毛田,高瑞,周保榮,趙文猛,徐乾耀,程蘭芬,蘇祥瑞

(1.直流輸電技術國家重點實驗室(南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司)，廣東 廣州 510663；2.華南理工大學 電力學院，廣東 廣州 510641)

現(xiàn)貨市場是電力市場的關鍵環(huán)節(jié)，是通過機組競價、網(wǎng)絡約束和市場需求確定各類電力商品價值的重要手段，能夠充分反映電作為商品在時間、空間以及類別上的價值[1-2]。作為市場主體，發(fā)電機組需要參與發(fā)電競價、機組出清、輔助服務市場等多個環(huán)節(jié)[3-6]，必須充分了解自身發(fā)電成本，制訂合理的競價策略。除此以外，科學、透明、合理的發(fā)電機組成本測算體系不僅有利于了解機組實時運行成本，也是防范電力市場成員濫用市場力的有力措施和現(xiàn)貨市場高效運行的基礎[7-8]。

目前大部分發(fā)電企業(yè)在生產(chǎn)成本核算方面仍然采用“計劃”環(huán)境下的方式，即采用“事后核算”，一般以月、季、年作為核算周期，測算其發(fā)電總成本以及相應的度電平均成本[9-10]。然而，在現(xiàn)貨市場下，電力商品的價格受多種因素影響，傳統(tǒng)粗獷型的成本計算方式不能適應實時動態(tài)變化的市場環(huán)境。一方面，隨著電改的不斷深入，電能量、輔助服務等新型交易品種不斷涌現(xiàn)，不同品種的生產(chǎn)成本需要對應測算編制；另一方面，電力的商品價格在不同時間、不同空間下存在較大差異，這使得發(fā)電機必須以機組動態(tài)變化成本作為制訂競價策略和測算收益的基礎[11]。我國能源種類豐富，機組類型多樣[12-13]，不同機組成本特性差別較大，特別是在火力發(fā)電廠中，其燃料消耗、廠用電消耗、設備折舊等成本相關因素和機組運行工況密切相關，從而影響到燃料費、供電煤耗、設備檢修費用、材料費、水費等相關指標[14-15]。成本的計算是市場報價的基礎，發(fā)電機組作為單個利益方參與現(xiàn)貨市場首先要滿足交易經(jīng)濟最優(yōu)，只有經(jīng)濟收益高于成本才能促使發(fā)電商參與交易。從經(jīng)濟性來看，市場報價必須借助成本數(shù)據(jù)，為了確保電力現(xiàn)貨能量市場運行的競爭性、經(jīng)濟性和可靠性，對發(fā)電機組成本進行測算十分必要，也是現(xiàn)貨市場建設中的重要一環(huán)。

為了支撐現(xiàn)貨市場順利運營并形成科學合理的電力商品價格，必須深入分析發(fā)電機組的成本組成，構建有效的機組發(fā)電成本測算機制。本文針對上述問題，介紹當前電力市場中典型發(fā)電機組成本測算方法，對南方區(qū)域內的典型火電機組進行成本實例測算，分析當前廣東省現(xiàn)貨市場機組參數(shù)測算方法的不足并提出相關建議。

1 機組典型成本測算方法

在現(xiàn)貨市場中，機組通過競爭的方式發(fā)電上網(wǎng)，但其生產(chǎn)成本是否能夠得到回收，完全取決于其收入與其提供電力服務的總成本之間的關系，即取決于其生產(chǎn)成本與市場價格的差值；因此，準確地核算機組成本是機組在市場環(huán)境中計算收益的關鍵環(huán)節(jié)。在實際生產(chǎn)過程中，機組成本根據(jù)機組運行狀態(tài)可分為啟動成本、固定成本、變動成本等，分別反映機組啟停、資產(chǎn)折舊以及燃料等相關費用。由于機組參數(shù)較多，對成本進行精確核算不僅在技術實現(xiàn)上較為復雜，且需要結合實際生產(chǎn)過程。各個地區(qū)根據(jù)電力市場的發(fā)展需要推出了特點不同的機組成本測算方法。

1.1 PJM電力市場機組成本測算

PJM是美國東部的電力市場組織，作為世界上公認的最成功電力市場，其覆蓋區(qū)域超過13個州，服務人口超過6 000萬[16-17]，擁有成熟的市場體系。在PJM電力市場發(fā)電成本測算體系中，發(fā)電成本主要包含開機成本、空載成本、增量成本3個部分[18]：開機成本指的是將鍋爐、渦輪機和發(fā)電機從關機狀態(tài)啟動到一定功率時的成本，它取決于開機的燃料類型、燃料成本、廠用電、檢修加算費用以及相關人力成本等，而且開機成本也會隨機組開機的溫度狀態(tài)而變動，分為熱啟動、冷啟動、溫啟動3個類別；空載成本指的是機組維持最小技術出力所需要的成本；增量成本指的是在機組最小發(fā)電水平之上所有分段電量的單位成本，不包括空載成本，即發(fā)電機組發(fā)電的邊際成本。上述為PJM定義的機組成本組成結構，針對不同的機組類型，具體的成本測算方法又有不同：針對化石燃料機組，主要參數(shù)包括熱耗率、性能因子、燃料費用等，具體見表1；針對水電機組，主要參數(shù)包括泵送效率、燃料費用、檢修成本等，具體見表2；針對核電機組，主要參數(shù)包括開機成本、燃料費用、檢修成本等，具體見表3。

