火電機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行階段風(fēng)險管理及策略

馮文嵩 閆晶

【摘 ?要】受碳達(dá)峰碳中和的政策影響，我國火力發(fā)電占比逐年下降，以風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等為代表的新能源發(fā)電的占比逐年上升，火電由主力電源過渡為調(diào)峰電源的趨勢已經(jīng)勢不可擋。傳統(tǒng)火電機(jī)組以往受機(jī)組最低穩(wěn)燃負(fù)荷的限制，普遍無法滿足電網(wǎng)靈活、快速變負(fù)荷的要求，受益于技術(shù)發(fā)展，火電機(jī)組深度調(diào)峰靈活性改造為火電行業(yè)指出了新的發(fā)展方向，但同時也面臨各方面風(fēng)險挑戰(zhàn)，主要以政策調(diào)整和經(jīng)濟(jì)收益風(fēng)險兩方面為代表。論文從這兩方面進(jìn)行分析，并給出相關(guān)結(jié)論，為后續(xù)火電企業(yè)的戰(zhàn)略選擇給出了相關(guān)意見。

【關(guān)鍵詞】政策調(diào)整；經(jīng)濟(jì)效益；風(fēng)險管理

【中圖分類號】TM621 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2023）01-0115-03

1 碳達(dá)峰碳中和政策調(diào)整風(fēng)險背景

2022年隨著俄烏沖突的持續(xù)升級，俄羅斯受美歐國家制裁力度也在不斷上升，作為傳統(tǒng)能源大國，俄羅斯將天然氣作為反制武器，也在加強(qiáng)對歐洲的能源出口限制，隨著北溪輸氣管道的損壞，歐洲不得不面臨能源短缺的危機(jī)。作為碳中和碳達(dá)峰的主要倡議者和世界碳排放量占比較大的地區(qū)，歐洲目前的做法明顯為開歷史的倒車。

德國作為歐洲最大的工業(yè)國家，2019年時任德國總理的默克爾宣布要將在2038年前淘汰全部國內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組，而2021年新一屆德國政府將這一時間點(diǎn)提前至2030年，但隨著俄羅斯斷氣風(fēng)險的來臨，2022年8月，德國政府宣布重啟位于下薩克森州霍恩哈默爾地區(qū)的梅爾魯姆煤炭發(fā)電廠，而海登煤電廠也于8月29日重啟并運(yùn)營到2023年4月30日，隨著煤電重啟浪潮的來臨，德國已宣布到2035年電網(wǎng)中接近100%可再生能源的目標(biāo)無法按期完成。其他歐洲國家如荷蘭、法國、奧地利也同德國一樣不斷宣布重啟煤電。而丹麥?zhǔn)锥几绫竟研挤艞壌饲爸贫ǖ?025年碳達(dá)峰的目標(biāo)。

歐洲這種開歷史倒車的行為放大了對歐洲碳中和目標(biāo)質(zhì)疑的觀點(diǎn)，歐洲是否能如期完成碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)值得懷疑，歐洲國家作為政策的主要倡導(dǎo)者，如不能按期完成此前的工作，對我國碳達(dá)峰碳中和政策是否會產(chǎn)生影響，進(jìn)而對火電機(jī)組產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，是我國火電行業(yè)面臨的主要風(fēng)險挑戰(zhàn)。

2 碳達(dá)峰碳中和政策調(diào)整風(fēng)險分析

面對錯綜復(fù)雜的國際形勢，我國政府多次表態(tài)碳達(dá)峰碳中和事關(guān)中華民族的永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體，這不是別人要我們做，而是我們主動要做。能源發(fā)展既要保障安全，也要推進(jìn)轉(zhuǎn)型。在新發(fā)展理念的引領(lǐng)下，我國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的步伐不斷加快，發(fā)展的質(zhì)量和效益大幅提升，近十年以年均3%的能源消費(fèi)增速支撐了年均6.6%的經(jīng)濟(jì)增長，能源的消耗強(qiáng)度累計下降了26.4%。我們探索走出了一條生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳的高質(zhì)量發(fā)展的道路，這條路我們是越走越寬闊，越走信心越堅定。

