河北邯峰發(fā)電有限責(zé)任公司 李 鋼 丁 威 汪詠泉 西安廣林匯智能源科技公司 耿慶慶

大唐寶雞發(fā)電公司 呂建平

隨著我國電網(wǎng)市場化不斷推進(jìn)，火電企業(yè)利潤空間不斷受到新能源增長的擠壓，根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)公布的數(shù)據(jù)顯示，截至2020年年底，我國煤電裝機(jī)容量年利用小時(shí)數(shù)108000萬kW，同比增長3.7%，同期風(fēng)電和太陽能發(fā)電裝機(jī)容量分別上升34.7%和24.1%。全國煤電發(fā)電量46296億kWh，同比上升1.7%，同期風(fēng)電和太陽能發(fā)電機(jī)組發(fā)電量同比上升15.1%和16.6%。但基于火電與風(fēng)電發(fā)電存在重要不確定性的事實(shí)，為了保證電網(wǎng)供需平衡和電壓穩(wěn)定，火電機(jī)組“壓艙石”的作用還不可動(dòng)搖，大量火電機(jī)組退出電網(wǎng)的模式短時(shí)間內(nèi)不可能出現(xiàn)，因此在特定不利市場環(huán)境中如何更好地生存，最大限度地適應(yīng)和參與新的市場類型和形式，準(zhǔn)確預(yù)測短期未來的機(jī)組發(fā)電成本，對火電企業(yè)市場地位提升和經(jīng)濟(jì)效益提升有著重要意義。

某發(fā)電公司安裝兩臺亞臨界進(jìn)口型660MW機(jī)組。鍋爐采用了美國福斯特惠勒能源公司生產(chǎn)的FW-2026/17.29-540.8型亞臨界壓力，一次中間再熱，平衡通風(fēng)，單爐膛，П型布置，固態(tài)排渣，單汽包自然循環(huán)，半露天煤粉爐。汽輪機(jī)采用德國西門子公司生產(chǎn)的亞臨界，一次中間再熱，單軸四缸四排汽凝汽式反動(dòng)汽輪機(jī)，汽輪機(jī)型號：HMN，高壓缸：H30-100-2中壓缸：M30-63，低壓缸：N30-2×10，該型機(jī)組在國內(nèi)同級別機(jī)組中應(yīng)用較少，工程總投資78.8億元，實(shí)際單位投資5975元/kW，比概算批準(zhǔn)的單位投資降低了487元/kW。1、2號機(jī)組分別于2001年3月26日和2001年9月1日先后投入商業(yè)運(yùn)營。

1 成本分析系統(tǒng)是兩個(gè)市場的需求

1.1 電量市場[1-5]

受電力市場化推動(dòng)影響，同時(shí)為了有效引導(dǎo)電力市場由化石能源為主向可再生能源為主轉(zhuǎn)換，促進(jìn)電力市場資源配置，目前電量市場已經(jīng)逐步脫離以計(jì)劃為主的體系，因此除基礎(chǔ)電量外的其他主要電量獲取途徑都是基于發(fā)電成本測算才能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)所獲取電量又反過來對發(fā)電成本形成較大的影響。

電網(wǎng)基礎(chǔ)電量。為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和并網(wǎng)發(fā)電廠基礎(chǔ)收益，電網(wǎng)公司根據(jù)年度負(fù)荷預(yù)測，拿出一部分電量進(jìn)行現(xiàn)存容量分配，即所謂基礎(chǔ)電量，同時(shí)配合給予政府批準(zhǔn)的基礎(chǔ)電價(jià)，作為并網(wǎng)火電機(jī)組的收益保障。