從以上列表可以看出，PJM對發(fā)電機成本的分類較為詳細，不僅對不同類別的機組設置了相應的測算方式，還考慮了理論值與實際值之間的誤差，并采用價值因子進行修正，盡量使結果與實際更為接近。除此以外，燃料成本中考慮了氧化物排放所造成的成本，而檢修成本除了相關的設備費用，還包括了額外產(chǎn)生的人力與燃料費用。總的來說，PJM市場對機組成本的測算較為清晰，但是體系比較復雜，指標較多，理解與測算存在一定困難。

在成本測算的流程保障方面，PJM會確定各個市場成員的熱耗率曲線、性能因子以及燃料費用，并制訂了一系列規(guī)則要求市場成員進行配合。以燃料費用為例：所有市場賣方被要求在每年6月15日之前提交此類信息，向PJM提交燃料費用的相關資料；PJM在11月1日之前書面通知市場賣方，以決定是否更新燃料成本信息，市場賣方在5個工作日內向PJM進行提交，或者申請修改截止日期，否則將會受到罰款。

1.2 廣東電力市場機組成本測算

為了配合現(xiàn)貨市場順利運行，《廣東電力現(xiàn)貨市場機組發(fā)電成本測算辦法(征求意見稿)》[19]提出了廣東省火電機組成本(目前參與廣東省內市場交易的均為火電)測算辦法。該辦法考慮了發(fā)電機組類型、容量級別、發(fā)電能耗、地理位置等因素：按照機組類型和容量級別，將燃煤機組分為常規(guī)1 000 MW機組、常規(guī)600 MW機組、常規(guī)300 MW機組、常規(guī)300 MW以下機組、資源綜合利用機組5類；按照地理位置，又將燃煤機組分為內陸電廠和沿海電廠2類；針對燃氣機組，將其分為9E機組、9F機組、9H機組和大鵬液化天然氣機組4類。測算辦法中將發(fā)電機組成本分為啟動成本、變動成本和固定成本3類，具體見表4。

表1 PJM化石燃料機組成本參數(shù)列表Tab.1 PJM fossil fuel generation unit cost parameter list

注：Stc為開機成本；Sfc為啟動消耗的燃料；Tc為總燃料相關成本；Pf為性能因子；Os為站內服務工作量；Ros為站內服務費率；Mc為啟動時檢修加算費用；Lc為啟動時額外人力成本；Nlc為空載費用；Ermin為經(jīng)濟最小值點熱輸入；Ivc為可變運檢成本；Eimin經(jīng)濟最小值點增量成本；Ep為經(jīng)濟最小值點。

表2 PJM水電機組成本參數(shù)列表Tab.2 PJM hydroelectric generation unit cost parameter list

注：Hcc為水電機組費用；Hscc為水電機組啟動費用；Sba為水電機組同步備用；Mac為邊際成本。

表3 PJM核電機組成本參數(shù)列表Tab.3 PJM nuclear generation unit cost parameter list

表4 廣東發(fā)電機組成本測算方法Tab.4 Guangdong generation unit cost calculation method

注：Ptc為供電總能耗；Gtc為發(fā)電總能耗；Rsc為廠用電率；Mafc為邊際燃料消耗；Ftrc為額定容量總燃料消耗；Fmtrc為最小技術出力總燃料消耗；Car為額定容量；Tmg為最小技術出力；Dfc為同類型機組單位容量固定資產(chǎn)折舊費；Dbc為同類型機組投產(chǎn)當年的平均單位容量固定投資費用基準；Rrv為固定資產(chǎn)預計殘值率；Slr為機組使用年限。

從表4中可以看出，廣東省成本測算方式較為簡單，對機組的能耗曲線采用擬合而不是實測的方式。例如變動成本包含空載成本與邊際成本，邊際成本計算方式較為粗略，能耗曲線通過擬合獲得而不采用實測的方式；除此以外，邊際燃料消耗與機組折舊費用均為平均值，為了計算方便忽略了實際上邊際成本和機組折舊并不是隨時間線性改變的情況?？傮w來說，該測算方法在盡量簡化的前提下保證了一定的科學性，適用于初期現(xiàn)貨市場的快速建設和運行投入。