綜上可見，面對歐洲可能調(diào)整碳達(dá)峰碳中和政策的風(fēng)險，我國作為一個負(fù)責(zé)任的大國，將構(gòu)建人類命運(yùn)共同體作為使命，政策風(fēng)險調(diào)整的可能性極小，因此通過分析，多能互補(bǔ)作為我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要手段，火電機(jī)組角色逐漸向調(diào)峰性電源轉(zhuǎn)變勢不可擋。故我國火電行業(yè)無需擔(dān)心受碳達(dá)峰碳中和政策影響，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)堅定做好深度調(diào)峰方面設(shè)備和技術(shù)的儲備，為能源轉(zhuǎn)型升級改革貢獻(xiàn)力量。

3 電力輔助市場交易政策調(diào)整風(fēng)險及應(yīng)對

在碳中和碳達(dá)峰政策穩(wěn)定不變的前提下，對于火力發(fā)電企業(yè)而言，要做好應(yīng)對本省補(bǔ)貼政策調(diào)整的風(fēng)險，目前為鼓勵火電企業(yè)參與深度調(diào)峰，各地均出臺了電力輔助市場交易規(guī)定，普遍要求按積分電量繳納服務(wù)費(fèi)，并按負(fù)荷率的升高繳納的服務(wù)費(fèi)越高，簡而言之，機(jī)組深度調(diào)峰能力越強(qiáng)能帶的負(fù)荷率越低繳納的服務(wù)費(fèi)越低，反之越高，在深度調(diào)峰補(bǔ)貼的政策下，相當(dāng)于將深度調(diào)峰能力弱的企業(yè)去補(bǔ)貼深度調(diào)峰能力強(qiáng)的企業(yè)，但隨著各發(fā)電企業(yè)對于深度調(diào)峰對于企業(yè)效益影響的逐漸重視，全部具備更強(qiáng)的調(diào)峰能力只是時間問題。但問題也隨之出現(xiàn)，當(dāng)全部機(jī)組調(diào)峰能力接近或相同時，調(diào)峰的收益將趨近于零。

因此對于深度調(diào)峰補(bǔ)貼政策的調(diào)整也將隨著調(diào)峰問題的全部解決而進(jìn)行相應(yīng)的改變，故對于這類風(fēng)險的應(yīng)對，本項(xiàng)目所涉及的企業(yè)應(yīng)在具備深度調(diào)峰能力后，一是應(yīng)盡快參與深度調(diào)峰市場，在其他企業(yè)不具備更深調(diào)節(jié)能力的時期，將政策紅利利用到最大；二是及時關(guān)注電力輔助市場調(diào)峰政策，再提出合理的應(yīng)對措施，以應(yīng)對可能的政策調(diào)控風(fēng)險。

4 機(jī)組運(yùn)行階段經(jīng)濟(jì)效益風(fēng)險分析

在目前各項(xiàng)政策的背景下，火力發(fā)電機(jī)組在滿足民生方面的任務(wù)的前提下，充分利用現(xiàn)有政策，積極挖潛政策紅利追求利益最大化是企業(yè)的主要目的。傳統(tǒng)的火力發(fā)電機(jī)組最低穩(wěn)燃負(fù)荷在30%以上，而且在深度調(diào)峰過程中，不可避免地進(jìn)行干濕轉(zhuǎn)態(tài)[1]，故需要對影響深度調(diào)峰安全運(yùn)行的限制條件進(jìn)行相關(guān)的改造[2]。

