火電廠發電污染成本核算及敏感度分析

閆順林，谷 兵，艾書劍，田東旭

（華北電力大學 能源動力與機械工程學院，河北 保定 071003）

火電廠發電污染成本核算及敏感度分析

閆順林，谷 兵，艾書劍，田東旭

（華北電力大學 能源動力與機械工程學院，河北 保定 071003）

為了計算火電廠因排放污染物而產生的污染成本，提出了火電機組發電污染成本模型。模型考慮了污染防治成本和污染罰款成本這兩類成本。結合具體實例計算污染成本，同時分析了排污收費標準、發電標準煤耗和年運行小時數三個因素對污染成本的敏感性。結果表明：一方面，污染防治成本占比例較大，是污染罰款成本的6倍；另一方面，用于治理SO2的費用占比例較大，而用于其他污染物治理的費用占比例較小；此外，排污收費標準和年運行小時數對污染成本影響較大。

污染成本；污染防治成本；污染罰款成本；敏感度

0　引言

火電企業得到大力建設發展的同時向周邊的環境排放了大量的污染物，環境污染問題日益突顯［1］。近年來，電力企業的環保意識不斷加強，許多火電機組改造加裝了脫硫脫硝除塵設備，大大減少了污染物的排放。此外，國家制定了各種管理措施、排污量限制標準，排污收費標準，其中，排污收費是控制二氧化硫和二氧化氮污染的重要經濟手段［2］。

經濟性是火電廠重要的指標之一，其核心是建立一個電廠經濟成本模型，文獻［3-5］均建立了考慮排污罰款成本的火電廠經濟模型，然而，這些模型都未將前期投資的環保設備費用以及維護費用等納入經濟成本模型中，使得火電廠污染成本模型不夠完善。本文綜合考慮各種影響污染成本的因素，建立完善的污染成本模型，結合實際算例從污染防治成本和污染罰款成本兩方面進行計算分析，同時分析排污收費標準、發電標準煤耗和年運行小時數這三個因素對污染成本的敏感性，為火電廠減少污染成本從而提高經濟性提供了一定的參考價值。

1　環境污染成本模型的建立

1.1污染防治成本

污染防治成本指的是火電企業因國家環保部門制定的污染物排放量限制政策而購置安裝環保設備所需投入的費用以及設備后續的維護費用，安裝的環保設備主要有除塵設備、脫硫設備、脫硝設備、廢水處理系統等。污染防治成本的計算如式（1）所示［6］:

式中:Cd為污染防治成本；Cf為環保設備購置安裝費用；Cr為環保設備維護費用。

（1）環保設備購置安裝費用

設備購置安裝費用主要包括環保設備安裝設計費、環保設備建設費以及不可預見費用；而環保設備建設費又包括環保設備購置費、設備土建費、設備安裝費以及建設周期利息［7］。環保設備購置安裝費用計算如式（2）所示［8］:

式中:f0為電廠環保設備購置安裝金額和建設周期利息之和；HCRF為資金回收系數。資金回收系數HCRF如式（3）所示:

式中:n為設備使用年限；i為社會折現率或基準收益率。

（2）環保設備維護費

環保設備建成投產后，在降低各類污染物排放的同時，也會有一定的維護費用，而這部分費用也占了一定的比重。運行維護費用主要包括:（1）原材料的費用，例如:脫硫裝置的原材料石灰石、耗水、耗費的燃料和廠用電等；（2）人工成本，包括向各個環保設備運行以及維護人員發放的工資和獎金等成本；（3）維護費用，包括對各類環保設備檢修的費用以及各環保設備的折舊費用。環保設備維護費可用式（4）來表示:

式中:ri為電廠第i種環保設備維護維護費用。

1.2污染罰款成本

污染罰款成本是指國家相關部門向排污的火電企業征收的排污費或者罰款費用成本。根據火電企業污染物的排放量和國家制定的排污收費標準可計算出該部分成本。根據污染物狀態不同，可分為氣體污染物、固體污染物和廢水。

