（管理科学与工程专业论文）发电成本与竞价策略分析.pdf

摘要 本文分析了在当前电力体制改革和竞价上网的大环境下，发电厂如何 降低发电成本，制定切实可行的竟价上网策略的问题。文章首先对火力发 电厂的主要设备锅炉、汽轮机及整个热力系统进行了经济性分析，接着论 述了火电厂发电成本的组成、特点、影响因素及其和上网电价的关系，然 后讨论了多台单元机组并列运行如何进行负荷经济分配。在此基础上，介 绍了基于成本分析的竞价策略和火力发电机组的竞价模型及其求解，最后给出 了铜陵发电厂实时成本分析的案例。 关键词：发电成本，竞价上网，负荷分配，竞价策略 a bs t r a c t u n d e rt h ec u r r e n te n v i r o n m e n to fe l e c t r i cs y s t e mr e f o r ma n dc o m p e t i t i v eb i d d i n g i nt h ep o w e rm a r k e t ，t h i sa r t i c l ea n a l y s i so nt h ep r o b l e mo fh o wt or e d u c et h e c o s to fp o w e rp l a n t & m a k er e a s o n a b l ec o m p e t i t i v eb i d d i n gs t r a t e g y t h em a i n c o n t e n to ft h i sp a p e ri sa sf o l l o w s f i r s t l y ，e c o n o m i c a lp e r f o r m a n c eo fb o i l e r s ， t u r b i n e sa n dh e a ts y s t e m si np o w e rp l a n t s a r e a n a l y z e d s e c o n d l y ，t h e e l e m e n t so fg e n e r a t i n gc o s t ，t h e i rc h a r a c t e r i s t i c sa n de f f e c t i n gf a c t o r s ，t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ng e n e r a t i n gc o s ta n dn e te l e c t r i c i t yp r i c ea r ed i s c u s s e d t h i r d l y t h ea u t h o rp r e s e n t sh o wt o d i s t r i b u t et h el o a db e t w e e ns e v e r a l p a r a l l e lo p e r a t i n gu n i t s t h e nt h e f o u rb i d d i n gs t r a t e g i e sb a s e do nc o s t a n a l y s i sa n db i d d i n gm o d e li np o w e rp l a n t sa r e i n t r o d u c e d a tl a s t ，t h e r e a l t i m ec o s ta n a l y s i sf o rt h ec o s ti nt o n g l i n gp o w e rp l a n ti sp r e s e n t e d k e yw o r d s ：p o w e rg e n e r a t i n gc o s t ；p o w e rn e tb i d i i n g ；l o a dd i s t r i b u t i n g ； b i d d i n gs t r a t e g i e s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果，除了文中特别加以标注谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨垄盘堂或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：钼) 埒 签字日期：7 叩 年 月哆日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丕盗盘堂有关保留、使用学位论文的规 定。