天然气发电机组成本测算

雷连白 蒋韬

摘要：随着电力市场体系建设步伐的加快，天然气发电机组成本测算机制日益完善。广东省经济和信息化委印发了《关于征求广东电力现货市场机组发电成本测算办法及两个规范文件（稿）意见的函》（粤经信电力函〔2018〕214号），以期推进广东现货市场试点建设工作，并积累丰富的天然气发电机组成本测算经验。

关键词：天然气;发电机组;成本测算

引言：近年来，天然气发电机组成本测算要求逐渐提高，天然气发电企业需要对其企业生产经营成本进行详细的测算及研究。以下以某公司东方电气生产M701F型燃气-蒸汽联合循环机组为例，对天然气发电机组的成本测算进行分析，以期从整体上提高天然气发电机组成本测算的精确度并为各天然气发电企业提供参考。

1.测算依据

主要测算依据包括：《广东电力现货市场机组发电成本测算办法》，广东电力交易中心，2018年8月;《燃机、汽机启动及运行说明书》，东方电气，2013年2月;《M701F燃气-蒸汽联合循环机组运行及维护使用手册》，东方电气，2013年2月[1]。

2.启动成本测算

2.1启动成本定义

不同启动工况条件下，将发电机从停机状态开机到并网产生的所有成本[2]。单套燃气-蒸汽联合循环机组启动成本计算公式：单套机组启动成本=天然气消耗成本+除盐水消耗成本+厂用电消耗成本+主设备启动损耗成本。

2.2启动成本分析

2.2.1天然气消耗成本

机组启动过程中消耗的天然气包括燃气轮机从启动到燃气轮机发电机并网消耗的天然气、燃气轮机并网到汽轮机并网（空载运行）消耗的天然气、启动锅炉消耗的天然气。对应单套M701F燃气-蒸汽联合循环机组冷态、温态及热态启动工况，启动过程中消耗的天然气成本计算如下表：

2.2.2除盐水消耗成本

机组启动过程中的除盐水消耗主要包括启动锅炉用水量、锅炉上水量及锅炉排污等产生的补水量，对应单套M701F燃气-蒸汽联合循环机組冷态、温态及热态启动工况，启动过程中消耗的除盐水成本计算如下表：

2.2.3厂用电消耗成本

机组启动过程中的厂用电消耗主要包括燃机及其辅机启动消耗厂用电、汽机及其辅机消耗厂用电以及公用辅机消耗厂用电。对应单套M701F燃气-蒸汽联合循环机组冷态、温态及热态启动工况，启动过程中厂用电成本计算结果如下：

2.2.4设备折旧成本

根据东方电气提供的《M701F4燃气-蒸汽联合循环机组运行及维护使用手册》，联合循环机组启动一次对应机组冷态、温态及热态启动工况，折算成当量运行小时数分别为20h、15h、10h。单套M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组动力岛部分的总投资额约为70000万元，则对应单套机组冷态、温态及热态启动工况，其设备折旧成本计算如下表：

3.变动成本测算

3.1变动成本定义

根据营业总成本的划分，营业总成本主要分为变动成本和固定成本，其中变动成本主要为燃料成本（天然气成本），对应其经济评价指标主则主要为单位度电燃料成本及单位吨热燃料成本[3]。

3.2联合循环机组负荷率对发电成本的影响分析

3.2.1纯凝工况，联合循环机组负荷率对发电成本的影响分析

影响联合循环机组发电气耗（或效率）的因素很多，其中最重要的一项是机组负荷率的影响，总体而言，联合循环机组负荷率越高对应其发电气耗率越小，机组发电成本越低。发电负荷—天然气流量曲线如图1、负荷率—气耗率曲线如图2。

具体来说，联合循环机组发电气耗率随负荷率上升而呈下降趋势，满负荷时机组发电气耗最小，效率最高、发电燃料成本最小。联合循环机组“负荷率—气耗”曲线呈抛物线型，在低负荷区间时，气耗率随负荷率上升而下降趋势较快，随着机组负荷率增加发电气耗率下降趋势变缓。

3.2.2供热状态，负荷率-发电气耗率影响分析

燃气-蒸汽联合循环热电联产机组通过供热可有效提高联合循环机组的总效率。若采用“热量法”（由天然气燃烧的热量按100%转化为供热能量）分摊燃料成本，在供热工况下，对比纯凝工况联合循环机组的发电气耗率、单位度电燃料成本明显下降。供热状态下，联合循环机组“负荷率—气耗率”曲线与纯凝状态近似;供热状态下，在同等负荷率条件下，发电气耗率更低，对应度电燃料成本更低。

3.3空载燃料成本分析

根据实测情况，对应燃机发电机负荷为零时的天然气消耗量成本即为空载燃料成本，则对应单套M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组空载天然气流量为：22300m3/h，按实际使用天然气热值（约37.6 MJ/方）、单价为2.40元/方（含税，税率为9%）进行测算，空载燃料成本为49100元/h。