（1）氣體類污染物

氣體類污染物排放成本計算如式（5）所示:

式中:Ca為氣體污染物排放成本；Fei為第i種氣體污染物排放收費標準；Gi為第i種氣體污染物排放總量。

①SO2的排放模型

計算SO2的排放量，主要是由機組燃煤中的含硫量與燃燒過程中轉化為SO2的轉化率決定的，鍋爐和燃煤的種類不同，其所對應的SO2轉化率會有一定的差異，一般情況下在75%～85%范圍內。SO2排放量計算模型如式（6） 所示［9，10］:

②NOx的排放模型

煤燃燒過程中排放的氣體氮氧化物主要為NO 和NO2，其主要是燃煤中的氮氧化物分解氧化以及燃燒過程中被送進爐膛內的空氣中氮氣被氧化這兩個來源。一般情況下，燃煤中的氮元素僅有部分轉化成NOx，該轉化比例稱為NOx轉化率。NOx排放量計算模型如式（7）所示［11］:

③CO的排放模型

在機組實際運行時，排放的CO量很少，考慮到測量CO排放量的方法不夠完善，因此本文采用近似計算CO排放量，計算如式（8）所示［12］:

式中:μ為CO的排放系數；b表示燃煤的消耗量。

④粉塵（TSP）的排放模型

火電廠燃煤粉塵的排放量與煤種、鍋爐型號、除塵效率等因素有關，由于鍋爐固體未完全燃燒熱損失獲取難度大且數值很小，故對TSP排放采用近似算法，計算如式（9） 所示［13］:

式中:ω為粉塵排放系數；ηc為除塵的效率。

（2）固體類污染物

火電機組產生的固體類污染物中，主要有爐渣、粉煤灰等，僅粉煤灰可以循環利用作為混凝土的摻合料，大部分的固體排放物就會被直接廢棄造成環境損害，因此火電機組主要的固體類排放物為不可循環利用的爐渣，而且占據了相當大的比例。根據相關部門制定的 《排污費征收標準及計算方法》規定，需要對該部分固體污染物征收相應的固體廢物排污費，本文計算時按25元/t計算［14］。

（3）廢水

廢水排放收費是指根據火電機組運行所排放的廢水量而征收的污水處理費用。根據相關部門制定的 《排污費征收標準及計算方法》規定，廢水排污費用根據污水排放量來計算，一般為0.3 ～0.6元/t不等［15］。

2　實例計算及分析

以某電廠2×600 MW機組為例計算，該機組裝有采用石灰石-石膏法脫硫裝置、靜電除塵器和低氮燃燒器。該電廠采購的煤種為無煙煤，其煤質分析見表1。

表1　煤質分析數據表

機組設計煤種的指標與實際所用燃煤有差異，因此本文將選取校核后的煤種數據對污染成本進行計算，污染防治成本和污染罰款成本分別如表2和表3所示。

表2　機組污染防治成本計算

表3　機組污染罰款成本計算

根據表2和表3的計算結果，可以計算年污染成本為14 195.45萬元/a，該機組年運行5 000 h，全年發電量為60億kW·h，由此可以計算出單位發電量污染成本為14 195.45萬元/60億kW·h =0.024元/（kW·h）。該火電機組發電燃料成本為0.233元/（kW·h），加上污染成本后可知該機組實際發電成本為0.257元/（kW·h）。

由計算結果分析可知，發電成本占總成本的90.7%，污染成本占總成本的9.3%。雖然污染成本占比例不大，但考慮到火電廠年發電總量較大的特點，9.3%的比例產生的實際費用是非常可觀的。隨著煤質的下降和環保收費標準不斷提高，若火電廠不重視污染成本，則很有可能造成虧損的局面。

