典型机组成本测算方法及其在现货能量市场中的应用

毛田,高瑞,周保荣,赵文猛,徐乾耀,程兰芬,苏祥瑞

(1.直流输电技术国家重点实验室(南方电网科学研究院有限责任公司)，广东 广州 510663；2.华南理工大学 电力学院，广东 广州 510641)

现货市场是电力市场的关键环节，是通过机组竞价、网络约束和市场需求确定各类电力商品价值的重要手段，能够充分反映电作为商品在时间、空间以及类别上的价值[1-2]。作为市场主体，发电机组需要参与发电竞价、机组出清、辅助服务市场等多个环节[3-6]，必须充分了解自身发电成本，制订合理的竞价策略。除此以外，科学、透明、合理的发电机组成本测算体系不仅有利于了解机组实时运行成本，也是防范电力市场成员滥用市场力的有力措施和现货市场高效运行的基础[7-8]。

目前大部分发电企业在生产成本核算方面仍然采用“计划”环境下的方式，即采用“事后核算”，一般以月、季、年作为核算周期，测算其发电总成本以及相应的度电平均成本[9-10]。然而，在现货市场下，电力商品的价格受多种因素影响，传统粗犷型的成本计算方式不能适应实时动态变化的市场环境。一方面，随着电改的不断深入，电能量、辅助服务等新型交易品种不断涌现，不同品种的生产成本需要对应测算编制；另一方面，电力的商品价格在不同时间、不同空间下存在较大差异，这使得发电机必须以机组动态变化成本作为制订竞价策略和测算收益的基础[11]。我国能源种类丰富，机组类型多样[12-13]，不同机组成本特性差别较大，特别是在火力发电厂中，其燃料消耗、厂用电消耗、设备折旧等成本相关因素和机组运行工况密切相关，从而影响到燃料费、供电煤耗、设备检修费用、材料费、水费等相关指标[14-15]。成本的计算是市场报价的基础，发电机组作为单个利益方参与现货市场首先要满足交易经济最优，只有经济收益高于成本才能促使发电商参与交易。从经济性来看，市场报价必须借助成本数据，为了确保电力现货能量市场运行的竞争性、经济性和可靠性，对发电机组成本进行测算十分必要，也是现货市场建设中的重要一环。

为了支撑现货市场顺利运营并形成科学合理的电力商品价格，必须深入分析发电机组的成本组成，构建有效的机组发电成本测算机制。本文针对上述问题，介绍当前电力市场中典型发电机组成本测算方法，对南方区域内的典型火电机组进行成本实例测算，分析当前广东省现货市场机组参数测算方法的不足并提出相关建议。

1 机组典型成本测算方法

在现货市场中，机组通过竞争的方式发电上网，但其生产成本是否能够得到回收，完全取决于其收入与其提供电力服务的总成本之间的关系，即取决于其生产成本与市场价格的差值；因此，准确地核算机组成本是机组在市场环境中计算收益的关键环节。在实际生产过程中，机组成本根据机组运行状态可分为启动成本、固定成本、变动成本等，分别反映机组启停、资产折旧以及燃料等相关费用。由于机组参数较多，对成本进行精确核算不仅在技术实现上较为复杂，且需要结合实际生产过程。各个地区根据电力市场的发展需要推出了特点不同的机组成本测算方法。

1.1 PJM电力市场机组成本测算

PJM是美国东部的电力市场组织，作为世界上公认的最成功电力市场，其覆盖区域超过13个州，服务人口超过6 000万[16-17]，拥有成熟的市场体系。在PJM电力市场发电成本测算体系中，发电成本主要包含开机成本、空载成本、增量成本3个部分[18]：开机成本指的是将锅炉、涡轮机和发电机从关机状态启动到一定功率时的成本，它取决于开机的燃料类型、燃料成本、厂用电、检修加算费用以及相关人力成本等，而且开机成本也会随机组开机的温度状态而变动，分为热启动、冷启动、温启动3个类别；空载成本指的是机组维持最小技术出力所需要的成本；增量成本指的是在机组最小发电水平之上所有分段电量的单位成本，不包括空载成本，即发电机组发电的边际成本。上述为PJM定义的机组成本组成结构，针对不同的机组类型，具体的成本测算方法又有不同：针对化石燃料机组，主要参数包括热耗率、性能因子、燃料费用等，具体见表1；针对水电机组，主要参数包括泵送效率、燃料费用、检修成本等，具体见表2；针对核电机组，主要参数包括开机成本、燃料费用、检修成本等，具体见表3。

