燃煤機組與燃氣機組的經濟效益對比分析

鐘瑩

（中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引言

2020 年超低排放燃煤機組的裝機容量為9.5×108kW，占煤電機組容量比例的88%[1]。徐靜馨等[2]從污染物控制技術、環境效益、經濟效益方面分析了超低排放燃煤機組和燃氣機組的對比，表明超低排放燃煤電廠繼續保持更高的發電經濟優勢。王樹民等[3]以神華集團22 臺近零排放改造燃煤機組和燃氣機組為對象，研究經濟性和環保性等問題，煤電比燃氣發電的售電完全成本低0.29～0.47 元/（kW·h）。王燕軍[4]針對同等投資額的燃煤和燃氣熱電聯產機組，建立投資效益指標，進行投資效益對比分析，并建立了投資效益灰色關聯度的模型。艾燕暉等[5]主要基于陜西省能源供應格局，分別論述了燃煤發電和燃氣發電的特點。樊慧等[6]分析了燃氣和燃煤發電的環保和生態效益的對比。燃氣發電項目的優勢在于首先其主要成分是甲烷，燃燒后的產物相對清潔，其次采用熱電聯產可以將其能源利用效率提高至80%，具有建設周期短、占地面積小的特點，其產生的噪音也低于燃煤電廠。最后其可以快速啟停，有很強的電力調峰能力。但是燃氣熱電聯產項目也有天然氣成本高的缺點，因天然氣基本靠進口、國內天然氣價格偏高且價格波動較大。而燃煤發電項目因超低排放技術的發展，排放量也處于較低的水平，且煤價相對較低，也具有一定的優勢。因此目前對于清潔燃煤和燃氣電廠，哪個更加高效環保經濟適用也存在一定的爭議[2]。鑒于上述爭議以及在清潔燃煤機組和燃氣機組在經濟性方面詳盡的研究較少，本研究將從投資成本、運營維護成本、財務評價3 個維度對350MW 級燃煤熱電聯產項目和9F 級燃氣蒸汽熱電聯產機組進行經濟性比較。

1 造價指標的對比分析

項目的工程建設總投資包括建筑工程費、安裝工程費、設備購置費、其他費用、預備費、建設期貸款利息等，涵蓋了建設項目從設計至機組投入商業運行整個建設周期的全部費用。一般用各個項目的靜態投資來做對比。分別選取350MW 級燃煤熱電聯產項目和9F級燃氣蒸汽熱電聯產機組的典型工程進行投資分析。在靜態投資方面，350MW 級燃煤熱電聯產機組的靜態投資高于9F 級燃氣蒸汽熱電聯產機組，其靜態投資為30.3 億元，單位千瓦造價為4328 元/kW，而燃機機組的靜態投資約為21.3 億元，單位千瓦造價為2151 元/kW，燃煤機組的靜態投資多了9 億元，單位千瓦造價為燃氣機組的2 倍。表1 為兩種類型機組的靜態投資對比，可以看到，主輔生產工程的差異最大。

表1 兩種類型機組的靜態投資對比

主輔生產工程中各個系統的投資額對比如表2 所示，從表2 可以看出，投資的主要差異來自熱力系統和燃料供應系統，這兩個系統投資的差額占了整個投資差額的一半，因此，有必要探究這兩個系統投資增加的原因。熱力系統的費用差異主要來自于主機和輔助設備的設備費，雖然燃煤機組的主機僅有鍋爐、汽輪機和汽輪發電機，燃氣機組的主機包含燃氣輪機、燃氣輪發電機、余熱鍋爐、汽輪機、汽輪發電機，其主機價格高于燃煤機組，但是燃煤機組包含眾多輔助設備，如凝汽器、高壓加熱器費用等，并且主廠房體積更大，因此燃煤機組的熱力系統費用高于燃機機組。對于燃料供應系統的差異主要是來自燃料的差異，燃煤機組的煤粉需要與之對應的煤場和運輸皮帶機等設備，而燃氣機組僅為用于燃氣調壓和除臭的計量裝置，費用自然低于燃煤機組。另外，因燃機機組燃料特性的差異，本機組無除灰和脫硫系統，因此，相比于燃煤機組，投資減少約1.7 億元。最后水處理系統、電氣系統、脫硝系統的差異主要為相應配置模塊的差異。

表2 主輔生產工程各個系統投資額對比單位：萬元

2 運行維護成本

在我國，相比于燃氣輪機機組，燃煤機組具有很高的國產化率，無論從設計還是運行維護方面都更加成熟和穩定。我國的哈爾濱鍋爐、上海電氣鍋爐、東方鍋爐等鍋爐廠家以及哈爾濱汽輪機、上海汽輪機東方汽輪機等汽輪機廠家對于燃煤機組鍋爐的運行修理等方面的技術已經非常成熟，燃煤機組的檢修每年的費用在70～75 元/kW。而對于燃氣輪機機組，目前燃氣輪機機組的國產化水平達到85%左右，依然有如燃氣輪機燃燒器、透平動、靜葉片、控制系統等需要由國外進口，使得供貨的周期和技術的配合會存在一定的不確定性，重要部件返廠返修、備品備件價格偏高，產品的服務等待時間增加、采購流程更加復雜，因此進一步提高產品的運維成本。依據調研廠家的成本數據，燃氣機組的每年的維修成本在90～95 元/W。

