)參與輔助服務(wù)市場要嚴(yán)格執(zhí)行調(diào)度指令，要以確保電力安全、供熱安全為前提，不得以參與輔助服務(wù)市場交易為由影響居民供熱質(zhì)量。

1.2 “調(diào)峰綜合效益”概念

指結(jié)合省域調(diào)峰市場形勢(shì)變化情況，分時(shí)段確定最佳機(jī)組負(fù)荷率，協(xié)調(diào)調(diào)峰與發(fā)電、供熱邊際利潤減少，與供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗、綜合廠用電率升高之間的矛盾，謀求效益最大化。

2 調(diào)峰綜合效益最大化數(shù)學(xué)模型的建立

建立調(diào)峰綜合效益最大化數(shù)學(xué)模型的實(shí)質(zhì)，就是尋求這樣一個(gè)工況：即，提高電、熱產(chǎn)量的增益與壓降能耗指標(biāo)的增益，再加上各單位實(shí)際上存在的其他收益之和，要大于調(diào)峰扣罰金額。下面，我們逐項(xiàng)梳理調(diào)峰所影響的關(guān)鍵性指標(biāo)變化情況。

2.1 調(diào)峰對(duì)發(fā)電邊際利潤的影響

眾所周知，增產(chǎn)增收是減虧增效最有效的手段，但是隨著輔助服務(wù)調(diào)峰走入市場，若不不遵循市場規(guī)律去盲目搶發(fā)電量可能會(huì)面臨增產(chǎn)卻不增利的尷尬?？紤]到隨著機(jī)組負(fù)荷率的變化，煤耗與廠用電率是非線性變化的，而不同耗煤量影響標(biāo)煤單價(jià)也是變化的，因此建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析時(shí)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐恼叻ㄒ?guī)整理影響發(fā)電邊際利潤的測(cè)算公式，并分解到最基本單元，如下：

公式1：售電邊際利潤=售電量×售電單位邊際利潤

公式2：售電單位邊際利潤=售電平均單價(jià)-售電單位燃料成本

公式3：售電平均單價(jià)=單位結(jié)算加權(quán)電價(jià)

公式4：單位兩個(gè)細(xì)則考核電價(jià)=單位運(yùn)行考核電價(jià)+單位輔助服務(wù)考核電價(jià)

公式5：售電單位燃料成本=發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗×入爐綜合標(biāo)煤單價(jià)÷（1-綜合廠用電率）

由上述公式可知，影響售電邊際利潤的關(guān)鍵指標(biāo)為增發(fā)售電量、增發(fā)部分單位結(jié)算加權(quán)電價(jià)、入爐綜合標(biāo)煤單價(jià)、發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗與綜合廠用電率，其中：

增發(fā)售電量可由目標(biāo)負(fù)荷率與1檔調(diào)峰考核值48%之間的差值確定。

單位結(jié)算加權(quán)電價(jià)指的是以一個(gè)年度為統(tǒng)計(jì)期（分散到各月進(jìn)行測(cè)算，因各月電量結(jié)算結(jié)構(gòu)不同，影響結(jié)算電價(jià)不同，測(cè)算的邊際利潤也不同），增發(fā)電量的實(shí)際結(jié)算電價(jià)。我們將其從售電平均單價(jià)中單獨(dú)列支出來的原因是：不同區(qū)域的火電機(jī)組，因網(wǎng)架制約情況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、市場電量資源情況不一，增發(fā)電量最終的結(jié)算電價(jià)是不同的。舉個(gè)例子，如表1所示，我們選取J省四個(gè)地級(jí)市火電機(jī)組進(jìn)行分析，其中，C市某廠與B市某廠因電網(wǎng)構(gòu)架約束等原因，當(dāng)年增發(fā)的電量取得基數(shù)電量進(jìn)行結(jié)算，去稅電價(jià)330.26元/兆瓦時(shí)；J市某廠發(fā)電權(quán)有缺口，但是市場電量資源豐富，當(dāng)年增發(fā)電量結(jié)算性質(zhì)為大用戶，去稅電價(jià)321.64元/兆瓦時(shí)；Y市某廠發(fā)電權(quán)缺口較大，且市場電量資源又匱乏，增發(fā)電量只能結(jié)算該省電網(wǎng)公司指定的超優(yōu)先電量，去稅電價(jià)268.63元/兆瓦時(shí)。通過電價(jià)對(duì)比，我們可以初步判斷：Y市某廠增發(fā)電價(jià)低于C市某廠與B市某廠增發(fā)電量電價(jià)61.63元/兆瓦時(shí)，數(shù)值較大，Y市某廠增發(fā)電量意義不大。