中長期交易電量。在當(dāng)前“廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”的思路下，給予在網(wǎng)上注冊的重點(diǎn)用電客戶以優(yōu)先權(quán)，通過大用戶談判達(dá)成基礎(chǔ)交易電量，電價(jià)通過磋商獲得，一定時(shí)間段內(nèi)有效。此部分電量電網(wǎng)公司僅收取過網(wǎng)費(fèi)和一定比例的管理費(fèi)用，受當(dāng)前電量市場上供大于求（全國火電企業(yè)近年來年利用小時(shí)數(shù)持續(xù)下滑）影響，交易電價(jià)一般略低于基礎(chǔ)電價(jià)。市場主體分時(shí)段申報(bào)電量、電價(jià)（不含暫不實(shí)行峰谷分時(shí)電價(jià)的用戶），交易申報(bào)時(shí)段具體為“尖、峰、平、谷”多段。發(fā)電廠分時(shí)段曲線由與之成交的用戶側(cè)分時(shí)段曲線對應(yīng)形成。發(fā)電企業(yè)將同一發(fā)電企業(yè)下所有機(jī)組打包參與交易，結(jié)算時(shí)按照機(jī)組上網(wǎng)電量比例將交易電量拆分至機(jī)組。

電力現(xiàn)貨市場。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)度運(yùn)行和市場交易有機(jī)銜接，促進(jìn)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、市場有效運(yùn)行；形成體現(xiàn)時(shí)間和位置特性的電能量商品價(jià)格，為市場主體提供反映市場供需和生產(chǎn)成本的價(jià)格信號。有利于應(yīng)用市場化手段改變計(jì)劃調(diào)度方式，發(fā)現(xiàn)電力商品價(jià)格，形成市場化的電力電量平衡機(jī)制。根據(jù)交易時(shí)間可分為日前現(xiàn)貨市場和日內(nèi)現(xiàn)貨市場。日前現(xiàn)貨市場是當(dāng)前主要交易平臺，提前一天開展交易，向交易中心申報(bào)第二天預(yù)計(jì)的發(fā)電能力和用電需求；調(diào)度部門生成比較符合實(shí)際情況的、可執(zhí)行的交易計(jì)劃。在充分考慮次日電網(wǎng)運(yùn)行邊界條件以及物理約束的基礎(chǔ)上，通過集中優(yōu)化，以發(fā)電費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)，決策次日的機(jī)組開機(jī)組合以及發(fā)電出力曲線，實(shí)現(xiàn)電力電量平衡、電網(wǎng)安全管理和資源優(yōu)化配置。日內(nèi)市場就是在日前市場關(guān)閉后，為市場成員提供微調(diào)發(fā)用電計(jì)劃的交易平臺，交易規(guī)模較小，建設(shè)初期可先不建設(shè)日內(nèi)市場。

輔助調(diào)峰市場。2021年，河北電網(wǎng)新納入風(fēng)電項(xiàng)目9個(gè)、140萬kW，光伏發(fā)電項(xiàng)目20個(gè)、401.8萬kW，影響區(qū)域內(nèi)新能源容量占比繼續(xù)上升?；痣姍C(jī)組深度調(diào)峰進(jìn)行市場輔助服務(wù)是不可避免的趨勢，也是調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)的機(jī)組新的盈利增長點(diǎn)。

1.2 電煤市場

近年來，煤炭市場整體進(jìn)入景氣周期，雖然短期內(nèi)有一定波動(dòng)，長期來看，基本呈上揚(yáng)趨勢。以2021年河北省5500大卡優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤價(jià)格分析，年初煤價(jià)818.75元/t，3月底略降至750.75元/t，6月末上升到978.75元/t，10月中旬上升到近十年來最高值1710元/t，其后在政策干預(yù)下，動(dòng)力煤價(jià)格逐漸回落至2021年年底的822.5元/t。按河北省發(fā)展和改革委員會(huì)2022年4月發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步完善煤炭市場價(jià)格形成機(jī)制的實(shí)施意見》，其中“完善煤電價(jià)格市場化傳導(dǎo)機(jī)制”要求，當(dāng)煤炭中長期交易價(jià)格在合理區(qū)間內(nèi)運(yùn)行時(shí)，燃煤發(fā)電企業(yè)可在電力中長期交易中通過市場化方式充分傳導(dǎo)燃料成本變化，即在基準(zhǔn)價(jià)（河北南網(wǎng)0.3644元/kWh）基礎(chǔ)上上下浮動(dòng)20%區(qū)間內(nèi)形成合理電價(jià)。根據(jù)中電聯(lián)發(fā)布的2021年度全國660MW機(jī)組平均供電煤耗312.89g/kWh計(jì)算，燃煤成本分別占到發(fā)電成本的70.30%、64.64%、84.04%、146.83%、70.62%，可見燃煤成本占發(fā)電總成本的比例受煤價(jià)因素影響波動(dòng)比例最高達(dá)76.53%。