機(jī)組在深度調(diào)峰靈活性改造，進(jìn)入運(yùn)營周期后，機(jī)組的不投油穩(wěn)燃負(fù)荷降低至20%，主機(jī)設(shè)備安全可靠性得到了極大的提高，增強(qiáng)了機(jī)組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰的能力，但隨著機(jī)組負(fù)荷的下降，鍋爐燃燒效率降低，導(dǎo)致煤耗量增加，能源效率降低明顯，此外低負(fù)荷下，將增加機(jī)組設(shè)備老化的隱性成本和污染物排放增加的風(fēng)險，為補(bǔ)償機(jī)組在參與深度調(diào)峰所增加的成本，各地在國家能源局2017年11月所印發(fā)的《完善電力輔助服務(wù)補(bǔ)償（市場）機(jī)制工作方案》的基礎(chǔ)上均出臺根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的電力市場輔助運(yùn)營規(guī)則，以本項(xiàng)目所處的地區(qū)為例，實(shí)時的深度調(diào)峰交易采用“階梯式”的報價方式和價格機(jī)制，發(fā)電企業(yè)在不同時期分為兩檔浮動報價，根據(jù)調(diào)峰的補(bǔ)償機(jī)制可分為：一是有償基準(zhǔn)以上階段，此時無額外深度調(diào)峰補(bǔ)償，可稱為常規(guī)調(diào)峰階段；二是機(jī)組深度調(diào)峰至有償基準(zhǔn)以下，因本文主要對機(jī)組參與深度調(diào)峰風(fēng)險進(jìn)行研究，故下文主要討論機(jī)組在有償基準(zhǔn)以下運(yùn)營期的風(fēng)險應(yīng)對。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)2022年新疆自治區(qū)發(fā)展改革委關(guān)于下達(dá)《我區(qū)“十四五”第一批煤電機(jī)組靈活性改造項(xiàng)目的通知》（新發(fā)改能源〔2022〕12號），對于新疆電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)火電機(jī)組，若實(shí)施靈活性改造參與深度調(diào)峰輔助服務(wù)，可根據(jù)調(diào)峰深度不同，獲取可觀的補(bǔ)償收益，若不參與深度調(diào)峰服務(wù)，則需要分?jǐn)傁鄳?yīng)的深度調(diào)峰費(fèi)用。因此，有必要通過實(shí)施靈活性改造，參與深度調(diào)峰輔助服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化。

實(shí)時深度調(diào)峰交易采用“階梯式”報價方式和價格機(jī)制，發(fā)電企業(yè)在不同時期分兩檔浮動報價，具體分檔及報價上、下限如表1所示。

4.2 項(xiàng)目成本分析

本文以某600 MW超臨界火電機(jī)組為分析對象，在參與深度調(diào)峰的過程中，主要增加的有以下幾項(xiàng)：

第一，新增電費(fèi)。本項(xiàng)目主要用電設(shè)備為爐水循環(huán)泵，爐水循環(huán)泵初步設(shè)計功率為250 kW，按30%BMCR以下負(fù)荷時爐水循環(huán)泵均投入運(yùn)行計算，單臺爐總運(yùn)行小時數(shù)500 h，電費(fèi)按0.415元/kW·h計算，單臺機(jī)組共增加用電成本5.19萬元。第二，新增檢修維護(hù)成本。本項(xiàng)目新增爐水循環(huán)泵、等離子點(diǎn)火燃燒器、吹灰器等設(shè)備，日常檢修維護(hù)費(fèi)有所增加，檢修維護(hù)費(fèi)取靜態(tài)總投資的2%，即每年增加檢修維護(hù)費(fèi)123萬元。第三，設(shè)備折損成本。雖然發(fā)電設(shè)備進(jìn)行了深度調(diào)峰改造，但主要目的集中于如何在超低負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行，故對機(jī)組壽命的損耗難以避免，設(shè)備折損取項(xiàng)目總投資的5%，每年增加設(shè)備折損成本307.5萬元。第四，新增發(fā)電煤耗。發(fā)電煤耗主要由鍋爐效率、汽輪機(jī)效率、發(fā)電機(jī)效率、管道效率4方面組成，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)發(fā)電機(jī)效率、管道效率可按99%考慮，故影響發(fā)電煤耗主要由鍋爐效率及汽輪機(jī)效率影響：①鍋爐效率。對于鍋爐效率計算方式普遍有正平衡以及反平衡兩種方式，本次計算過程按照國標(biāo)《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算，采用反平衡法計算各項(xiàng)熱損失，公式如下：