特授权丞鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：翮j 汤 签字日期：) 岬年7 月易日 日 刷磁绛乃 签字日期：加律月彦 第一章绪论 1 1 本课题研究背景 第一章绪论 改革电力工业管理体制，目的是打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成 本，健全电价机制，优化资源配置，促进电力发展，推进全国联网，构建政府 监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体系，最终实 现社会资源的合理分配和社会效益的最大化。这些目的使电力工业特别是发电 方趋于市场化，促进了电力市场的形成。利用市场机制对电力工业传统的生产 方式和管理方式进行改造，使电力工业重新呈现出勃勃生机，是目前许多国家 非常关注的问题，也是电力领域新的发展动向之一。如何适应电力市场的竞争 已经成为各发电企业共同面临的紧迫问题。 “十五”期间电力体制改革的主要任务是：实施厂网分开，重组发电和电网 企业；实行竞价上网，建立电力市场运行规则和政府监管体制，初步建立竞争、 开放的区域电力市场，实行新的电价机制；制订发电排放的环境折价标准，形 成激励清洁电源发展的新机制；开展发电企业向大用户直接供电的试点工作， 改变电网企业独家购买电力的格局；继续推进农村电力管理体制的改革。电力 行业“厂网分开，竞价上网”，成立国家与南方两大电网公司以及华能、华电、 国电、电力投资和大唐五大发电集团，确立了我国发电市场寡头竞争的格局。 在发电侧，形成了由五大发电集团、其它中央发电企业、地方发电企业、民营 及外资发电企业共同组成的竞争性电力市场。电力生产事关国家经济的顺利发 展和国民的正常生活，在保障安全性和可靠性的前提条件下，追求利润最大化 是其主要目标。电力企业的管理重点从传统的计划生产逐步过渡到基于科学调 度和竞价决策的市场化生产信息化，作为现代企业适应全球化的发展、以及在 行业竞争中获取竞争优势的重要条件之一，也必然对市场改革中的电力企业起 着举足轻重的作用。“厂网分开，竞价上网 已经是各发电企业必须面对的结果。 在这种形势下，发电企业如何按照市场化模式运营，进一步降低发电成本，提 高企业在市场条件下的竞争力，全面提高企业经济效益和社会效益具有十分重 要的现实意义。 第一章绪论 降低成本是企业永恒的主题，成本的降低就等于利润的增加，一个规范科 学全面的成本核算与分析体系能给企业带来直接经济效益和管理的规范。目前， 我国几乎所有的发电企业在生产成本核算方面基本是“事后核算”，一般以月、 季度或年为一个核算周期，测算其发电总成本及相应的单位平均成本。但在电 力市场中，发电企业以最大经济效益为目标，这就需要降低发电成本。然而， 由于电力产品不能储存，其生产、输送和消费基本上是瞬时完成。同时，由于 电网运行的自身特点和保证电能产品的质量要求，电力和电量必须严格保持动 态平衡。因而，在不同时间、不同生产条件以及发电机组所带负荷的不同，电 力生产成本将会实时动态变化，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。影响利润变动的因素分 为由企业内部掌控的固定成本、变动成本以及由外部环境决定的电价及发电量。 计划体制下，由于电力企业的生产按政府指令进行，不计较成本利润，发 电企业存在着重事物形态管理，轻价值形态管理的现象，企业出于自身及其职 工利益的考虑，即使电价低于单位变动成本时仍会继续生产，完成目标电量、 调峰、调频等硬指标，造成了工资侵蚀利润、企业资产流失等现象。