單位兩個(gè)細(xì)則考核電價(jià)可通過設(shè)置調(diào)峰考核日分?jǐn)傊荡_定，主要是單位運(yùn)行考核電價(jià)正常情況是大于0的。

發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗、綜合廠用電率由各單位根據(jù)機(jī)組實(shí)際改造情況繪制的“發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗-機(jī)組負(fù)荷率”曲線和“綜合廠用電率-機(jī)組負(fù)荷率”曲線確定。下文進(jìn)行描述。

售電邊際利潤=售電平均單價(jià)-售電單位燃料成本。

2.2 調(diào)峰對(duì)供熱邊際利潤的影響

因采暖熱價(jià)為少數(shù)政府嚴(yán)控的價(jià)格，所以大部分單位供熱邊際利潤是很小的，甚至為負(fù)值，即，增供熱量帶來的供熱邊際利潤數(shù)值并不會(huì)太大。因此，我們分析調(diào)峰對(duì)供熱邊際利潤影響的時(shí)候，更多關(guān)注的是增供熱量對(duì)煤耗的增益。舉個(gè)例子，C市某廠與Y市某廠目前通過與地方熱力公司聯(lián)合供熱方式，超設(shè)計(jì)面積供熱，即，在保證供熱安全的情況下其供熱量是彈性的。以C市某廠不參與有償調(diào)峰日供熱量上限5.7萬吉焦，參與有償調(diào)峰日供熱量上限4.2萬吉焦對(duì)比分析，調(diào)峰與否月度影響供熱量約45萬吉焦，按月發(fā)電量3億千瓦時(shí)測(cè)算，約影響供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗波動(dòng)38克/千瓦時(shí)。下面，我們分解供熱邊際利潤測(cè)算公式到最基本單元，如下：

公式6：售熱邊際利潤=售熱量×售熱單位邊際利潤

公式7：售熱單位邊際利潤=售熱平均單價(jià)-售熱單位燃料成本

公式8：售熱單位燃料成=本供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗×入爐綜合標(biāo)煤單價(jià)

2.3 調(diào)峰對(duì)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗、綜合廠用電率的影響

在實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)組負(fù)荷率屬于不可控的外部環(huán)境，是影響機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的最大外部因素之一。目前，省域多臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了供熱節(jié)能改造，機(jī)組帶供熱能力得到提升，但是由于機(jī)組負(fù)荷率長時(shí)間偏低，供熱節(jié)能改造后的效果沒有得到充分體現(xiàn)，機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗并未達(dá)到預(yù)期。因?yàn)楫?dāng)前科技水平還做不到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃用煤發(fā)熱量，所以機(jī)組運(yùn)行供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗統(tǒng)計(jì)分析工作準(zhǔn)確性欠佳，目前我們可以通過《關(guān)于進(jìn)一步開展火電機(jī)組對(duì)標(biāo)》中規(guī)定估算供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗大體走勢(shì)，并結(jié)合鍋爐、汽輪機(jī)以及輔機(jī)等設(shè)備隨機(jī)組負(fù)荷率變化表現(xiàn)出的不同的運(yùn)行特性，完成煤耗曲線繪制改造，從而為精細(xì)化調(diào)峰奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。下面，簡述一下負(fù)荷率對(duì)主要運(yùn)行參數(shù)的影響。

負(fù)荷率對(duì)汽輪機(jī)熱耗率的影響：如圖1所示，我們選取125MW機(jī)組、300MW機(jī)組、600MW機(jī)組、1000MW機(jī)組性能實(shí)驗(yàn)報(bào)告中（下同），熱耗率隨負(fù)荷率變化曲線，從中我們可以看到，對(duì)于不同類型機(jī)組，設(shè)計(jì)熱耗率隨負(fù)荷變化趨勢(shì)一致，即，負(fù)荷率降低時(shí)，汽輪機(jī)熱耗率呈明顯升高趨勢(shì)，且在50%負(fù)荷率期間會(huì)呈明顯非線性變化。