2 主要成本結(jié)構(gòu)及計(jì)算方式選擇

火電廠主要生產(chǎn)成本分項(xiàng)包括燃料費(fèi)、購入電力費(fèi)、水費(fèi)、材料費(fèi)、工資及福利費(fèi)、折舊費(fèi)、管理費(fèi)用、財(cái)務(wù)費(fèi)用、銷售費(fèi)用、修理費(fèi)、環(huán)保費(fèi)用、其他費(fèi)用。

2.1 固定成本

指與發(fā)電生產(chǎn)過程不直接相關(guān)費(fèi)用綜合，包括上述工資福利費(fèi)用、土地租賃費(fèi)用、折舊費(fèi)用、修理費(fèi)用管理費(fèi)用、財(cái)務(wù)費(fèi)用、銷售費(fèi)用以及其他費(fèi)用。

一是按時(shí)間攤銷的固定成本。對于工資福利費(fèi)用、土地租賃費(fèi)用、折舊費(fèi)用、管理費(fèi)用、財(cái)務(wù)費(fèi)用、銷售費(fèi)用其他費(fèi)用等只要企業(yè)存續(xù)就已經(jīng)產(chǎn)生，不會(huì)與機(jī)組運(yùn)行與否等直接相關(guān)，一般由公司財(cái)務(wù)取得年化數(shù)據(jù)，針對日發(fā)電成本分析也可以進(jìn)一步按日進(jìn)行分?jǐn)偂Ｈ缒彻緝膳_機(jī)組總投資78.8億元，按25年年度折舊法、殘值5%計(jì)算，年折舊率為3.8%，單臺機(jī)組年折舊額為1.5億元，日折舊額為41.02萬元，小時(shí)折舊額1.71萬元。

二是按運(yùn)行時(shí)間攤銷的固定成本。主要是修理費(fèi)用，因?yàn)樵O(shè)備的單獨(dú)使用和檢修費(fèi)用都是隨運(yùn)行時(shí)間消耗，所以不論采用計(jì)劃檢修模式還是狀態(tài)檢修模式，與修理費(fèi)相關(guān)性較大的還是機(jī)組運(yùn)行時(shí)間。如輥式磨煤機(jī)設(shè)備廠家規(guī)定大修周期為累計(jì)運(yùn)行時(shí)間3000h，大修費(fèi)用140萬元，但磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)間與機(jī)組實(shí)際負(fù)荷率和安裝位置有關(guān)，只能按實(shí)際運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行分?jǐn)偅r(shí)分?jǐn)傂蘩碣M(fèi)0.0467萬元。其他與主機(jī)強(qiáng)相關(guān)性的輔助設(shè)備則是按主機(jī)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行攤銷。

2.2 變動(dòng)成本

指與機(jī)組發(fā)電量直接線性相關(guān)的費(fèi)用。包括燃料費(fèi)、購入電力費(fèi)、耗水費(fèi)、環(huán)保耗材費(fèi)，等等。一般情況下，機(jī)組正常運(yùn)行中自帶廠用電量，不產(chǎn)生外部購電費(fèi)用，其余費(fèi)用主要計(jì)算方法：

一是燃料費(fèi)。燃料費(fèi)包含了電廠內(nèi)部用能（包括用煤耗量、燃油耗量、廠用電量）的綜合值，按照DL904-2015《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》，取綜合供電煤耗為管控指標(biāo)，其值等于發(fā)電煤耗疊加綜合廠用電率損失來計(jì)算。同樣，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以采用正平衡計(jì)算方法和反平衡計(jì)算方法來進(jìn)行燃料單耗計(jì)算。

