基于临界电价的典型工业电能替代竞争力分析

陈蓉珺，何永秀

(华北电力大学经济与管理学院，北京 102206)

基于临界电价的典型工业电能替代竞争力分析

陈蓉珺，何永秀

(华北电力大学经济与管理学院，北京 102206)

从技术角度对典型工业行业的电能替代特点进行分析，并建立临界销售电价的测算模型，分别测算了各典型行业电能替代的竞争力。算例结果证明，自备电厂与氯碱化工产业链平段及低谷时段电能替代有竞争力，西气东输电加压在现有目录电价情况下不具有竞争力。

电能替代；技术经济；竞争力

环境污染已经成为现代社会密切关注的问题之一，国家电网公司也顺应时代要求提出电能替代战略，以电能替代煤、石油等能源，调整以前高耗能、高排放、高污染的发展之路。而工业企业作为用能大户，应当率先加入到电能替代的进程中，为提升综合社会效益做出贡献。由于多数风、光资源丰富地区工业发展水平较低，新能源消纳能力和空间不足，致使光伏、风电等新能源企业弃光、弃风现象严重，如果在实现工业电能替代的同时解决弃风、弃光问题，形成电网、工业行业、新能源企业多方共赢的局面，必然能实现经济效益的最大化[1-2]。本文选取典型的工业行业，对其电能替代模式进行阐述并测算电能替代的竞争力，期望对电网推进工业行业的电能替代具有参考作用。

1 典型工业企业电能替代竞争力分析

1.1 典型工业企业电能替代技术分析

1.1.1 自备电厂

自备电厂是企业为了生产所需而建的小型电厂，以火电厂居多，所发电量仅供本企业生产使用，一般不并入电网供电。

自备电厂的电能替代技术指逐步关停发电成本相对较高的燃煤自备电厂，利用水电、风电、光伏以及高效火电机组在发电资源丰富时期的低价富余电量，以定向交易的方式，替代企业燃煤自备机组发电，电网提供输配电服务并从中收取费用[3]。

开展新能源替代自备电厂发电是解决新能源消纳矛盾、提高机组发电小时数的有效途径之一，也是稳定工业经济、促进节能减排的重要措施，对电厂、用户均较为有利。

自备电厂的电能替代模式可以采用图1所示的燃煤自备电厂发电权置换交易模式，即燃煤自备电厂与新能源发电企业向电力市场交易平台报价申量，燃煤自备电厂出让自身的发电权、发电空间，新能源发电企业通过清洁电能置换交易；电力市场交易平台通过评估审核双方报价等信息，撮合双方交易[4]。

1.1.2 西气东输电加压

图1 燃煤自备电厂发电权置换交易模式

传统的西气东输加压站采用燃气轮机进行加压驱动。燃气轮机装置是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧，生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀做功，推动动力叶片高速旋转[5]。

随着电力电子技术的发展，电驱机组完全可以替代传统的燃气轮机为长输管道增压驱动。西气东输管道工程的电驱机组由变频调速驱动系统、压缩机及辅助系统构成。它具有技术含量高、设备运行平稳可靠、效率高、操作维护简单、运行维护成本低、节能环保、经济效益可观等优点。电驱机组与燃气轮机具体性能比较见表1[6]。

表1 燃气轮机与电驱机组性能比较

1.1.3 氯碱化工产业链

氯碱工业是以盐和电为原料生产烧碱、氯气、氢气的基础原材料工业，产品种类多，关联度大，具有较高的经济延伸价值。氯碱工业产业链流程见图2。

氯碱工业产业链的电能替代主要是在提纯氯气的冷却环节通过“电代蒸汽”，将企业生产中提纯氯气所使用的溴化锂制冷机组改为以电能为原动力的螺杆机制冷机组。

图2 氯碱工业产业链

溴化锂吸收式制冷机是利用不同温度下溴化锂水溶液对水蒸气的吸收与释放来实现制冷的，常用热源为蒸汽、热水、燃气、燃油等，蒸汽一般由燃煤锅炉来提供。

螺杆机制冷机组只要在有电源的情况下就可以工作，工作时由压缩机排出的高温高压制冷剂气体进入冷凝器被冷凝成中温过冷液体，经低温膨胀阀节流降压变成低温低压的汽液两相混合物进入蒸发器，在其内蒸发并吸收流经蒸发器的载冷剂的热量，使流经蒸发器的载冷剂得以降温，制冷剂汽化后蒸汽再被压缩机吸入，不断循环，从而达到降温目的[7]。

1.2 典型工业电能替代竞争力分析

为了对电能替代方案的竞争力进行定量研究，通过公式(1)计算以电能替代其他能源的临界销售电价Pe，再将临界销售电价与该行业所适用的目录电价进行比较，得到用电的竞争力评价指标ΔP，若竞争力指标为正，则该种电能替代具有竞争力。

(1)

ΔP=P-Pe

(2)

式中：Qe为用电的热值；Q0为所替代能源的热值；ηe为用电的效率；η0为所替代能源的效率；P0为所替代能源的用能价格。

在基于临界销售电价分析竞争力不足时，可以基于寿命周期，考虑电能替代初期设备投资的区别进一步分析全寿命周期的效益对比竞争力。

2 算例分析

2.1 自备电厂

A公司火电机组在8个月内可提供发电量4.5亿kWh，若以新能源与自备电厂置换，企业可在大工业销售电价基础上获得让利0.297 8元/kWh。为计算方便，将大工业基本电价折算到电度电价上，得到企业获得让利前的电价，再扣除让利0.297 8元/kWh，得到让利后的实际电价见表2。

全国拥有自备电厂的企业平均用电成本为0.24元/kWh，以平均用电成本作为A自备电厂的临界电价。分别得出高峰、平段、低谷3个时段的竞争性比较如表2所示，竞争性比较为正则表示可以替代。

