面向電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)的燃煤電廠實(shí)時(shí)發(fā)電成本計(jì)算模型

李 林,周大為

(湖北能源集團(tuán)鄂州發(fā)電有限公司，湖北 鄂州 436032)

0 引言

自上世紀(jì)80年代以來，美國(guó)、英國(guó)、北歐等國(guó)家和地區(qū)對(duì)電力市場(chǎng)進(jìn)行大力改革，并取得了迅速發(fā)展[1]。2002年是中國(guó)電力體制改革的起點(diǎn)，經(jīng)過了多年的發(fā)展，目前，“廠網(wǎng)分開、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”的發(fā)電側(cè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)局面已經(jīng)較為成熟[2]。但電力行業(yè)的發(fā)展依然伴隨著諸多頗為嚴(yán)重的矛盾和問題。新電改迫在眉睫，其思路是深入認(rèn)清競(jìng)爭(zhēng)環(huán)節(jié)以及壟斷環(huán)節(jié)，抓中間、放兩頭。在這個(gè)大背景下，無論是電網(wǎng)公司，還是發(fā)電企業(yè)售電公司都將面臨新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

電力市場(chǎng)改革目標(biāo)是讓發(fā)電側(cè)和購(gòu)電側(cè)都參與競(jìng)爭(zhēng)，打造一個(gè)雙邊競(jìng)價(jià)的市場(chǎng)模式。在市場(chǎng)規(guī)則已改變的前提下，為了贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，電力企業(yè)必須建立有效的決策策略[3]。伴隨電力市場(chǎng)的逐步完善，市場(chǎng)競(jìng)價(jià)規(guī)則不斷修正，正由賣方市場(chǎng)向買方市場(chǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，為了建立輸電網(wǎng)開放的多個(gè)購(gòu)買者模式，發(fā)電企業(yè)必須改善競(jìng)價(jià)策略，進(jìn)而形成完善的報(bào)價(jià)輔助決策系統(tǒng)。

1 發(fā)電公司報(bào)價(jià)策略分析

當(dāng)前，發(fā)電公司最優(yōu)報(bào)價(jià)策略所運(yùn)用的方法可分為以下4類：

（1）基于成本分析的預(yù)測(cè)方法

這種方法的總體思路是將發(fā)電公司的電能生產(chǎn)成本以及合理利潤(rùn)作為上報(bào)電價(jià)[4]。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、易掌握，缺點(diǎn)是沒有把其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的報(bào)價(jià)情況納入考慮范圍?？偟膩碚f，發(fā)電公司報(bào)價(jià)基礎(chǔ)是發(fā)電成本分析，在報(bào)價(jià)前，計(jì)算出公司發(fā)電成本與企業(yè)總成本，能確保在報(bào)價(jià)時(shí)清楚認(rèn)識(shí)到成本的多少，有利于報(bào)價(jià)的確定。因此，精確預(yù)測(cè)發(fā)電成本是此方法的核心。發(fā)電企業(yè)充分了解自身實(shí)際發(fā)電成本，并根據(jù)成本分析結(jié)果決定報(bào)價(jià)策略，使得電力企業(yè)搶得市場(chǎng)先機(jī)并充分獲取較高的利潤(rùn)。

（2）基于市場(chǎng)出清價(jià)格預(yù)測(cè)的方法

該方法的總體思路是估計(jì)競(jìng)價(jià)交易時(shí)段的市場(chǎng)出清價(jià)格，只要達(dá)到電力企業(yè)報(bào)價(jià)略低于預(yù)測(cè)價(jià)格即可。其優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，對(duì)歷史報(bào)價(jià)數(shù)據(jù)不透明的電力市場(chǎng)、處于市場(chǎng)價(jià)格接受者位置的發(fā)電公司適用[5]。此方法和預(yù)測(cè)負(fù)荷的方法較為相似[6]，但其更復(fù)雜，因?yàn)殡妰r(jià)受人為因素等更多不確定因素的影響，且缺乏歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)而影響預(yù)測(cè)精度。目前，針對(duì)市場(chǎng)出清價(jià)的預(yù)測(cè)研究，主要考慮的是市場(chǎng)的總體信息（系統(tǒng)總負(fù)荷、系統(tǒng)容量、歷史電價(jià)等）而未把決策者自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、歷史累積信息納入考慮范圍內(nèi)，因此這種方法很難運(yùn)用于實(shí)際。