ηg=100%-（q2+q3+q4+q5+q6） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，ηg為鍋爐效率，%；q2為排煙熱損失，%；q3為化學(xué)不完全燃燒熱損失，%；q4為機(jī)械不完全燃燒熱損失，%；q5為鍋爐散熱損失，%；q6為灰渣物理熱損失，%。

汽輪機(jī)效率蒸汽通過鍋爐過熱器吸熱后形成的主汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸做功，將熱能轉(zhuǎn)換為動能，其中運(yùn)行主汽壓力是引起汽輪機(jī)熱耗率變化的主要因素，主汽壓力引起循環(huán)效率和汽輪機(jī)內(nèi)效率以及回?zé)嵯到y(tǒng)3方面的因素是導(dǎo)致熱耗率變化的主要因素。汽輪機(jī)效率計算公式如下：

式中，H為汽輪機(jī)熱耗率，kJ/（kW·h）；Do為主蒸汽流量，kg/h；hg為給水焓，kJ/kg；ho為主汽焓，kJ/kg；Dz為再熱蒸汽流量，kg/h；hr為再熱汽焓，kJ/kg；hp為高壓缸排汽焓，kJ/kg；Pe為額定功率，MW。

以摸底試驗(yàn)通過測量不同負(fù)荷下以上各參數(shù)，得出汽輪機(jī)熱耗率變化圖標(biāo)。

②發(fā)電煤耗。發(fā)電煤耗是指機(jī)組生產(chǎn)1 kW·h的電量所需要煤量，通常發(fā)電煤耗主要是由機(jī)組的鍋爐效率、汽輪機(jī)效率、電機(jī)效率、管道效率決定，具體公式如下：

式中，Bg為供電煤耗，kg/kW·h；ηg為鍋爐效率，%；ηgd為管道效率，%；ηcyd為廠用電率，%；H為汽輪機(jī)熱耗率，kJ/kW·h；29.308 MJ/kg為標(biāo)煤熱值。

根據(jù)摸底試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以計算出機(jī)組負(fù)荷降低，供電煤耗的趨勢是隨之增加的，20%～50%機(jī)組負(fù)荷與供電煤耗變化趨勢如圖1所示。

可以看出，隨著負(fù)荷率的降低，機(jī)組供電煤耗的增加率是隨之升高的。

根據(jù)2022年12月煤價，電廠燃用煤891元/噸，以按180 MW（機(jī)組30%負(fù)荷）調(diào)峰負(fù)荷為例，增加供電煤耗約92 g/kW·h，每年調(diào)峰平均時長260 h來計算，每年在深度調(diào)峰時增加的用煤費(fèi)用為：180（MW）×103（kW/MW）×260（h）×92（g/kW·h）×891（元/噸）÷106=3 836 289.6元。

按深度調(diào)峰最低補(bǔ)貼報價上網(wǎng)電價為0.22元/kW·h計算，可獲得收益為：180×103×0.22×260=10 296 000元。

4.3 項(xiàng)目效益分析

通過上文分析可知，收益與成本是隨著機(jī)組的負(fù)荷不同而有所變化的，如按平均180 MW來看，凈收益約為210.28萬元，但隨著機(jī)組的負(fù)荷繼續(xù)下降，供電煤耗增加比率增加，故存在虧損的風(fēng)險。

找到盈虧平衡點(diǎn)時的負(fù)荷率。項(xiàng)目運(yùn)行周期中所消耗的電費(fèi)和檢修費(fèi)用以及設(shè)備折損費(fèi)用為固定費(fèi)用，而因負(fù)荷變化而增加的耗煤費(fèi)用為浮動費(fèi)用。將盈虧點(diǎn)時的負(fù)荷率設(shè)置為Z，首先根據(jù)圖1擬合出煤耗增加與負(fù)荷變化公式為發(fā)電煤耗增加量=16 566×Z-1.732，故：Z（MW）×103（kW/MW）×260（h）×16 566×Z-1.732（g/kW·h）×891（元/噸）÷106+51 900（元）+