从以上列表可以看出，PJM对发电机成本的分类较为详细，不仅对不同类别的机组设置了相应的测算方式，还考虑了理论值与实际值之间的误差，并采用价值因子进行修正，尽量使结果与实际更为接近。除此以外，燃料成本中考虑了氧化物排放所造成的成本，而检修成本除了相关的设备费用，还包括了额外产生的人力与燃料费用。总的来说，PJM市场对机组成本的测算较为清晰，但是体系比较复杂，指标较多，理解与测算存在一定困难。

在成本测算的流程保障方面，PJM会确定各个市场成员的热耗率曲线、性能因子以及燃料费用，并制订了一系列规则要求市场成员进行配合。以燃料费用为例：所有市场卖方被要求在每年6月15日之前提交此类信息，向PJM提交燃料费用的相关资料；PJM在11月1日之前书面通知市场卖方，以决定是否更新燃料成本信息，市场卖方在5个工作日内向PJM进行提交，或者申请修改截止日期，否则将会受到罚款。

1.2 广东电力市场机组成本测算

为了配合现货市场顺利运行，《广东电力现货市场机组发电成本测算办法(征求意见稿)》[19]提出了广东省火电机组成本(目前参与广东省内市场交易的均为火电)测算办法。该办法考虑了发电机组类型、容量级别、发电能耗、地理位置等因素：按照机组类型和容量级别，将燃煤机组分为常规1 000 MW机组、常规600 MW机组、常规300 MW机组、常规300 MW以下机组、资源综合利用机组5类；按照地理位置，又将燃煤机组分为内陆电厂和沿海电厂2类；针对燃气机组，将其分为9E机组、9F机组、9H机组和大鹏液化天然气机组4类。测算办法中将发电机组成本分为启动成本、变动成本和固定成本3类，具体见表4。

表1 PJM化石燃料机组成本参数列表Tab.1 PJM fossil fuel generation unit cost parameter list

注：Stc为开机成本；Sfc为启动消耗的燃料；Tc为总燃料相关成本；Pf为性能因子；Os为站内服务工作量；Ros为站内服务费率；Mc为启动时检修加算费用；Lc为启动时额外人力成本；Nlc为空载费用；Ermin为经济最小值点热输入；Ivc为可变运检成本；Eimin经济最小值点增量成本；Ep为经济最小值点。

表2 PJM水电机组成本参数列表Tab.2 PJM hydroelectric generation unit cost parameter list

注：Hcc为水电机组费用；Hscc为水电机组启动费用；Sba为水电机组同步备用；Mac为边际成本。

表3 PJM核电机组成本参数列表Tab.3 PJM nuclear generation unit cost parameter list

表4 广东发电机组成本测算方法Tab.4 Guangdong generation unit cost calculation method

注：Ptc为供电总能耗；Gtc为发电总能耗；Rsc为厂用电率；Mafc为边际燃料消耗；Ftrc为额定容量总燃料消耗；Fmtrc为最小技术出力总燃料消耗；Car为额定容量；Tmg为最小技术出力；Dfc为同类型机组单位容量固定资产折旧费；Dbc为同类型机组投产当年的平均单位容量固定投资费用基准；Rrv为固定资产预计残值率；Slr为机组使用年限。

从表4中可以看出，广东省成本测算方式较为简单，对机组的能耗曲线采用拟合而不是实测的方式。例如变动成本包含空载成本与边际成本，边际成本计算方式较为粗略，能耗曲线通过拟合获得而不采用实测的方式；除此以外，边际燃料消耗与机组折旧费用均为平均值，为了计算方便忽略了实际上边际成本和机组折旧并不是随时间线性改变的情况。总体来说，该测算方法在尽量简化的前提下保证了一定的科学性，适用于初期现货市场的快速建设和运行投入。