（3）基于博弈論的方法

博弈論是指一種專門研究?jī)蓚€(gè)或兩個(gè)以上有利益沖突的個(gè)體，在相互作用下，各自進(jìn)行優(yōu)化決策的理論。近年來，這種方法被很多學(xué)者運(yùn)用于研究發(fā)電公司的報(bào)價(jià)策略[7,8]。但博弈論的核心是追求最大的利潤(rùn)，針對(duì)電力企業(yè)而言，此方法得出的報(bào)價(jià)可能會(huì)較高。一方面，報(bào)價(jià)其供電側(cè)過高會(huì)引起監(jiān)管機(jī)構(gòu)的干涉，從而可能導(dǎo)致限制價(jià)格進(jìn)行報(bào)價(jià)的情況發(fā)生[7]；另一方面，如果企業(yè)報(bào)價(jià)較高，則可能發(fā)生報(bào)價(jià)超過市場(chǎng)出清價(jià)的情況，則電力公司最終無法得到電量交易，風(fēng)險(xiǎn)性較高，得不償失。所以針對(duì)于電力公司基于博弈論的報(bào)價(jià)方法，在一定程度上取決于算法的優(yōu)化和實(shí)際的預(yù)測(cè)效果對(duì)比，實(shí)現(xiàn)過程較為困難。

（4）基于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手行為估計(jì)的預(yù)測(cè)方法

這種方法以預(yù)估競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的報(bào)價(jià)為基礎(chǔ)，設(shè)定自身企業(yè)的最優(yōu)報(bào)價(jià)策略。其特點(diǎn)是考慮了電力公司之間相互聯(lián)系又相互制約的關(guān)系。然而，此方法需獲得競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的報(bào)價(jià)參數(shù)，當(dāng)前大多數(shù)研究成果都是假設(shè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手報(bào)價(jià)參數(shù)為已知的前提下得出的，對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手報(bào)價(jià)行為的研究較為缺乏，因而離實(shí)際應(yīng)用還有很長(zhǎng)的差距[9,10]。

由于電力市場(chǎng)參與主體間的信息是相互保密的，各發(fā)電企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)差別大，沒有形成有效的市場(chǎng)力。因此對(duì)于這樣一個(gè)成長(zhǎng)中的市場(chǎng)，各種過多考慮市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的方法并不十分有效。對(duì)比幾種報(bào)價(jià)策略，本文采用基于成本分析的方法是比較現(xiàn)實(shí)的。

2 實(shí)時(shí)發(fā)電成本構(gòu)成與計(jì)算

對(duì)于燃煤發(fā)電廠，其發(fā)電成本可分為容量成本和電量成本[11]。容量成本主要有工資財(cái)務(wù)成本、設(shè)備折舊成本等；電量成本則有運(yùn)行維護(hù)與燃料成本等。其中，燃料成本是構(gòu)成電量成本的主體。具體關(guān)系如下：

對(duì)于火力發(fā)電廠，其容量成本C容量相對(duì)占比較低，且實(shí)際電力企業(yè)運(yùn)行過程中較為固定，在競(jìng)價(jià)策略的成本構(gòu)成因素中可忽略。而發(fā)電成本主要構(gòu)成為電量成本，以下進(jìn)行重點(diǎn)分析。

2.1 總?cè)剂铣杀?/h3>

當(dāng)火電廠燃料改變時(shí)，不僅鍋爐燃料量的變化會(huì)改變?nèi)剂铣杀?，而且?huì)造成諸多影響，例如會(huì)改變風(fēng)機(jī)出力、制粉系統(tǒng)出力 (可能限制機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷)，還會(huì)改變?nèi)紵蛡鳠崆闆r，進(jìn)而改變鍋爐效率[12,13]；同樣也會(huì)改變污染物治理排放成本、以及煤炭運(yùn)輸成本和儲(chǔ)存方式，進(jìn)而帶來運(yùn)行維護(hù)成本的改變。則總?cè)剂铣杀綜總?cè)剂峡杀硎緸椋?/p>