2 南方區(qū)域典型火電機組成本測算

現(xiàn)貨市場中，成本的測算結果是機組報價競價的基礎，采用科學合理的方法厘清成本構成，有利于計算機組成本。根據(jù)前述分析，南方區(qū)域現(xiàn)貨市場建設尚處于初級階段，從測算步驟、參數(shù)采集難度等多角度分析，南方區(qū)域現(xiàn)階段選取廣東發(fā)電機組成本測算方法進行機組成本測算更為合理。由于目前廣東發(fā)電機組成本測算方法僅針對火電機組測算，故本文機組測算工作僅針對火電機組。

選取南方區(qū)域廣東省內某裝機容量為330 MW的煤電機組進行成本測算，其成本包含啟動成本、變動成本及固定成本3類。

2.1 啟動成本計算

目前廣東電力現(xiàn)貨市場機組發(fā)電成本測算辦法中對于機組啟動成本的計算并不明確，同時限于目前數(shù)據(jù)采集情況，本文選取一種較為簡單的機組啟動成本計算方法，其計算公式為

Cus=Csful+Cpful+Clos.

(1)

式中：Cus為機組啟動費用；Csful為啟動燃料費用；Cpful為廠用費用；Clos為啟動時機組壽命折損費用。啟動燃料費用、廠用費用以及啟動時機組壽命折損費用具體計算方法見表5。

對所選火電機組冷啟動進行成本計算，該機組啟動過程采用油煤混燒，即先投油助燃，待達到煤粉投入條件再投入煤粉。該機組燃煤為原混煤，假定燃煤單價500元/t，燃油單價5 000元/t。該火電機組冷啟動成本測算見表6，啟動時長(從鍋爐點火到機組并網(wǎng)的時間)按9 h計，共計39.9萬元。

表5 火電機組啟動成本計算方法Tab.5 Calculation method for start-up cost of thermal power unit

注：St為啟動耗時；Pout為啟動時單位時間負荷出力；pe為電價。

表6 火電機組冷啟動成本測算表Tab.6 Calculation list for start-up cost of thermal power unit

從表6數(shù)據(jù)知，機組冷啟動一次的費用接近40萬元。需要說明的是，不同機組啟動過程中的油耗、煤耗等差別較大，啟動效率也不一樣，造成不同機組啟動成本會有所差異。

2.2 變動成本計算

根據(jù)該火電機組不同工況發(fā)電煤耗，計算其單時段耗煤量和燃煤成本，得出該火電機組不同負荷下燃煤成本見表7。

表7 火電機組不同負荷下單時段燃煤成本測算表Tab.7 Coal cost calculation list for different loads of thermal power unit

同時，也對機組的空載成本進行了測算。以采集的熱輸入數(shù)據(jù)作為樣本，對所收集的數(shù)據(jù)進行擬合分析，得到機組燃料輸入擬合曲線，如圖1所示。

圖1 燃料輸入曲線擬合圖Fig.1 Fitting diagram for no-load cost curve

可獲得以熱輸入曲線作為機組燃料輸入的函數(shù)曲線，即

Ecoal=0.000 05X2+0.175 5X+26.19.

(2)

式中：Ecoal為煤耗輸入，t/h；X為輸出功率，MW。由式(2)計算可得空載燃料消耗為26.19 t/h。根據(jù)得到的空載燃料消耗和相應的成本價格，可得機組的空載成本。例如取影響因子為1.02，假定機組空載燃料相關成本為500元/t，則機組的空載成本計算公式為

Nlc=Eemp×pfac×Tc=1.34萬元/h.

(3)

式中：Nlc為空載成本，萬元/h；Eemp為空載燃料消耗，t/h；pfac為影響因子；Tc為總燃料相關成本，元/t。

2.3 固定成本計算

根據(jù)電廠運行實際，以各項財務賬目數(shù)據(jù)作為依據(jù)，計算機組的固定成本。其中，折舊費的計算采用等額支付資金回收原理進行計算。本文核算機組的年度固定成本為1.05億元，裝機容量為330 MW，年利用時間按照5 500 h來進行計算，得到每30 min的機組固定成本情況見表8。

表8 機組30 min固定成本計算結果Tab.8 Fixed calculation cost per 30 minutes for thermal power unit 元

由于固定成本屬于一次性成本，而在現(xiàn)貨市場中進行報價時的成本與收益按照小時進行計算；因此，對固定成本進行攤銷，在小時的時間尺度上對其成本進行反映，有助于現(xiàn)貨市場中成本的精確核算以支撐報價。一般來說，固定成本的攤銷有平均分攤法和負荷比例分攤法。平均分攤法即把機組的固定成本平均分攤到該機組連續(xù)運行的各個時段中，該方法計算較為簡單，目前應用較多(表8的分攤方式為平均分攤法)；負荷比例分攤法即把機組的固定成本按照預計承擔負荷的比重進行依次分解，在進行費用分攤時要首先預計每月市場上網(wǎng)電量，結合歷史情況進行各日的分解，再針對每日情況進行每小時的分解，較為復雜。