而内部机 制的不健全，忽视对资产负债率、资金周转率、成本、利润等重要经济指标的 分析和管理，也会造成发电成本的失控，主要表现在成本管理体系不健全，财务预 算管理有形式化倾向，工作更侧重于事后的核算，缺乏有效的事前控制和过程监 督，没有形成全员、全过程、全方位的成本管理和控制体系。上述问题的存在使 发电企业存在着煤价高、原材料消耗大、外包费用和检修费用高、管理费用大、 仓储资金积压严重等问题，加之目前存在的煤炭供应紧张等外部环境问题，其 结果必然导致企业效益下滑，难以在市场竞争中占得先机。 火电厂的生产成本中燃料费用约占总成本的7 0 8 0 ，因此，要对火电厂 各个机组的热、电负荷进行最佳分配，以保证全厂的煤耗量最小。这是一个不 断向纵深发展的节能研究领域，是进行单机经济性诊断的前提，是火电厂经济 性诊断和经济运行不可分割的重要组成部分。在电厂中进行负荷经济分配，就 是使发电机组在最经济状况下运行。发电机组的经济运行状况主要取决于燃料 和电量的消耗。机组的经济运行就是要尽可能降低标准煤耗和厂用电率，以减 少一次能源的消耗。 在竞价上网的环境下，发电企业的竞价决策会对自身的经济效益、市场运 2 第一章绪论 行产生相当大的影响，如何构造最优的报价策略对于在市场竞争中取胜是非常 重要的。近几年，国内外的发电企业在这方面的研究主要有三类：基于估计下 一个时段的市场出清价格；基于博弈论求取市场平衡点；通过估计其他发电企 业的报价行为。只有做到降低发电成本和制定最优的报价策略相结合，才能在 提高企业的竞争力的同时，实现企业经济利益的最大化。 1 2 电力市场研究现状及发展 电力市场的概念是由美国麻省理工学院的f c s c h w e p p e 教授于1 9 7 9 年提 出的。这个设想已经变成了当今电力工业全球化的发展趋势，引起世界各国电 力体制改革的重视。电力走向市场是历史必然。电力走向市场，就是要将电力 工业纳入到市场经济的框架中，通过市场竞争资源，达到全社会资源的最优配 置。电力市场机制的引入不仅对经济性提出更大的要求，同时需要统一协调安 全性和经济性，切实保证市场规则对所有成员公平、公正、公开。 现代意义的电力市场是相对于传统的垄断性电力工业机构而言的，是实现 电力工业机构性重组而引入商业竞争机制后的一大类新型电力工业资产结构、 经营管理和运行管理模式的总称。目前，电力市场还没有一个公认的、严格的 定义，而且它的内容依赖于不同形式的电力市场的制度框架、组织结构并且其 形式和内容仍在发展之中。但建立电力市场的主要目的：引入竞争，提高效率， 降低电价，改善服务，持续发展；电价是电力市场的杠杆和核心内容。 在电力市场环境下，电厂管理信息系统的目标是“充分利用电厂的生产和 经营的数据，合理规划生产管理流程，实现计算机辅助管理和辅助决策，为电 厂的经营目标服务”。电厂厂级生产管理监控信息系统( 简称s i s ：s u p e r v i s o r y i n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是一套以电厂生产过程中所涉及的各种控制、监测、计 量等系统为基础，集实时数据采集、加工、显示、存储为一体的完整的解决方 案。其目的是为了更好地实现发电企业安全、经济运行，提升企业的整体效益 和未来竞价上网中的优势。s i s 可以为发电企业管理决策层提供更真实、可靠 的生产实时和历史数据，为市场运作下的发电企业提供科学、准确的生产经济 性指标。s i s 所管理的数据很多都是与发电企业生产成本和报价信息相关的重 要基础资料。按照设定的条件和数学模型，对这些重要数据进行分析，让数据 流起来，通过采用数理统计方法、非线形多元矩阵、人工神经元网络、决策树 第一章绪论 等辅助决策模型对数据流进行处理，从而得出各类优化目标下的辅助决策，甚 至给出推荐的上网电量和电价。 1 2 1 国外电力市场 国外的电力市场实践始于7 0 年代末8 0 年代初的智利。8 0 年代后期，以英 国为首的主要发达国家和一些发展中国家不同程度地着手进行电力体制改革， 影响比较大的有英国、美国、澳大利亚、新西兰、挪威、阿根廷、巴西等国。 