其中：

P——負(fù)荷，單位：kW；

M——總給煤量，單位：t/h；

G——單煤或混煤的價(jià)格（包含運(yùn)費(fèi)的價(jià)格），單位：元/t。

如果燃燒為混煤，以每臺(tái)磨的當(dāng)前煤量及煤價(jià)計(jì)算。通過電廠SIS系統(tǒng)讀取當(dāng)前的負(fù)荷P和總給煤量M，關(guān)聯(lián)入爐煤，C煤價(jià)即可計(jì)算。

不同煤種的儲(chǔ)存時(shí)間不同，熱值損耗所需成本也不同。其儲(chǔ)煤成本C儲(chǔ)煤則根據(jù)不同煤種的煤質(zhì)（揮發(fā)份及熱值），以經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行計(jì)算。

2.2 輔機(jī)電耗成本

燃煤火力電廠發(fā)電成本中，廠用電所占輔機(jī)電耗成本也是不能忽略的一部分。在整個(gè)熱力系統(tǒng)中，大功率的重要輔機(jī)包括汽機(jī)部分的循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、開式泵和閉式泵等，鍋爐側(cè)風(fēng)煙系統(tǒng)中的送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)以及制粉系統(tǒng)中的磨煤機(jī)和給煤機(jī)，除塵系統(tǒng)中的電除塵電耗，壓縮空氣系統(tǒng)中的空壓機(jī)。其他廠用電小用戶包括脫硫脫硝系統(tǒng)中的漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)等，油系統(tǒng)中潤(rùn)滑油泵、密封油泵等，真空系統(tǒng)中的真空泵，吹灰系統(tǒng)吹灰器等，用電量較低，在輔機(jī)耗電成本中忽略不計(jì)。由此可以得出：

其中制粉系統(tǒng)電耗成本C制粉通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)電機(jī)的電流電壓計(jì)算功率；再經(jīng)過在線統(tǒng)計(jì)和分析，得到歷史經(jīng)驗(yàn)值，以期得到制粉電耗成本與煤質(zhì)的關(guān)系。通過從SIS系統(tǒng)中讀取制粉單耗，需要對(duì)應(yīng)每臺(tái)制粉系統(tǒng)分別的單耗以關(guān)聯(lián)煤種，可根據(jù)入爐煤種預(yù)測(cè)制粉系統(tǒng)電耗；采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，其計(jì)算方式為：其中，Ui，Ii，cosθi分別表示在運(yùn)行的第 i臺(tái)磨煤機(jī)的電機(jī)電壓、電流以及功率因數(shù)。

則可計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的制粉總電耗：

按照煤種α煤（可將特定混煤當(dāng)做同一煤種）來分時(shí)間段，在同一時(shí)間ID段上統(tǒng)計(jì)總的煤量M總煤量，則可推算出同種煤種下的單位制粉電耗為：

則制粉系統(tǒng)實(shí)時(shí)電耗成本：

其中g(shù)上網(wǎng)電價(jià)為發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)電價(jià)。

風(fēng)機(jī)單耗的情況可以從SIS中獲取，為了與煤種相關(guān)聯(lián)，依然需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)的功率有3種度量，分別是原動(dòng)機(jī)功率、軸功率和全壓功率，成本分析中的電耗計(jì)算考慮了原動(dòng)機(jī)功率，其計(jì)算方法與磨煤機(jī)的電機(jī)相似。

其中，Uj，Ij，cosθj分別表示在運(yùn)行的第j臺(tái)風(fēng)機(jī)（包含一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)）的電機(jī)電壓、電流和功率因數(shù)。

則風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)耗電成本為：

脫硫脫銷以及除塵系統(tǒng)電耗均由SIS系統(tǒng)讀取，則：

2.3 環(huán)保成本

燃煤火力發(fā)電廠環(huán)保成本包含污染物排放費(fèi)用，包括脫硫、脫硝、粉塵排污費(fèi)用，以及脫硫過程中的使用的碳酸鈣費(fèi)用，脫硝過程中的噴氨使用的NH3的費(fèi)用，而燃燒產(chǎn)生的灰產(chǎn)品會(huì)給電廠帶來額外的效益，則環(huán)保成本可表征為：