3.4边际燃料成本分析

由于边际燃料成本只能通过计算得出，以下分纯凝工况及供热工况分别进行计算。

3.4.1纯凝工况边际燃料成本

根据《广东电力现货市场机组发电成本测算办法》边际燃料成本为一套燃气-蒸汽联合循环发电机组在一定出力水平（270MW以上，最小技术出力以上）增加单位出力所需增加的燃料成本。基于机组总能耗数据，采用最小二乘法，拟合机组总能耗（m3/h）与出力水平（MW）的二次函数关系表达式为：

y=-0.0409x2+175.74x+9965.17

在机组总能耗中，假设机组出力分别等于最小技术出力和额定容量，得到机组在最小技术出力和额定容量工况下的总燃料消耗分别为54433 Nm3/h和80766Nm3/h。

根据边际燃料消耗的计算公式：边际燃料消耗=（额定容量总燃料消耗-最小技术出力总燃料消耗）/（额定容量-最小技术出力），将以上数据代入公式：

边际燃料消耗量=0.146Nm3/千瓦时。

按实际使用天然气热值（约37.6 MJ/方）、单价为2.40元/方（含税，税率为9%）计算，对应单套M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组边际燃料成本（不含税）为0.322元/千瓦时。

3.4.2供热工况边际燃料成本

在供热工况下，按照联合循环机组最大供热工况负荷与天然气流量对照表采用最小二乘法，拟合机组总能耗（m3/h）与出力水平（MW）的二次函数关系表达式为：

y=-0.1417x2+276.525x-10518.69

由于單套机组供热100t/h时，考虑到燃机进入温控模式，最大负荷只能达到400MW，因此在最大供热工况下，机组的最大容量即额定容量，取400MW。在机组总能耗中，假设机组出力分别等于最小技术出力和额定容量，得到机组在最小技术出力和额定容量工况下的总燃料消耗分别为53813 Nm3/h和77419Nm3/h。由此，按热量法对供热耗天然气进行分摊，最小技术出力和额定工况下的供热量分别为10t和90t，对应的耗气量分别为775 Nm3和6971 Nm3，由此得到机组在最小技术出力和额定容量工况下的发电耗天然气耗量分别为53038Nm3/h和70448Nm3/h

根据边际燃料消耗的计算公式：边际燃料消耗=（额定容量总燃料消耗-最小技术出力总燃料消耗）/（额定容量-最小技术出力），将以上数据代入公式得：

边际燃料消耗=0.134Nm3/千瓦时

按实际使用天然气热值（约37.6 MJ/方）、单价为2.40元/方（含税，税率为9%），计算一套机组最大供热工况下的边际燃料成本（不含税）为0.295元/千瓦时。

4.固定成本测算

4.1固定成本定义

根据《广东电力现货市场机组发电成本测算办法》规定，机组的固定成本的测算方法如下：

第一，各电厂按照规定格式提供投产当年的财务报表。投产不满一年的机组参照同类型机组的财务报表执行。

第二，选取投产当年的财务报表中的固定资产费用作为基准，然后用该基准除以各机组的装机容量，得到各机组投产当年的单位容量固定资产费用基准（元/MW）。同类型机组按容量加权计算投产当年的平均单位容量固定投资费用基准。

第三，考虑机组投产年限，按照发电企业服役年限 30年计，采用年限平均法计提折旧，计算各类型机组运行当年的单位容量固定资产折旧费（元/MW）：同类型机组单位容量固定资产折旧费=同类型机组投产当年的平均单位容量固定投资费用基准×（1-固定资产预计残值率）/机组使用年限。其中，固定资产残值率为5%，机组使用年限为30年。

第四，计算各机组运行当年的固定成本：机组的固定成本=同类型机组单位容量固定资产折旧费×装机容量。机组已投产运行年限超过30年后，固定成本认定为零。

4.2固定成本分析

根据《广东电力现货市场机组发电成本测算办法》对固定成本的定义，对应单套M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组的固定成本（不含税）分析如下表：

5.结论

综上，结合某公司的实际运行情况，对单套M701F4型燃气-蒸汽联合循环机组的启动成本、变动成本和固定成本进行了深入的分析，从而为各燃气发电企业开展成本测算提供了行之有效的范例，为各企业在电力市场中进行交易提供了重要的参考依据。

参考文献：

[1]刘慧，张大为.广东燃气轮机发电用气量及成本测算[J].当代石油石化，2018，26（11）：47-50.

[2]杜津兴.应用天然气发电机组合理利用油田伴生气[J].中国科技纵横，2017，（10）：172.

[3]王朝龙，李琦芬，苗沃生，等.天然气压力能发电制冰一体化应用设计与经济性分析[J].上海节能，2019，363（03）：69-75.