主要内容是政企分开，引入竞争机制，建立电力商品市场，将发电、输电、配电 环节相分离，建立能使用户通过市场购买电力或通过市场直接与电力生产企业 进行交易的机制，减少中间环节，努力降低成本，提高生产效率，优化服务质量， 提高客户满意度。 在改革过程中，有的国家采取发电、输电、配电、售电分开。在发电和售 电领域引入竞争机制，如英国、澳大利亚、阿根廷等国家；有的在原有的发电、 输电、配电垄断一体化的管理体制下，允许民间通过招投标方式建设独立投资 电厂，在发电领域引入竞争机制，如美国、日本等国。电力市场发展的最终趋 势是以双边交易为主，实时的竞价上网交易。 美国、德国在大电站上进行负荷经济分配、机组运行优化管理方面的工作 已有近十年的经验。普遍采用实时监控信息系统，简称s i s 系统( s u p e r v i s o r y i n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，通过采集电厂各生产过程控制系统，包括d c s 、输煤辅 助系统控制网络、辅助公共控制系统、除灰辅助系统控制网络、电气网络监控 系统( s c a d ) 、电网远程发送单元( 1 玎u ) 、电能计量系统、锅炉检漏控制系 统、连续烟气监测系统、汽轮机诊断管理系统t d m 、a g c 等的实时生产数据， 对各生产流程进行统一的监视和查询。对生产数据进行综合处理以形成全厂生 产报表，同时建立全厂实时和历史数据库，以满足m i s 和各相关管理部门快速、 高效地对现场过程数据进行查询和处理的要求。可以随时了解整台机组的锅炉 效率，汽机热耗，煤耗率等性能指标。实时监控信息系统以分散控制系统为基 础，以经济运行和提高发电企业整体效益为目的，采用先进、实时、有效的专 业计算方法，实现整个电厂范围内信息共享，生产过程的实时信息监控和调度， 从而提高了机组运行的经济性。 总之，当前国际上电力市场模式多种多样，但基本可分为两大类： 1 原来由政府统一垂直管理并经营电力系统的国家，其改革模式一般采取 4 第一章绪论 发电与电网分开，并逐步开放电力销售市场，而调度和市场经营机构仍与电网 紧密结合，如英国、西班牙、阿根廷等一大批国家。 2 原来政府不直接管理经营的电力系统的国家，其改革模式一般是新成立 独立的系统运行及电力交易机构，各电力公司仍可拥有电厂和电网，配电市场 逐步开放，如美国、德国、日本。 1 2 2 国内电力市场 我国电力体制改革起步较晚，电力改革和市场化需要逐步实施。目前，正 处于从垄断型的运营模式向买电型的运营模式转变过程中，电力市场实现“厂 网分开，竞价上网的策略，在发电侧建立竞争机制。因此，在市场化的运作 机制下许多原有的电力生产运行方式将都随之进行变革。 1 厂网分开，竞价上网 “厂网分开，竞价上网 是我国电力体制改革过程中的一个阶段，所谓厂 网分开，是指发电厂从电力公司中分离出来，成为一个相对独立的企业，电力 公司只负责电网的运行与维护。“竞价上网”是指电厂发电量的多少完全取决于 各个发电厂电价的竞争结果，电网根据电厂发电机组的报价从低到高录取发电 厂的发电机组，一直录取到电网需要的发电机组数为止，即报价决定发电厂的 电力产量。此时的发电厂电力产量不再只是根据国家计划，而是完全由市场需 求和机组自身的报价决定。 2 我国电力体制改革过程 我国实行的“电厂大家建、电网国家管”政策导致一大批独立发电企业的 自然形成，缓解了缺电局面，也为电力市场的发展奠定了基础。随着举世瞩目 的三峡水利枢纽和输电工程的顺利进行，以及西部大开发、西电东送战略的实 施，我国将很快在几大省电网的基础上实现全国联网，我国多年来已形成了一 套国家统一管理电力系统的纵向体制，所以整体看来，我国更接近于第一类模 式。 综合国外电力市场运作的经验和我国的实际情况，专家认为我国应该首先 建立有足够的潜在效益又能有效管理的省级电力市场，逐步发展跨省的区域性 电力市场，最终形成国家级电力市场。我国电力市场竞争的第一阶段是在发电 侧引入竞争，而最终目标是实现发、售电市场的全面竞争。 1 9 9 6 年我国正式提出实行“厂网分开。1 9 9 7 年1 1 月，国家电力公司召开 第一章绪论 会议，正式启动内部模拟电力市场为加强内部管理和核算，进一步建立发电竞 争电力市场做好准备。