污染成本的組成分析如圖1所示。

圖1　污染成本組成

從圖1可以看出，由于控制污染物排放的設備投資和維護費用較大，因此污染防治成本在環境總成本中占85.6%，是污染罰款成本的近6倍。在污染防治成本中，運行成本和脫硫設備投資年成本占比例較大，其它設備投資年成本只占了相當小的一部分。在污染罰款成本中，由于一氧化碳排放量較少以及靜電除塵器的除塵效率較高，因此一氧化碳和粉塵排污費用所占比例較小，而其它污染物排污費用相差不大。

各污染物排放的年污染成本分布如圖2所示。

圖2　年污染成本分布

由圖2可以看出，年污染成本分布落差較大，用于降低SO2排放的年污染成本所占比例遠高于其它污染物，這是高額的設備投資和維護費用導致的；用于降低NOx和 CO排放的年污染成本較小。

3　敏感度分析

影響影響污染成本的因素較多，較為重要的有:煤質、環保設備工作效率、原料價格、排污收費標準、電廠標準煤耗等。由于煤質、環保設備工作效率、原料價格等因素在短時間內不會變化太大，因此本文在對火電廠污染成本經濟性分析時，主要考慮排污收費標準、發電標準煤耗和年運行小時數這三個因素。在分析時，為了使各種因素的影響結果更加直觀，將污染成本平均到每發一度電的污染成本，即單位發電量的污染成本。

（1）排污收費標準的敏感性分析

隨著我國大氣污染問題的日趨嚴重，特別是全國大范圍霧霾天氣出現的頻率越來越高，環保部門加強了對大氣污染物排放的控制，其中污染物排放收費標準也在不斷提高，對火電廠污染費用的影響如圖3所示。

圖3　排污收費標準影響

由圖3可以看出，排污收費標準對污染防治成本沒有影響，但對污染罰款成本影響較大。經計算，排污收費標準每增加0.1元/當量，單位發電量污染罰款成本增加約6%，單位發電量環境總成本增加約1%。因此，隨著環保部門不斷提高排污收費標準，污染成本的增加會很明顯。

（2）發電標準煤耗的敏感性分析

發電標準煤耗率不僅對燃料成本產生直接影響，還影響著污染成本。隨著機組的發電效率降低，機組的煤耗率會增加，而單位發電量污染物排放量也會相應增加，導致污染成本增大，如圖4所示。

圖4　發電標準煤耗影響

由圖4可以看出，發電標準煤耗的變化僅影響污染罰款成本，并且影響較小。經計算，發電標準煤耗每增加1 g/（kW·h），單位發電量污染罰款成本增加約0.1%，單位發電量環境總成本增加約0.001 5%。所以發電標準煤耗變化對污染成本的影響較小。

（3）年運行小時數的敏感性分析

年運行小時數的影響本質就是年發電量對污染成本的影響，機組環保設備的年投資金額是固定不變的，年運行小時數越多，年發電量越多，單位發電量的污染防治成本就越少。因此，年運行小時數對污染成本影響如圖5所示。

圖5　年運行小時數影響

由圖5可以看出，年運行小時數的變化對污染罰款成本影響較小，而主要是通過影響污染防治成本來影響電廠污染成本。經計算，年運行小時數每增加100 h，單位發電量污染罰款成本降低約1.4%，單位發電量污染防治成本降低約2.2%，單位發電量環境總成本降低約2%。年運行小時數的變化對電廠污染成本影響較大，增加年運行小時數是降低單位發電量污染成本的有效方法之一。

4　結論

（1）本文建立了火電廠污染成本模型，將用于減少污染物排放的環保設備的投資和維護費用作為污染防治成本，同時考慮了氣體污染物（SO2、NOx、CO和粉塵）、固體廢渣和廢水這三類污染物的排放成本作為污染罰款成本。該模型的建立使得火電廠經濟效益的評價體系更加完善。