表2 自备电厂电能替代的经济评价

可以看出，平段与低谷时段进行电能替代都是可行的，高峰时段进行电能替代竞争力不足。这一方面是由于其用电高峰电价约为低谷电价的3倍，而关停燃煤机组与新建电源项目之间往往存在时间差，高昂的电价会使得企业负担过重；另一方面，由于自备电厂发电成本相对较低导致“以电代煤”的临界电价相对较低。

2.2 西气东输电加压

西气东输电加压的电价按现行大工业电价计算，为两部制电价。年用电实际负荷约5 500 kW，耗电量为每年4 818万kWh，全年无间断工作，因此可按照高峰∶平段∶谷段为8∶7∶9的比例，将基本电价与电度电价折算为大工业用电实际电价，实际电价见表3。

对于西气东输电加压代天然气加压项目，电机驱动和燃气轮机驱动的效率分别为95.8%和35%，天然气的热值为3.57×107 J/m3，电的热值为3.6×106 J/kWh，天然气的价格为1.5元/m3，利用公式(1)计算得到电机替代燃气轮机的临界销售电价为0.414 0元/kWh，分别得出高峰、平段、低谷三个时段的竞争性比较如表3所示。

表3 西气东输电加压电能替代的竞争力分析

可以看出，西气东输电加压的电能替代竞争力不足。这一方面是由于用电高峰电价较高且西气东输加压站需要无间断工作；另一方面由于天然气热值较高导致“以电代气”的临界销售电价相对较低。但考虑到价差接近于零，且变频电机的造价远低于燃气轮机，因而，可以通过改变商业模式或政策激励来实现电机驱动取代燃气轮机驱动，如鼓励国产电驱压缩机的发展来取代目前进口机组，降低企业的采购成本来鼓励企业更换机组。

2.3 氯碱化工产业链

由于各地氯碱化工产业链的产品差异较大，以B市氯碱化工循环产业链为例测算氯碱化工产业链的经济性。B市氯碱化工循环产业链为焦碳—电石—PVC—电石废渣—水泥—公司井下填充的循环经济产业链。产业链中电石、烧碱与PVC产品涉及电能替代。

由于氯碱化工产业链的电能替代为“电代蒸汽”，而蒸汽一般由燃煤产生，因此可以利用公式(1)计算电能替代燃煤的临界电价。溴化锂制冷机组与螺杆机制冷机组的效率比为0.8∶4.7，动力煤的热值为1.89×107 J/kg，电的热值为3.6×106 J/kWh，动力煤的价格为0.4元/kg，得出电能替代燃煤的临界电价为0.447 619元/kWh。

可以计算出B市分别生产电石、烧碱、PVC的竞争性比较如表4所示。

表4 B市生产电石、烧碱、PVC的竞争性比较

可以看出，B市氯碱产业链生产电石、烧碱、PVC均可以用电能替代技术，这主要是由于氯碱工业产业链的发展得到了政府的支持。

因此，氯碱工业下游产品的企业可以通过各种方式联合，形成一定规模的生产经营集团，从而降低成本，提高效益，增强企业的市场竞争能力及抗风险能力。政府也应当通过政策调整实现氯碱行业有效调控，避免产能扩张过快导致产品价格走低。

3 结论

通过对3种典型工业行业电能替代技术的经济分析可以看出，自备电厂电能替代在高峰时段用电较为昂贵，且由于企业需要生产经营，不可避免会用到峰电，可以通过电力市场交易平台促进双方的直接交易与电能替代。西气东输电加压需要全天用电，经测算，其用电成本略高于采用燃气，若将电加压企业纳入新能源直购电企业的范围，将大大降低其用电成本。氯碱工业产业链的电能替代在用电成本上较经济，因而对于该行业的电能替代主要通过完善示范区建设与加强宣传推广来实现。

[1] 许睿超, 罗卫华.大规模风电并网对电网的影响及抑制措施研究[J]. 东北电力技术, 2011, 32(2):1-4.

[2] 王 野, 邓 楠, 杨剑永,等. 利用低温省煤器吸纳弃风电量研究[J]. 东北电力技术, 2016, 37(5):27-30.

[3] 郭文英, 田晓涛. 国网宁夏电力积极推动新能源替代燃煤自备电厂发电开拓电力市场[J]. 电力需求侧管理, 2016, 18(2):60-60.

[4] 周 竞, 王 珂, 王维洲,等. 自备电厂参与新能源消纳的交易模式效益分析及应用探讨[J]. 电力系统自动化, 2016, 40(14):145-150.

[5] 刘 平. 我国燃气轮机发电技术的发展现况与展望[J]. 大科技, 2013, 16(13):68-69.

[6] 林 森, 董昭旸, 康 焯,等. 西气东输二线电驱压缩机组驱动方式比选[J]. 油气储运, 2012, 31(6):470-472.

[7] 刘 旺, 张云海. 螺杆式氟利昂制冷机组的应用[J]. 中国氯碱, 2005, 24(9):24-25.

Analysis on Competitive Power of Electricity Substitution in Typical Industries Based on Critical Power Price

CHEN Rongjun, HE Yongxiu

(School of Economics and Management, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

The detailed technical analysis on three typical industries is conducted and the competitiveness of electric power replacement is calculated respectively by using critical price model. The results show that closing down self-generation power plant and using electric power in chlor-alkali chemical industry chain are competitive, while using electric power in pressure station shows in contrast.

electric power substitution;technological economy;competitiveness

F426.61

A

1004-7913(2017)02-0015-03

陈蓉珺(1994)，女，在读硕士，从事技术经济及管理相关研究。

2016-11-30 )