3 財務評價

3.1 經濟性指標分析

基于以上的項目建設投資，以下將對燃煤機組和燃氣機組分別進行經濟性分析，主要邊界條件數據來自電廠的調研數據并根據《火電工程限額設計參考造價指標》[3]中的編制原則進行計算，其中燃煤機組的標煤價取1000 元/t，燃氣機組的氣價取2.6 元/m3（標準狀態）；燃煤機組的上網電價按照廣東省燃煤標桿電價453 元/（MW·h）計算，燃氣機組的上網電價按照廣東省天然氣機組上網電價為655 元/（MW·h）計算。兩種類型機組的發電小時數取4000h，燃煤機組的發電量為2839GW·h，年供熱量為615.38 萬GJ，燃氣機組的發電量為2319GW·h，年供熱量為525.2 萬GJ，其財務評價的主要參數如下：燃煤機組的項目資本金財務內部收益率為17.43%，項目投資稅后內部收益率為9.49%，總投資收益率為8.42%。燃氣機組的項目資本金財務內部收益率為10.15%，項目投資稅后內部收益率為6.62%，總投資收益率為5.79%。從經濟指標結果可以看到，收益率方面燃煤機組比燃機機組的收益率高3%左右，在經濟性方面比燃機機組有更強的競爭力。

3.2 發電成本構成的對比

燃煤機組和燃氣機組根據發電狀態的不同，成本的構成有一定的差異。對于熱電聯產機組，總成本費用分為發電成本和供熱成本，包含燃料費、水費、材料費、工資福利費、折舊攤銷費、修理費、排污費、保險費、財務費用等，其中燃煤機組還包含脫硫劑和脫硝劑的費用。在以上費用中燃料費、折舊攤銷費、修理費、財務費用占比最大，因此在算成本構成時，將水費、材料費、工資福利費等歸為其他費用。燃料費主要為燃氣或燃煤的消耗，折舊攤銷費為固定資產和無形資產的折舊和攤銷，修理費為機組檢修、維護、大修費用，財務費用是籌集建設投資和生產經營所需要的資金而產生的費用。

單位發電成本及其構成比例如圖1 所示，從圖1可以看到燃煤機組的單位發電成本為0.35 元/（kW·h），其構成比例依次為燃料費（70%）＞折舊攤銷費（11%）＞其他（8%）＞修理費（7%）＞財務費用（3%），燃料費的成本約為0.25 元/（kW·h），在單位發電成本中的占比最大，其余的成本比例之和占比僅為30%，因此燃料費對于發電成本起到了決定性的作用。而對于燃氣機組，其單位發電成本為0.46 元/（kW·h），明顯高于燃煤機組，其單位發電成本的構成比例依次為燃料費（81%）＞其他（7%）＞折舊攤銷費（6%）＞修理費（4%）＞財務費用（2%），燃料費同樣占了最高的比重。與燃煤機組相比，燃氣機組燃料費的比重更高，燃氣機組對天然氣的依附性高于燃煤機組對于煤炭的依附，基于我國為世界最大的天然氣進口國，燃氣機組只有得到更低價格的天然氣才能保證燃氣機組有更低的成本。

圖1 單位發電成本及其構成比例

3.3 敏感性分析

基于當前復雜多變的能源環境形勢，更低的發電成本會進一步提高項目的競爭力，因此本節主要討論不同因素如項目總投資、發電量、燃料價格和供熱量的從-20%變化至20%時，對發電成本變動的影響。對于燃煤機組，當煤價從-20%變化至20%時，單位發電成本的變化率最高為14.25%，敏感性系數達到0.11，可以看出煤價的改變對發電和供熱成本的波動影響極大。其次為發電量的影響，發電量的變化，單位發電成本的最高變化率為6.98%，，敏感度系數為0.35。總投資對發電成本的影響僅次于發電量，敏感度系數為0.25。而供熱量對發電成本的影響微乎其微，僅對熱電分配有一定的影響。而對于燃氣機組，當氣價從-20%變化至20%時，單位發電成本的變化率最高達到16.11%，敏感度系數為0.82，高于煤炭對于燃煤機組的影響，這與上一節燃氣機組對于氣價的依附性高于燃煤機組的結論一致。與燃煤機組類似，在氣價之后，是發電量和總投資對發電成本的影響，而供熱量的影響極小，即無論是燃煤或是燃氣機組，以上4 組因素對單位發電成本的排序依次為燃料價格＞發電量＞總投資＞供熱量。

4 對比分析結果

本論文從經濟效益出發研究了350MW 級燃煤熱電聯產項目和9F 級燃氣蒸汽熱電聯產機組，從工程造價、運維成本和財務分析3 個維度進行對比分析，結果如下。

（1）燃煤機組的建設投資和單位千瓦造價均高于燃氣機組，原因在于燃煤機組增加輸煤、除灰渣和脫硫系統，其余各個系統的設備配置也比燃氣機組復雜。

（2）在運維成本方面，由于燃煤機組主機的國產化水平高于燃氣機組，燃氣機組的重要部件還需要返廠返修，因此燃氣機組的維修成本高于燃煤機組。

（3）基于發電小時數為4000h，燃煤機組的收益率比燃氣機組約高3%，在經濟性方面比燃氣機組有更強的競爭力。

（4）在發電成本中可以看到，兩種類型機組的發電成本中，燃料費均占決定性低位，其中燃氣機組的燃料費占比81%，燃煤機組的占比為70%。敏感性分析后可以看到，對單位發電成本的影響力排序為燃料價格＞發電量＞總投資＞供熱量，可以看到燃氣機組對于燃氣的依附度高于燃煤機組。

5 結語

清潔的燃煤機組可以補齊環境保護方面的短板，實現高效清潔化燃燒。受全球經濟發展的影響，天然氣價格依然處于較高的水平。通過本文的研究結果，能看到清潔的燃煤機組在經濟上也不亞于燃氣機組，因此各地應該結合當地的資源綜合考慮選擇電廠的類型。