（2）以某電廠實際機組為例進行污染成本計算，計算得出的污染成本為0.024元/（kW·h），占發電總成本的90.7%。同時還對污染成本進行兩方面分析:根據污染成本的組成分析，污染防治成本占比例較大，污染罰款成本占比例較小，說明環保設備的投資和維護費用較大；根據治理各污染物的成本分析，用于治理SO2的費用遠大于其他污染物。

（3）在污染成本計算結果的基礎上，分析排污收費標準、發電標準煤耗和年運行小時數這三個因素對污染成本的敏感度。排污收費標準和年運行小時數對污染成本影響較大，而發電標準煤耗對污染成本影響較小。排污收費標準是環保部門制定的，無法改變，所以要降低單位發電量污染成本可以通過增加年運行小時數來實現。

［1］ 趙亞琳.基于污染成本的火電企業環保效益綜合評價體系研究［D］.西安:西安石油大學，2014:27 -29.

［2］ 戴恩賢.火電機組綠色成本核算及環境效益評價［D］.重慶:重慶大學，2007:21-24.

［3］ 王偉，常浩，蘇宏業，等.考慮環境成本的火電廠負荷優化分配［J］.熱力發電，2014（11）:97-103.

［4］ 李勇，王建君，曹麗華.基于繁殖粒子群算法的火電廠負荷優化分配［J］.電力自動化設備，2012，32（4）:80-83.

［5］ 湯燁.火電廠大氣污染物與溫室氣體協同減排效應核算及負荷優化控制研究［D］.北京:華北電力大學，2014:37-39.

［6］ 張帆，徐莉，劉剛.火電企業污染成本估算與管理［J］.武漢大學學報（工學版），2008，41（2）:99 -102.

［7］ 高敏.火電廠污染成本定量分析研究［D］.北京:華北電力大學，2005:34-39.

［8］ 朱曉明.低碳經濟下火電企業污染成本核算與控制研究［D］.衡陽:南華大學，2014:43-57.

［9］ 李洋宇.煤炭企業污染成本測量方法研究［D］.南京:南京理工大學，2010:18-25.

［10］ 陳平，成穎.污染成本核算及賬務處理的美國之鑒［J］.商業會計，2012（1）:24-26.

［11］ 黎景越.火電廠煙氣脫硝技術的經濟效益分析［D］.北京:華北電力大學，2013:20-22.

［12］ 趙霆.火電企業污染成本核算應用研究［D］.杭州:浙江工業大學，2013:19-25.

［13］ 謝亞平，劉永恩.工業環境統計［M］.鄭州:河南省環境科學學會，1984:23-25.

［14］ 馬彩云.電力企業綠色成本核算方法及應用的研究［D］.大連:大連理工大學，2005:23-25.

［15］ 劉倩倩.我國煤炭環境外部成本核算與內部化研究［D］.北京:中國環境科學研究院，2014:61-64.

The Environmental Cost Accounting and Sensitivity Analysis for Thermal Power Plants

YAN Shunlin，GU Bing，AI Shujian，TIAN Dongxu
（School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China）

In order to calculate the discharge pollution cost for the power plants.Pollution cost model of thermal power generation is proposed.The model takes into account the environmental prevention cost and environmental damage cost.The environmental cost is analyzed with practical examples.Besides，three sensitive factors of the environmental cost are analyzed which are sewage charges，coal consumption rate and annual operation hours.The results showed that，on the one hand，the environmental prevention cost takes a large proportion which is six times the environmental damage cost.On the other hand，the cost for sulfur dioxide takes a large proportion，while the cost for other pollution takes a smaller proportion.In addition，sewage fees and annual operating hours have greater impact on environmental costs.

environmental cost；environmental prevention cost；environmental damage cost；sensitivity

TK01*8

A DOI：10.3969/j.issn.1672-0792.2016.07.011

2016-05-09。

閆順林（1959-），男，教授，主要研究方向為熱力系統節能理論及應用，E-mail:hdrd_gb@126.com。