2 南方区域典型火电机组成本测算

现货市场中，成本的测算结果是机组报价竞价的基础，采用科学合理的方法厘清成本构成，有利于计算机组成本。根据前述分析，南方区域现货市场建设尚处于初级阶段，从测算步骤、参数采集难度等多角度分析，南方区域现阶段选取广东发电机组成本测算方法进行机组成本测算更为合理。由于目前广东发电机组成本测算方法仅针对火电机组测算，故本文机组测算工作仅针对火电机组。

选取南方区域广东省内某装机容量为330 MW的煤电机组进行成本测算，其成本包含启动成本、变动成本及固定成本3类。

2.1 启动成本计算

目前广东电力现货市场机组发电成本测算办法中对于机组启动成本的计算并不明确，同时限于目前数据采集情况，本文选取一种较为简单的机组启动成本计算方法，其计算公式为

Cus=Csful+Cpful+Clos.

(1)

式中：Cus为机组启动费用；Csful为启动燃料费用；Cpful为厂用费用；Clos为启动时机组寿命折损费用。启动燃料费用、厂用费用以及启动时机组寿命折损费用具体计算方法见表5。

对所选火电机组冷启动进行成本计算，该机组启动过程采用油煤混烧，即先投油助燃，待达到煤粉投入条件再投入煤粉。该机组燃煤为原混煤，假定燃煤单价500元/t，燃油单价5 000元/t。该火电机组冷启动成本测算见表6，启动时长(从锅炉点火到机组并网的时间)按9 h计，共计39.9万元。

表5 火电机组启动成本计算方法Tab.5 Calculation method for start-up cost of thermal power unit

注：St为启动耗时；Pout为启动时单位时间负荷出力；pe为电价。

表6 火电机组冷启动成本测算表Tab.6 Calculation list for start-up cost of thermal power unit

从表6数据知，机组冷启动一次的费用接近40万元。需要说明的是，不同机组启动过程中的油耗、煤耗等差别较大，启动效率也不一样，造成不同机组启动成本会有所差异。

2.2 变动成本计算

根据该火电机组不同工况发电煤耗，计算其单时段耗煤量和燃煤成本，得出该火电机组不同负荷下燃煤成本见表7。

表7 火电机组不同负荷下单时段燃煤成本测算表Tab.7 Coal cost calculation list for different loads of thermal power unit

同时，也对机组的空载成本进行了测算。以采集的热输入数据作为样本，对所收集的数据进行拟合分析，得到机组燃料输入拟合曲线，如图1所示。

图1 燃料输入曲线拟合图Fig.1 Fitting diagram for no-load cost curve

可获得以热输入曲线作为机组燃料输入的函数曲线，即

Ecoal=0.000 05X2+0.175 5X+26.19.

(2)

式中：Ecoal为煤耗输入，t/h；X为输出功率，MW。由式(2)计算可得空载燃料消耗为26.19 t/h。根据得到的空载燃料消耗和相应的成本价格，可得机组的空载成本。例如取影响因子为1.02，假定机组空载燃料相关成本为500元/t，则机组的空载成本计算公式为

Nlc=Eemp×pfac×Tc=1.34万元/h.

(3)

式中：Nlc为空载成本，万元/h；Eemp为空载燃料消耗，t/h；pfac为影响因子；Tc为总燃料相关成本，元/t。

2.3 固定成本计算

根据电厂运行实际，以各项财务账目数据作为依据，计算机组的固定成本。其中，折旧费的计算采用等额支付资金回收原理进行计算。本文核算机组的年度固定成本为1.05亿元，装机容量为330 MW，年利用时间按照5 500 h来进行计算，得到每30 min的机组固定成本情况见表8。

表8 机组30 min固定成本计算结果Tab.8 Fixed calculation cost per 30 minutes for thermal power unit 元