正平衡計(jì)算。發(fā)電煤耗=消耗標(biāo)煤量/發(fā)電量。發(fā)電標(biāo)煤量包括入爐煤量和入爐燃油量，再折算為29307KJ/kg的標(biāo)準(zhǔn)煤量。發(fā)電量可以直接取用發(fā)電機(jī)出口功率進(jìn)行計(jì)算。其優(yōu)點(diǎn)是采集數(shù)據(jù)少，計(jì)算簡單，大型火力發(fā)電機(jī)組一般采用電子皮帶秤給煤設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)量，按國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量的電子皮帶秤能滿足進(jìn)度0.5%的稱重精度，可以滿足實(shí)時(shí)計(jì)量的需求。存在問題是入爐煤實(shí)時(shí)低位發(fā)熱量難于獲得，目前無源在線熱值監(jiān)測裝置存在準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性不高的問題。

其中，CC、CC分別表示燃煤、燃油成本，GC、GC分別表示燃煤、燃油耗量，PC、PO分別表示標(biāo)煤單價(jià)、燃油價(jià)格。所有變量僅入爐煤低位發(fā)熱量Qcar較難直接取得，基于鍋爐效率在主要負(fù)荷段內(nèi)變動(dòng)幅度較小，可使用負(fù)荷率對應(yīng)出力燃煤比與理論燃煤比修正取得，簡要計(jì)算式：

其中，x表示負(fù)荷率。

反平衡計(jì)算。發(fā)電煤耗=汽輪發(fā)電機(jī)組熱耗率/鍋爐效率/管道效率/29307。其中，汽輪發(fā)電機(jī)組熱耗率以鍋爐過熱器流量、過熱蒸汽溫度、過熱蒸汽壓力、給水壓力、給水溫度、再熱汽壓力、再熱汽溫度、高壓排氣壓力、高壓排汽溫度、高壓排汽流量、再熱減溫水流量等數(shù)據(jù)綜合計(jì)算取得，其中主要難點(diǎn)在于過熱汽流量和再熱汽流量獲取，實(shí)際上此位置壓力損失對于機(jī)組循環(huán)效率影響較大，所以現(xiàn)實(shí)一般不能安裝節(jié)流裝置進(jìn)行流量測量，其獲取需要采集更多的熱力系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行平衡計(jì)算獲取，經(jīng)過各種數(shù)據(jù)反復(fù)計(jì)算得到熱耗率誤差比較大。

二是耗水費(fèi)。發(fā)電耗水量包括原水和除鹽水兩部分，二者價(jià)值差距較大，一般分兩部分進(jìn)行計(jì)算。

其中，Chs、Ccys、Cys分別表示耗水費(fèi)用、除鹽水費(fèi)用、原水費(fèi)用；Pcys、Pys分別表示除鹽水單價(jià)、原水單價(jià)，Gcys、Gys分別表示除鹽水量、原水量。

除鹽水量按機(jī)組補(bǔ)除鹽水量測量值和測算價(jià)值分別在線讀取和定期測算修訂。原水消耗量包括工業(yè)水、消防水、生活水、水塔蒸發(fā)量和風(fēng)吹損失量。其中，工業(yè)水、消防水、生活水等波動(dòng)較小，正常按固定值測算。水塔蒸發(fā)量和風(fēng)吹損失與機(jī)組負(fù)荷率有關(guān)。

其中，Ggys、Gshs、Gxfs、Gzfl、Gfcl分別表示工業(yè)水、消防水、生活水耗量；f（x）Gzfl+Gfcl表示用負(fù)荷率進(jìn)行折算的循環(huán)水蒸發(fā)量與風(fēng)吹損失量。

三是環(huán)保耗材費(fèi)。當(dāng)前，主要燃煤機(jī)組均已達(dá)到超凈排放標(biāo)準(zhǔn)，要求煙囪排放凈煙氣煙塵折算濃度不高于5mg/Nm3，二氧化硫折算濃度不高于30mg/Nm3，氮氧化物折算濃度不高于50mg/Nm3。

