天然氣發電機組成本測算

雷連白 蔣韜

摘要：隨著電力市場體系建設步伐的加快，天然氣發電機組成本測算機制日益完善。廣東省經濟和信息化委印發了《關于征求廣東電力現貨市場機組發電成本測算辦法及兩個規范文件（稿）意見的函》（粵經信電力函〔2018〕214號），以期推進廣東現貨市場試點建設工作，并積累豐富的天然氣發電機組成本測算經驗。

關鍵詞：天然氣;發電機組;成本測算

引言：近年來，天然氣發電機組成本測算要求逐漸提高，天然氣發電企業需要對其企業生產經營成本進行詳細的測算及研究。以下以某公司東方電氣生產M701F型燃氣-蒸汽聯合循環機組為例，對天然氣發電機組的成本測算進行分析，以期從整體上提高天然氣發電機組成本測算的精確度并為各天然氣發電企業提供參考。

1.測算依據

主要測算依據包括：《廣東電力現貨市場機組發電成本測算辦法》，廣東電力交易中心，2018年8月;《燃機、汽機啟動及運行說明書》，東方電氣，2013年2月;《M701F燃氣-蒸汽聯合循環機組運行及維護使用手冊》，東方電氣，2013年2月[1]。

2.啟動成本測算

2.1啟動成本定義

不同啟動工況條件下，將發電機從停機狀態開機到并網產生的所有成本[2]。單套燃氣-蒸汽聯合循環機組啟動成本計算公式：單套機組啟動成本=天然氣消耗成本+除鹽水消耗成本+廠用電消耗成本+主設備啟動損耗成本。

2.2啟動成本分析

2.2.1天然氣消耗成本

機組啟動過程中消耗的天然氣包括燃氣輪機從啟動到燃氣輪機發電機并網消耗的天然氣、燃氣輪機并網到汽輪機并網（空載運行）消耗的天然氣、啟動鍋爐消耗的天然氣。對應單套M701F燃氣-蒸汽聯合循環機組冷態、溫態及熱態啟動工況，啟動過程中消耗的天然氣成本計算如下表：

2.2.2除鹽水消耗成本

機組啟動過程中的除鹽水消耗主要包括啟動鍋爐用水量、鍋爐上水量及鍋爐排污等產生的補水量，對應單套M701F燃氣-蒸汽聯合循環機組冷態、溫態及熱態啟動工況，啟動過程中消耗的除鹽水成本計算如下表：

2.2.3廠用電消耗成本

機組啟動過程中的廠用電消耗主要包括燃機及其輔機啟動消耗廠用電、汽機及其輔機消耗廠用電以及公用輔機消耗廠用電。對應單套M701F燃氣-蒸汽聯合循環機組冷態、溫態及熱態啟動工況，啟動過程中廠用電成本計算結果如下：

2.2.4設備折舊成本

根據東方電氣提供的《M701F4燃氣-蒸汽聯合循環機組運行及維護使用手冊》，聯合循環機組啟動一次對應機組冷態、溫態及熱態啟動工況，折算成當量運行小時數分別為20h、15h、10h。單套M701F4型燃氣-蒸汽聯合循環機組動力島部分的總投資額約為70000萬元，則對應單套機組冷態、溫態及熱態啟動工況，其設備折舊成本計算如下表：

3.變動成本測算

3.1變動成本定義

根據營業總成本的劃分，營業總成本主要分為變動成本和固定成本，其中變動成本主要為燃料成本（天然氣成本），對應其經濟評價指標主則主要為單位度電燃料成本及單位噸熱燃料成本[3]。

3.2聯合循環機組負荷率對發電成本的影響分析

3.2.1純凝工況，聯合循環機組負荷率對發電成本的影響分析

影響聯合循環機組發電氣耗（或效率）的因素很多，其中最重要的一項是機組負荷率的影響，總體而言，聯合循環機組負荷率越高對應其發電氣耗率越小，機組發電成本越低。發電負荷—天然氣流量曲線如圖1、負荷率—氣耗率曲線如圖2。

具體來說，聯合循環機組發電氣耗率隨負荷率上升而呈下降趨勢，滿負荷時機組發電氣耗最小，效率最高、發電燃料成本最小。聯合循環機組“負荷率—氣耗”曲線呈拋物線型，在低負荷區間時，氣耗率隨負荷率上升而下降趨勢較快，隨著機組負荷率增加發電氣耗率下降趨勢變緩。

3.2.2供熱狀態，負荷率-發電氣耗率影響分析

燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯產機組通過供熱可有效提高聯合循環機組的總效率。若采用“熱量法”（由天然氣燃燒的熱量按100%轉化為供熱能量）分攤燃料成本，在供熱工況下，對比純凝工況聯合循環機組的發電氣耗率、單位度電燃料成本明顯下降。供熱狀態下，聯合循環機組“負荷率—氣耗率”曲線與純凝狀態近似;供熱狀態下，在同等負荷率條件下，發電氣耗率更低，對應度電燃料成本更低。