3 廣東現(xiàn)貨能量市場成本核算建議

a)PJM分門別類給出了各種機組的參數(shù)需求、相互關聯(lián)以及計算方法，整個計算過程更為精細，但是數(shù)據(jù)采集難度高；而廣東機組成本測算步驟明確，參數(shù)采集難度適中。綜上所述，現(xiàn)階段選取廣東發(fā)電機組成本測算方法進行機組成本的測算顯得更為合理，該測算方法在盡量簡化的提前下保證了一定的科學性，適用于初期現(xiàn)貨能量市場的快速建設和運行投入；在后續(xù)電廠側具備相關成本數(shù)據(jù)條件后，再考慮逐步采用更為精細化的測算方法。

b)從機組成本數(shù)據(jù)采集的反饋情況來看，廣東電力現(xiàn)貨市場機組發(fā)電成本測算辦法中對于機組變動成本和固定成本的測算較為清晰，但對機組啟動成本的計算并不明確，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

①啟動成本參數(shù)。啟動成本參數(shù)包括啟動耗煤/氣量、耗油量及除鹽水量等，其中燃料價格、廠用電率、啟動耗煤/氣量等常規(guī)性的數(shù)據(jù)較為完善，但啟動一次機組壽命損耗率等參數(shù)存在缺省的情況。同時機組每次啟動時的耗時、啟動時負荷出力也有差別，需要進一步明確并建立良好的統(tǒng)計和計算方法(如參考PJM按照多年累積數(shù)據(jù)進行測算)。

②變動成本參數(shù)。變動成本參數(shù)主要包括平均能耗數(shù)據(jù)曲線、最小技術出力、最小技術出力所需燃料、額定容量、額定容量出力所需燃料等。這些參數(shù)涉及機組的經(jīng)濟運行，基本齊全。

③固定成本參數(shù)。固定成本參數(shù)包括機組投產(chǎn)當年的財務報表(獲取固定資產(chǎn)費用)、裝機容量、固定資產(chǎn)預計殘值率、機組使用年限等，其中財務報表涉及電廠財務隱私，而其他數(shù)據(jù)基本齊全。

總的來看，除了部分數(shù)據(jù)(例如機組壽命損耗率)以及部分敏感性數(shù)據(jù)(如機組財務報表等)較難采集外，目前機組的參數(shù)基本可以滿足現(xiàn)貨能量市場成本測算要求。

c)機組成本數(shù)據(jù)的采集是一大難點，目前廣東現(xiàn)貨市場數(shù)據(jù)采集通道并不暢通，例如當前大多數(shù)電廠數(shù)據(jù)不完備、數(shù)據(jù)精度不高，造成機組成本參數(shù)采集困難，后續(xù)有待建立完善、科學的數(shù)據(jù)采集通道。

d)發(fā)電企業(yè)均采用一致的成本測算方法是設計有效市場監(jiān)測和管制措施的重要環(huán)節(jié)。在設計有效的市場監(jiān)測和防范措施時，最為重要的一步是深入了解發(fā)電機組成本并確立成本登記和報告機制。美國經(jīng)過多年的電力市場運營，已經(jīng)形成了相對完善的發(fā)電成本測算體系，通過聯(lián)邦電力監(jiān)管委員會的統(tǒng)一會計規(guī)則管理和維護機組的發(fā)電成本、賬目和記錄。美國的成功經(jīng)驗也可以作為南方區(qū)域未來成本參數(shù)錄入和管理參考，建議可以考慮開展實施并建設發(fā)電機組成本登記和報告體系。

e)目前機組成本測算集中在火電和水電方面，而太陽能、風電等新能源所占比重越來越高，未來也要參與市場競價，相應的成本測算方法也要進行補充和完善。

4 結束語

本文介紹了典型機組成本測算方法，通過對美國PJM與廣東省兩大電力市場的發(fā)電機組測算方法的對比，總結了各自測算方法的特點。從測算步驟、參數(shù)采集難度等多角度分析，南方區(qū)域現(xiàn)階段采用廣東發(fā)電機組成本測算方法進行機組成本測算顯得更為合理。選取南方區(qū)域典型火電機組進行實例成本測算，并對計算結果進行了分析。最后，指出了廣東省機組成本測算方法的不足，提出測算方法應該向測算方法精細化、數(shù)據(jù)采集通道建立、成本登記制度建設與新能源機組納入測算體系等幾個方面進一步深化。