面向电力市场竞价的燃煤电厂实时发电成本计算模型

李 林,周大为

(湖北能源集团鄂州发电有限公司，湖北 鄂州 436032)

0 引言

自上世纪80年代以来，美国、英国、北欧等国家和地区对电力市场进行大力改革，并取得了迅速发展[1]。2002年是中国电力体制改革的起点，经过了多年的发展，目前，“厂网分开、竞价上网”的发电侧市场竞争局面已经较为成熟[2]。但电力行业的发展依然伴随着诸多颇为严重的矛盾和问题。新电改迫在眉睫，其思路是深入认清竞争环节以及垄断环节，抓中间、放两头。在这个大背景下，无论是电网公司，还是发电企业售电公司都将面临新的挑战和机遇。

电力市场改革目标是让发电侧和购电侧都参与竞争，打造一个双边竞价的市场模式。在市场规则已改变的前提下，为了赢得市场竞争力，电力企业必须建立有效的决策策略[3]。伴随电力市场的逐步完善，市场竞价规则不断修正，正由卖方市场向买方市场进行转变，为了建立输电网开放的多个购买者模式，发电企业必须改善竞价策略，进而形成完善的报价辅助决策系统。

1 发电公司报价策略分析

当前，发电公司最优报价策略所运用的方法可分为以下4类：

（1）基于成本分析的预测方法

这种方法的总体思路是将发电公司的电能生产成本以及合理利润作为上报电价[4]。其优点是简单、易掌握，缺点是没有把其他竞争对手的报价情况纳入考虑范围。总的来说，发电公司报价基础是发电成本分析，在报价前，计算出公司发电成本与企业总成本，能确保在报价时清楚认识到成本的多少，有利于报价的确定。因此，精确预测发电成本是此方法的核心。发电企业充分了解自身实际发电成本，并根据成本分析结果决定报价策略，使得电力企业抢得市场先机并充分获取较高的利润。

（2）基于市场出清价格预测的方法

该方法的总体思路是估计竞价交易时段的市场出清价格，只要达到电力企业报价略低于预测价格即可。其优点是原理简单，对历史报价数据不透明的电力市场、处于市场价格接受者位置的发电公司适用[5]。此方法和预测负荷的方法较为相似[6]，但其更复杂，因为电价受人为因素等更多不确定因素的影响，且缺乏历史数据，进而影响预测精度。目前，针对市场出清价的预测研究，主要考虑的是市场的总体信息（系统总负荷、系统容量、历史电价等）而未把决策者自身的市场竞争力、历史累积信息纳入考虑范围内，因此这种方法很难运用于实际。

（3）基于博弈论的方法

博弈论是指一种专门研究两个或两个以上有利益冲突的个体，在相互作用下，各自进行优化决策的理论。近年来，这种方法被很多学者运用于研究发电公司的报价策略[7,8]。但博弈论的核心是追求最大的利润，针对电力企业而言，此方法得出的报价可能会较高。一方面，报价其供电侧过高会引起监管机构的干涉，从而可能导致限制价格进行报价的情况发生[7]；另一方面，如果企业报价较高，则可能发生报价超过市场出清价的情况，则电力公司最终无法得到电量交易，风险性较高，得不偿失。所以针对于电力公司基于博弈论的报价方法，在一定程度上取决于算法的优化和实际的预测效果对比，实现过程较为困难。

（4）基于竞争对手行为估计的预测方法

这种方法以预估竞争对手的报价为基础，设定自身企业的最优报价策略。其特点是考虑了电力公司之间相互联系又相互制约的关系。然而，此方法需获得竞争对手的报价参数，当前大多数研究成果都是假设竞争对手报价参数为已知的前提下得出的，对竞争对手报价行为的研究较为缺乏，因而离实际应用还有很长的差距[9,10]。

由于电力市场参与主体间的信息是相互保密的，各发电企业的竞争意识差别大，没有形成有效的市场力。因此对于这样一个成长中的市场，各种过多考虑市场竞争力的方法并不十分有效。对比几种报价策略，本文采用基于成本分析的方法是比较现实的。

2 实时发电成本构成与计算

对于燃煤发电厂，其发电成本可分为容量成本和电量成本[11]。容量成本主要有工资财务成本、设备折旧成本等；电量成本则有运行维护与燃料成本等。其中，燃料成本是构成电量成本的主体。具体关系如下：

对于火力发电厂，其容量成本C容量相对占比较低，且实际电力企业运行过程中较为固定，在竞价策略的成本构成因素中可忽略。而发电成本主要构成为电量成本，以下进行重点分析。

2.1 总燃料成本

当火电厂燃料改变时，不仅锅炉燃料量的变化会改变燃料成本，而且会造成诸多影响，例如会改变风机出力、制粉系统出力 (可能限制机组的运行负荷)，还会改变燃烧和传热情况，进而改变锅炉效率[12,13]；同样也会改变污染物治理排放成本、以及煤炭运输成本和储存方式，进而带来运行维护成本的改变。则总燃料成本C总燃料可表示为：