3.3空載燃料成本分析

根據實測情況，對應燃機發電機負荷為零時的天然氣消耗量成本即為空載燃料成本，則對應單套M701F4型燃氣-蒸汽聯合循環機組空載天然氣流量為：22300m3/h，按實際使用天然氣熱值（約37.6 MJ/方）、單價為2.40元/方（含稅，稅率為9%）進行測算，空載燃料成本為49100元/h。

3.4邊際燃料成本分析

由于邊際燃料成本只能通過計算得出，以下分純凝工況及供熱工況分別進行計算。

3.4.1純凝工況邊際燃料成本

根據《廣東電力現貨市場機組發電成本測算辦法》邊際燃料成本為一套燃氣-蒸汽聯合循環發電機組在一定出力水平（270MW以上，最小技術出力以上）增加單位出力所需增加的燃料成本。基于機組總能耗數據，采用最小二乘法，擬合機組總能耗（m3/h）與出力水平（MW）的二次函數關系表達式為：

y=-0.0409x2+175.74x+9965.17

在機組總能耗中，假設機組出力分別等于最小技術出力和額定容量，得到機組在最小技術出力和額定容量工況下的總燃料消耗分別為54433 Nm3/h和80766Nm3/h。

根據邊際燃料消耗的計算公式：邊際燃料消耗=（額定容量總燃料消耗-最小技術出力總燃料消耗）/（額定容量-最小技術出力），將以上數據代入公式：

邊際燃料消耗量=0.146Nm3/千瓦時。

按實際使用天然氣熱值（約37.6 MJ/方）、單價為2.40元/方（含稅，稅率為9%）計算，對應單套M701F4型燃氣-蒸汽聯合循環機組邊際燃料成本（不含稅）為0.322元/千瓦時。

3.4.2供熱工況邊際燃料成本

在供熱工況下，按照聯合循環機組最大供熱工況負荷與天然氣流量對照表采用最小二乘法，擬合機組總能耗（m3/h）與出力水平（MW）的二次函數關系表達式為：

y=-0.1417x2+276.525x-10518.69

由于單套機組供熱100t/h時，考慮到燃機進入溫控模式，最大負荷只能達到400MW，因此在最大供熱工況下，機組的最大容量即額定容量，取400MW。在機組總能耗中，假設機組出力分別等于最小技術出力和額定容量，得到機組在最小技術出力和額定容量工況下的總燃料消耗分別為53813 Nm3/h和77419Nm3/h。由此，按熱量法對供熱耗天然氣進行分攤，最小技術出力和額定工況下的供熱量分別為10t和90t，對應的耗氣量分別為775 Nm3和6971 Nm3，由此得到機組在最小技術出力和額定容量工況下的發電耗天然氣耗量分別為53038Nm3/h和70448Nm3/h

根據邊際燃料消耗的計算公式：邊際燃料消耗=（額定容量總燃料消耗-最小技術出力總燃料消耗）/（額定容量-最小技術出力），將以上數據代入公式得：

邊際燃料消耗=0.134Nm3/千瓦時

按實際使用天然氣熱值（約37.6 MJ/方）、單價為2.40元/方（含稅，稅率為9%），計算一套機組最大供熱工況下的邊際燃料成本（不含稅）為0.295元/千瓦時。

4.固定成本測算

4.1固定成本定義

根據《廣東電力現貨市場機組發電成本測算辦法》規定，機組的固定成本的測算方法如下：

第一，各電廠按照規定格式提供投產當年的財務報表。投產不滿一年的機組參照同類型機組的財務報表執行。

第二，選取投產當年的財務報表中的固定資產費用作為基準，然后用該基準除以各機組的裝機容量，得到各機組投產當年的單位容量固定資產費用基準（元/MW）。同類型機組按容量加權計算投產當年的平均單位容量固定投資費用基準。

第三，考慮機組投產年限，按照發電企業服役年限 30年計，采用年限平均法計提折舊，計算各類型機組運行當年的單位容量固定資產折舊費（元/MW）：同類型機組單位容量固定資產折舊費=同類型機組投產當年的平均單位容量固定投資費用基準×（1-固定資產預計殘值率）/機組使用年限。其中，固定資產殘值率為5%，機組使用年限為30年。

第四，計算各機組運行當年的固定成本：機組的固定成本=同類型機組單位容量固定資產折舊費×裝機容量。機組已投產運行年限超過30年后，固定成本認定為零。

4.2固定成本分析

根據《廣東電力現貨市場機組發電成本測算辦法》對固定成本的定義，對應單套M701F4型燃氣-蒸汽聯合循環機組的固定成本（不含稅）分析如下表：

5.結論

綜上，結合某公司的實際運行情況，對單套M701F4型燃氣-蒸汽聯合循環機組的啟動成本、變動成本和固定成本進行了深入的分析，從而為各燃氣發電企業開展成本測算提供了行之有效的范例，為各企業在電力市場中進行交易提供了重要的參考依據。

參考文獻：

[1]劉慧，張大為.廣東燃氣輪機發電用氣量及成本測算[J].當代石油石化，2018，26（11）：47-50.

[2]杜津興.應用天然氣發電機組合理利用油田伴生氣[J].中國科技縱橫，2017，（10）：172.

[3]王朝龍，李琦芬，苗沃生，等.天然氣壓力能發電制冰一體化應用設計與經濟性分析[J].上海節能，2019，363（03）：69-75.