1 230 000（元）+3 075 000（元）=Z（MW）×103（kW/MW）×0.22（元/kW·h）×260（h）。

采用二分法逐次迭代求解可以求得機(jī)組在約78 MW負(fù)荷時，按最低補(bǔ)貼金額已無法滿足因深度調(diào)峰所增加的費(fèi)用，但此時已低于機(jī)組最低20%穩(wěn)燃負(fù)荷。

5 項(xiàng)目效益風(fēng)險對策

雖然通過計算可以得知在一定負(fù)荷的情況下，運(yùn)行期間不具有虧損的風(fēng)險，但是本計算數(shù)據(jù)是有一定變化空間的，為了預(yù)防虧損的風(fēng)險，還需從以下幾方面多加考量：第一，計算過程中補(bǔ)貼報價是按0.22元/kW·h最低補(bǔ)貼報價計算，在實(shí)際調(diào)峰過程中最高報價可達(dá)0.7元/kW·h，如果有一個較好的報價策略，將會大大降低因深度調(diào)峰所帶來的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險，會為公司帶來較好的收益。第二，煤價也是影響成本的重要因素，通過前文分析，新增設(shè)備所帶來的電費(fèi)、檢修費(fèi)以及設(shè)備折損費(fèi)用為固定成本，而因調(diào)峰所增加的燃煤消耗量所增加的成本是隨著負(fù)荷變化而變化的動態(tài)成本，故煤價的高低對項(xiàng)目成本影響巨大，自2020年以來，受多方因素影響，國內(nèi)煤價持續(xù)走高，但本項(xiàng)目所在的A電廠自身擁有煤礦，煤價變化所帶來的影響可以忽略不計。第三，固定費(fèi)用方面，新增設(shè)備所帶來的電費(fèi)和檢修費(fèi)用以及設(shè)備折損費(fèi)用等固定費(fèi)用均是在理論層面計算而來，實(shí)際在運(yùn)行過程中，可能會有部分差距，就需在運(yùn)行過程中對設(shè)備狀態(tài)多加關(guān)注，避免因此帶來的損失。

6 結(jié)語

由上文分析可以看出，我國碳達(dá)峰碳中和政策之路不可改變，因此火電機(jī)組難改由主力電源向調(diào)峰電源角色轉(zhuǎn)變的命運(yùn)，火電企業(yè)如何適應(yīng)新形勢，提高機(jī)組在快速升降負(fù)荷過程中機(jī)組的可靠性在目前的形勢下十分重要。對于各地的電力輔助市場補(bǔ)貼政策，可以理解為對火電深度調(diào)峰的激勵政策，用補(bǔ)貼的形式引導(dǎo)各火電企業(yè)更加深入地參與火電深度調(diào)峰工作，用不具備深度的機(jī)組效益補(bǔ)貼有能力參與深度調(diào)峰的機(jī)組，但一旦所有機(jī)組均具備深度調(diào)峰的能力，此項(xiàng)政策就不再具有傾斜性，同樣補(bǔ)貼也有調(diào)整的風(fēng)險性，故需要火電企業(yè)在目前階段充分、盡快參與調(diào)峰以創(chuàng)造最大效益。

本文同樣對深度調(diào)峰階段增加的成本與效益進(jìn)行了相關(guān)分析，在目前的條件下，補(bǔ)貼完全可覆蓋新增的相關(guān)費(fèi)用，但仍需對相關(guān)成本增加的風(fēng)險點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控以及相關(guān)控制，以免帶來效益受損的風(fēng)險。

【參考文獻(xiàn)】

【1】田衛(wèi)朋，張超.火電機(jī)組深度調(diào)峰操作及其注意事項(xiàng)[J].河南電力，2019（S2）：62-64.

【2】宋紹偉.煤電機(jī)組深度調(diào)峰靈活性改造技術(shù)分析[J].電力設(shè)備管理，2020（04）：79-81.