各污染物的排污費(fèi)用可用以下方程得出：

式中，Vy為煙氣量，m3/kg；

SO2出口為FGD出口SO2濃度，mg/m3；

NOx出口為SCR出口NOx濃度，mg/m3；

FC出口為電除塵出口粉塵濃度，均由SIS讀?。?/p>

WSO2、WNOx和 WFC為標(biāo)準(zhǔn)排污費(fèi)用，元/kg，常數(shù)；

SO2標(biāo)準(zhǔn)、NOx標(biāo)準(zhǔn)和 FC 標(biāo)準(zhǔn)為 SO2、NOx和粉塵的排放標(biāo)準(zhǔn)，mg/m3，常數(shù)；WΔSO2、WNOx和WFC為超標(biāo)排污費(fèi)用，元/kg，常數(shù)。

燃煤鍋爐燃燒副產(chǎn)品——灰可以為電廠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)該從成本中減去，設(shè)煤的灰分（混煤加和計(jì)算）為A，飛灰比例為β，則灰產(chǎn)品價(jià)值為：

其中p灰產(chǎn)品為灰產(chǎn)品的單價(jià)是一樣的，元/t，實(shí)際中不同品質(zhì)的灰價(jià)格不同，實(shí)際中根據(jù)灰的品質(zhì)估算灰產(chǎn)品的單價(jià)。

2.4 運(yùn)行維護(hù)成本

運(yùn)行維護(hù)成本按照計(jì)劃的維修費(fèi)用，均攤到每一天來計(jì)算，計(jì)劃費(fèi)用由人工輸入。一方面實(shí)際運(yùn)行中運(yùn)行維護(hù)成本占總成本比例較低，在實(shí)際計(jì)算過程中可根據(jù)具體情況進(jìn)行相關(guān)估算；并且由于火力發(fā)電廠運(yùn)行維護(hù)有一定概率性，計(jì)算當(dāng)前維護(hù)費(fèi)用相當(dāng)困難，可根據(jù)歷史維護(hù)成本估算當(dāng)前運(yùn)行維護(hù)成本，成本估算結(jié)果可靠性較高。

由以上各成本分析，根據(jù)公式（1）至公式（20），即可算出電廠實(shí)時(shí)發(fā)電成本C發(fā)電。

2.5 各機(jī)組成本分析

由于同一電力企業(yè)存在多臺(tái)機(jī)組運(yùn)行情況，不同機(jī)組運(yùn)行狀況，發(fā)電成本均有所不同。通過對(duì)以上成本的計(jì)算，可得出電力企業(yè)各機(jī)組的發(fā)電成本。通過對(duì)各機(jī)組負(fù)荷的分配，可得到最優(yōu)的企業(yè)總發(fā)電成本，為電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)中對(duì)機(jī)組組合優(yōu)化、爭(zhēng)取發(fā)電計(jì)劃提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

假設(shè)電力企業(yè)有N臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，總發(fā)電量為P，第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)電量為Pi，發(fā)電成本為Ci發(fā)電，企業(yè)總成本為C發(fā)電，則

此時(shí)可以根據(jù)各機(jī)組發(fā)電成本分配各機(jī)組發(fā)電負(fù)荷，發(fā)電成本越低，則分配其負(fù)荷接近其最高可運(yùn)行負(fù)荷，可得到當(dāng)前最低發(fā)電成本（C發(fā)電）min，由此可以提高企業(yè)在電力市場(chǎng)中的實(shí)時(shí)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)今愈發(fā)激烈的電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，分析了燃煤發(fā)電企業(yè)實(shí)際運(yùn)行過程中各發(fā)電成本的構(gòu)成，主要占比為電量成本中的總?cè)剂铣杀尽⑤o機(jī)電耗成本、環(huán)保成本以及維護(hù)成本。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及相關(guān)計(jì)算，得出發(fā)電企業(yè)各機(jī)組的發(fā)電成本精確值，在負(fù)荷分配上進(jìn)一步做到機(jī)組組合優(yōu)化，加強(qiáng)電力企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

實(shí)時(shí)發(fā)電成本是一個(gè)動(dòng)態(tài)值，很難給出精確解。本文通過對(duì)發(fā)電成本構(gòu)成做精細(xì)的劃分，并分別通過計(jì)算得出各成本的實(shí)時(shí)計(jì)算值，最終為發(fā)電企業(yè)提供各機(jī)組的實(shí)時(shí)發(fā)電成本和總成本，可為火電企業(yè)面向電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)的實(shí)時(shí)發(fā)電成本計(jì)算分析提供指導(dǎo)性思路，并為其競(jìng)價(jià)策略提供依據(jù)。