其中：

P——负荷，单位：kW；

M——总给煤量，单位：t/h；

G——单煤或混煤的价格（包含运费的价格），单位：元/t。

如果燃烧为混煤，以每台磨的当前煤量及煤价计算。通过电厂SIS系统读取当前的负荷P和总给煤量M，关联入炉煤，C煤价即可计算。

不同煤种的储存时间不同，热值损耗所需成本也不同。其储煤成本C储煤则根据不同煤种的煤质（挥发份及热值），以经验值进行计算。

2.2 辅机电耗成本

燃煤火力电厂发电成本中，厂用电所占辅机电耗成本也是不能忽略的一部分。在整个热力系统中，大功率的重要辅机包括汽机部分的循环水泵、凝结水泵、开式泵和闭式泵等，锅炉侧风烟系统中的送风机、引风机、一次风机以及制粉系统中的磨煤机和给煤机，除尘系统中的电除尘电耗，压缩空气系统中的空压机。其他厂用电小用户包括脱硫脱硝系统中的浆液循环泵、氧化风机等，油系统中润滑油泵、密封油泵等，真空系统中的真空泵，吹灰系统吹灰器等，用电量较低，在辅机耗电成本中忽略不计。由此可以得出：

其中制粉系统电耗成本C制粉通过实时监测，根据电机的电流电压计算功率；再经过在线统计和分析，得到历史经验值，以期得到制粉电耗成本与煤质的关系。通过从SIS系统中读取制粉单耗，需要对应每台制粉系统分别的单耗以关联煤种，可根据入炉煤种预测制粉系统电耗；采用实时监测数据统计和分析，其计算方式为：其中，Ui，Ii，cosθi分别表示在运行的第 i台磨煤机的电机电压、电流以及功率因数。

则可计算一段时间内的制粉总电耗：

按照煤种α煤（可将特定混煤当做同一煤种）来分时间段，在同一时间ID段上统计总的煤量M总煤量，则可推算出同种煤种下的单位制粉电耗为：

则制粉系统实时电耗成本：

其中g上网电价为发电企业上网电价。

风机单耗的情况可以从SIS中获取，为了与煤种相关联，依然需要对其进行实时监测数据的统计分析。一次风机、送风机的功率有3种度量，分别是原动机功率、轴功率和全压功率，成本分析中的电耗计算考虑了原动机功率，其计算方法与磨煤机的电机相似。

其中，Uj，Ij，cosθj分别表示在运行的第j台风机（包含一次风机、送风机和引风机）的电机电压、电流和功率因数。

则风机实时耗电成本为：

脱硫脱销以及除尘系统电耗均由SIS系统读取，则：

2.3 环保成本

燃煤火力发电厂环保成本包含污染物排放费用，包括脱硫、脱硝、粉尘排污费用，以及脱硫过程中的使用的碳酸钙费用，脱硝过程中的喷氨使用的NH3的费用，而燃烧产生的灰产品会给电厂带来额外的效益，则环保成本可表征为：

各污染物的排污费用可用以下方程得出：

式中，Vy为烟气量，m3/kg；

SO2出口为FGD出口SO2浓度，mg/m3；

NOx出口为SCR出口NOx浓度，mg/m3；

FC出口为电除尘出口粉尘浓度，均由SIS读取；

WSO2、WNOx和 WFC为标准排污费用，元/kg，常数；

SO2标准、NOx标准和 FC 标准为 SO2、NOx和粉尘的排放标准，mg/m3，常数；WΔSO2、WNOx和WFC为超标排污费用，元/kg，常数。

燃煤锅炉燃烧副产品——灰可以为电厂产生经济价值，应该从成本中减去，设煤的灰分（混煤加和计算）为A，飞灰比例为β，则灰产品价值为：

其中p灰产品为灰产品的单价是一样的，元/t，实际中不同品质的灰价格不同，实际中根据灰的品质估算灰产品的单价。

2.4 运行维护成本

运行维护成本按照计划的维修费用，均摊到每一天来计算，计划费用由人工输入。一方面实际运行中运行维护成本占总成本比例较低，在实际计算过程中可根据具体情况进行相关估算；并且由于火力发电厂运行维护有一定概率性，计算当前维护费用相当困难，可根据历史维护成本估算当前运行维护成本，成本估算结果可靠性较高。

由以上各成本分析，根据公式（1）至公式（20），即可算出电厂实时发电成本C发电。

2.5 各机组成本分析

由于同一电力企业存在多台机组运行情况，不同机组运行状况，发电成本均有所不同。通过对以上成本的计算，可得出电力企业各机组的发电成本。通过对各机组负荷的分配，可得到最优的企业总发电成本，为电力市场竞价中对机组组合优化、争取发电计划提供基础和依据。

假设电力企业有N台机组运行，总发电量为P，第i台发电机组发电量为Pi，发电成本为Ci发电，企业总成本为C发电，则

此时可以根据各机组发电成本分配各机组发电负荷，发电成本越低，则分配其负荷接近其最高可运行负荷，可得到当前最低发电成本（C发电）min，由此可以提高企业在电力市场中的实时竞争力。

3 结语

针对现今愈发激烈的电力市场竞争环境，分析了燃煤发电企业实际运行过程中各发电成本的构成，主要占比为电量成本中的总燃料成本、辅机电耗成本、环保成本以及维护成本。通过实时监测数据以及相关计算，得出发电企业各机组的发电成本精确值，在负荷分配上进一步做到机组组合优化，加强电力企业在市场中的竞争力。

实时发电成本是一个动态值，很难给出精确解。本文通过对发电成本构成做精细的划分，并分别通过计算得出各成本的实时计算值，最终为发电企业提供各机组的实时发电成本和总成本，可为火电企业面向电力市场竞价的实时发电成本计算分析提供指导性思路，并为其竞价策略提供依据。