除塵耗材費(fèi)用。主要除塵模式為干式電除塵器+布袋除塵器或干式電除塵器+濕式電除塵器方案，設(shè)備費(fèi)用和修理費(fèi)用一般隨主機(jī)修理費(fèi)進(jìn)行固定折算。隨工作消耗的可變耗材主要是直流變耗電量、陰陽極振打裝置耗電量、除塵器灰斗加熱器耗電量、流化風(fēng)耗電量以及輸灰系統(tǒng)耗電量等，各種耗電量屬于機(jī)組自用電項(xiàng)目，包含在廠高變計(jì)量范圍之內(nèi)，不產(chǎn)生直接附加耗材費(fèi)用，不予計(jì)算。

脫硫耗材費(fèi)用。煤粉鍋爐脫硫一般以濕法石灰石脫硫?yàn)橹?，其他方式基本與此類似。

其中，Psf、Bf、Pf、Sar/vy、λso分別表示石粉價(jià)格、入爐煤量、發(fā)電功率、硫分煙氣比、凈煙氣濃度等。

脫硝耗材費(fèi)用。一般SCR脫硝裝置均以氨氣體為吸收介質(zhì)，系統(tǒng)噴氨量有專門計(jì)量表計(jì)可直接使用。

其中，Paq、Gaq、kaq分別表示液氨（或尿素）價(jià)格、消耗量、反應(yīng)系數(shù)。

3 成本預(yù)測系統(tǒng)基本特點(diǎn)

系統(tǒng)以云計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行架構(gòu)規(guī)劃，以微服務(wù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)各功能模塊化規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)成本分析系統(tǒng)項(xiàng)目的建設(shè)實(shí)施，圍繞基礎(chǔ)信息管理、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備/監(jiān)測、成本分析等模塊，滿足了電廠對動(dòng)態(tài)成本分析系統(tǒng)平臺的功能需求。

一是在線數(shù)據(jù)滿足數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度要求。為保證信息安全，系統(tǒng)取數(shù)經(jīng)實(shí)施管理系統(tǒng)獲取，并在指定頁面顯示，應(yīng)做好與信息一區(qū)數(shù)據(jù)隔離。二是填報(bào)數(shù)據(jù)應(yīng)提供報(bào)表型數(shù)據(jù)錄入交互接口，方便人員快速錄入數(shù)據(jù)。三是設(shè)置管理分級和用戶分級職能。價(jià)格敏感數(shù)據(jù)、財(cái)務(wù)管理費(fèi)和人工費(fèi)等數(shù)據(jù)專員應(yīng)提供專用分級，瀏覽客戶根據(jù)工作需要賦權(quán)。四是分析系統(tǒng)軟件應(yīng)該具有足夠的安全性，既能迅速、準(zhǔn)確地進(jìn)行在線分析、計(jì)算，又能為運(yùn)行人員和營銷人員提供有效的根據(jù)和指導(dǎo)。五是克服非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)離散問題，提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。非穩(wěn)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常性大、一致性差、可靠性低，直接影響著建模的準(zhǔn)確性。采用一種滑動(dòng)窗口方法將電廠數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)篩選，剔除非穩(wěn)態(tài)的數(shù)據(jù)，建立更加精確的預(yù)測曲線。

4 測試曲線實(shí)例

4.1 以某168小時(shí)連續(xù)數(shù)據(jù)擬合綜合供電煤耗曲線圖1所示

4.2 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)景圖如圖2所示

5 結(jié)論

通過本系統(tǒng)的建立，對該公司燃煤成本、水耗成本、環(huán)保耗材等重點(diǎn)可變成本隨負(fù)荷率變化情況進(jìn)行了深度分析，建立了顯示方案和優(yōu)化模式，從運(yùn)行人員操作和電量市場上基于成本價(jià)預(yù)測方案的實(shí)施方面發(fā)揮了指導(dǎo)作用，是該公司實(shí)現(xiàn)智慧電廠的重要一環(huán)。