負(fù)荷率對(duì)鍋爐效率的影響：如圖2所示，不同類型的鍋爐的設(shè)計(jì)鍋爐效率與負(fù)荷之間并沒有一致的規(guī)律性。設(shè)計(jì)鍋爐效率主要是受設(shè)計(jì)煤種特性的影響，此外，不穩(wěn)定的運(yùn)行工況（指頻繁調(diào)峰）對(duì)鍋爐效率影響很大。

負(fù)荷率對(duì)廠用電率的影響：整臺(tái)發(fā)電機(jī)組中包含了許多輔機(jī)設(shè)備，這些設(shè)備運(yùn)行特性各異，設(shè)計(jì)中一般很難給出不同負(fù)荷下的廠用電率。而且機(jī)組投產(chǎn)后，很多都進(jìn)行了變頻等節(jié)能改造，這樣情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)同批投產(chǎn)，同型容量機(jī)組廠用電率差異很大。即，機(jī)組不同負(fù)荷率下輔機(jī)廠用電率變化曲線，需要我們各自單位結(jié)合各自實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營情況進(jìn)行繪制曲線。

負(fù)荷率對(duì)供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的影響：根據(jù)鍋爐、汽輪機(jī)不同負(fù)荷下的設(shè)計(jì)效率以及試驗(yàn)廠用電率，管道效率取99%，可以得到不同等級(jí)的發(fā)電機(jī)組的供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗隨機(jī)組負(fù)荷的變化曲線。機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗與機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷率的關(guān)系是非線性的，且50%負(fù)荷率左右為拐點(diǎn)。

小結(jié)： 供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗隨機(jī)組負(fù)荷的變化趨勢(shì)與熱耗率、廠用電率隨負(fù)荷的變化趨勢(shì)是一致的，且對(duì)于不同類型的機(jī)組，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在額定負(fù)荷和半額定負(fù)荷的范圍內(nèi)變化時(shí)，熱耗率的變化在700kJ/kWh以上；廠用電率的變化在2.5%以上；而鍋爐效率的變化最大不超過2%。根據(jù)公式，發(fā)電煤耗=熱耗/29308/鍋爐效率/管道效率，我們知道，熱耗率每變化100kJ/kWh，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗大約變化3-4克/千瓦時(shí)；鍋爐效率每變化1個(gè)百分點(diǎn)，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗大約變化3-3.5克/千瓦時(shí)；發(fā)電廠用電率每變化1個(gè)百分點(diǎn)，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗變化3克/千瓦時(shí)左右。因此，繪制負(fù)荷率與煤耗、綜合廠用電率曲線工作，對(duì)于建立調(diào)峰綜合效益最大化數(shù)學(xué)模型非常重要。

2.4 其他因素對(duì)于建立調(diào)峰綜合效益最大化數(shù)學(xué)模型的影響

熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)相比于地方小鍋爐企業(yè)供熱成本更低，因此對(duì)于聯(lián)合供熱單位有機(jī)會(huì)通過其他方式疏導(dǎo)調(diào)峰分?jǐn)倱p失。因此，相關(guān)單位應(yīng)摸清聯(lián)供單位供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗實(shí)際情況，測(cè)算成本差，并進(jìn)行相關(guān)磋商，謀求共贏。

3 調(diào)峰綜合效益最大化平衡點(diǎn)

完成目標(biāo)負(fù)荷率增發(fā)效益、供熱效益、降耗效益、其他效益測(cè)算后，可大致確定統(tǒng)計(jì)期調(diào)峰考核金額上限，并根據(jù)省域調(diào)峰市場形勢(shì)變化情況實(shí)時(shí)修正，從而確保生產(chǎn)經(jīng)營綜合效益最大化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉福國 蔣學(xué)霞 李志 文獻(xiàn)《燃煤發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率影響供電煤耗的研究》，2008.7

作者簡介：

任正強(qiáng)，男，工程師，從事市場營銷、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)分析專業(yè)工作，國電雙遼發(fā)電有限公司。