由于固定成本属于一次性成本，而在现货市场中进行报价时的成本与收益按照小时进行计算；因此，对固定成本进行摊销，在小时的时间尺度上对其成本进行反映，有助于现货市场中成本的精确核算以支撑报价。一般来说，固定成本的摊销有平均分摊法和负荷比例分摊法。平均分摊法即把机组的固定成本平均分摊到该机组连续运行的各个时段中，该方法计算较为简单，目前应用较多(表8的分摊方式为平均分摊法)；负荷比例分摊法即把机组的固定成本按照预计承担负荷的比重进行依次分解，在进行费用分摊时要首先预计每月市场上网电量，结合历史情况进行各日的分解，再针对每日情况进行每小时的分解，较为复杂。

3 广东现货能量市场成本核算建议

a)PJM分门别类给出了各种机组的参数需求、相互关联以及计算方法，整个计算过程更为精细，但是数据采集难度高；而广东机组成本测算步骤明确，参数采集难度适中。综上所述，现阶段选取广东发电机组成本测算方法进行机组成本的测算显得更为合理，该测算方法在尽量简化的提前下保证了一定的科学性，适用于初期现货能量市场的快速建设和运行投入；在后续电厂侧具备相关成本数据条件后，再考虑逐步采用更为精细化的测算方法。

b)从机组成本数据采集的反馈情况来看，广东电力现货市场机组发电成本测算办法中对于机组变动成本和固定成本的测算较为清晰，但对机组启动成本的计算并不明确，具体表现在以下几个方面：

①启动成本参数。启动成本参数包括启动耗煤/气量、耗油量及除盐水量等，其中燃料价格、厂用电率、启动耗煤/气量等常规性的数据较为完善，但启动一次机组寿命损耗率等参数存在缺省的情况。同时机组每次启动时的耗时、启动时负荷出力也有差别，需要进一步明确并建立良好的统计和计算方法(如参考PJM按照多年累积数据进行测算)。

②变动成本参数。变动成本参数主要包括平均能耗数据曲线、最小技术出力、最小技术出力所需燃料、额定容量、额定容量出力所需燃料等。这些参数涉及机组的经济运行，基本齐全。

③固定成本参数。固定成本参数包括机组投产当年的财务报表(获取固定资产费用)、装机容量、固定资产预计残值率、机组使用年限等，其中财务报表涉及电厂财务隐私，而其他数据基本齐全。

总的来看，除了部分数据(例如机组寿命损耗率)以及部分敏感性数据(如机组财务报表等)较难采集外，目前机组的参数基本可以满足现货能量市场成本测算要求。

c)机组成本数据的采集是一大难点，目前广东现货市场数据采集通道并不畅通，例如当前大多数电厂数据不完备、数据精度不高，造成机组成本参数采集困难，后续有待建立完善、科学的数据采集通道。

d)发电企业均采用一致的成本测算方法是设计有效市场监测和管制措施的重要环节。在设计有效的市场监测和防范措施时，最为重要的一步是深入了解发电机组成本并确立成本登记和报告机制。美国经过多年的电力市场运营，已经形成了相对完善的发电成本测算体系，通过联邦电力监管委员会的统一会计规则管理和维护机组的发电成本、账目和记录。美国的成功经验也可以作为南方区域未来成本参数录入和管理参考，建议可以考虑开展实施并建设发电机组成本登记和报告体系。

e)目前机组成本测算集中在火电和水电方面，而太阳能、风电等新能源所占比重越来越高，未来也要参与市场竞价，相应的成本测算方法也要进行补充和完善。

4 结束语

本文介绍了典型机组成本测算方法，通过对美国PJM与广东省两大电力市场的发电机组测算方法的对比，总结了各自测算方法的特点。从测算步骤、参数采集难度等多角度分析，南方区域现阶段采用广东发电机组成本测算方法进行机组成本测算显得更为合理。选取南方区域典型火电机组进行实例成本测算，并对计算结果进行了分析。最后，指出了广东省机组成本测算方法的不足，提出测算方法应该向测算方法精细化、数据采集通道建立、成本登记制度建设与新能源机组纳入测算体系等几个方面进一步深化。