所谓模拟电力市场，就是在电力企业内部，用市场的办 法进行管理，将自己的发电厂、供电局变成一个相对独立的“企业 ，并对其进 行考核管理。1 9 9 8 年，在国家的统一部署下，选定上海、山东、浙江、辽宁、 吉林、黑龙江六个省市作为“厂网分开，竞价上网的试点单位。这标志着政 府积极推动建立发电竞争电力市场运作的正式启动和电力工业化继续深化改 革，以期打破垄断，形成统一、开放、有序的电力市场的开始。 为了加快电力工业改革的步伐，中共中央十五届五中全会做出了“深化电 力体制改革，逐步实行厂网分开，竟价上网，健全合理的电价形成机制”决定。 2 0 0 0 年1 1 月6 日国家计委做出了“关于电力体制改革若干意见”改革的 目标是：”2 0 0 5 年前实现厂网分开，竞价上网；实现电厂向大用户直供，并在 部分地区基本实现机关、企事业单位等群体用户可选择购电；建立市场规则和 监管体系；实施发电排放的环境折价标准。 这标志着全国电力市场化改革将全 面启动。后来国家颁发了电力市场技术支持系统功能要求( 2 0 0 0 年修订版) ， 指出我国电力市场运营系统应有9 个子系统构成：电能量计量系统、交易管理 系统、能量管理系统、结算系统、合同管理系统、即时信息系统、数据网络系 统、报价处理系统和发电报价系统。 在此基础上，国内已有开发出的电力市场运营系统，如：浙江电力市场运 营系统、上海电力市场运营系统、山东电力市场运营系统、辽宁电力市场运营 系统【。 3 我国电力市场发展的特点及需解决的问题 ( 1 ) 从几个试点单位的情况看，中国电力市场现阶段的发展有以下特点： 发电侧开放的电力市场。目前我国电力市场改革方向是“厂网分开、竞价 上网”，即将电网经营企业拥有的发电厂与电网分开，建立规范的、具有独立法 人地位的发电实体，市场也只对发电侧开放；单一购买者模式。我国现行发电 侧电力市场的模式是“1 + n ”模式，“1 ”是指电力市场的单一购买者，即电网 经营企业；“n ”是指参与市场竞争的各个独立发电企业；部分电量竞价上网。 在市场建立的初期，几个试点单位全部采用了部分电量竞价上网的方式。一般 安排当年市场需求的1 0 2 0 作为竞争电量，其余作为基本电量( 或合约电量) ； 双轨制竞价体系。在开展竞价上网时遇到的最大问题是如何处理原有的购售电 合同问题；交易类型。电力市场的交易，一般分为长期合同、现货交易、实时 6 第一章绪论 交易、辅助服务交易和输电权交易。现各试点单位主要采用了前3 种交易方式； 生产调度与市场交易一体化。我国由于电网本身的特点，各试点单位大多采用 了调度与市场交易一体化运行方式；技术支持系统尚处于初始阶段。在电力市 场的条件下，如何进行电网安全约束的闭环校核、启停机费用及最佳机组组合 的计算、最优潮流等，还有待进一步研究。 ( 2 ) 我国发展电力市场需解决的问题 健全电厂市场体制，加速厂网分离。进入电力市场进行竞争的主体，必须 是自主经营、自负盈亏、自我约束、自我发展的电力企业。因此在建立和开放 电力市场时，必须按照建立现代企业制度的要求，贯彻竞争的原则、效益的原 则、资源优化配置的原则和科学管理的原则，将发电厂和电网分离，使电力市场 的各竞争主体明确化。各发电厂改组成具有独立法人的竞争实体，形成各发电 公司按电价竞争上网的机制，促使电力企业加强管理，降低成本，提高效益；形 成平等竞争的机制。“公平、公正、公开 是电力市场最基本的原则，也是电力 市场健康发展的必要保证。目前国内的电力市场平等竞争问题矛盾很突出，主 要体现在老厂与新厂之间，集资厂与“统配 厂之间。反映到具体内容主要有 以下两方面：竞争基础；发电计划。另外，对于不同能源形式的发电厂如火电、 水电、核电等之间如何平等竞争的问题，涉及国家的能源政策，需要进一步研 究；理顺电价机制。我国电力市场上网电价复杂、竞价上网困难的原因主要是 由于发电容量成本较大和现存电厂产权复杂、资产不清造成的。对于发电容量 成本较大的情况，不能仅考虑运行成本最小，而必须将容量和电量成本综合优 化。对于发电厂产权复杂、资产不清的情况，应该对现存的电力资源用经济学 方法进行评估，并计入电价；规范电力市场行为；开发和完善电力市场所需的技 术支持系统，主要包括计量装置；交易管理系统；计算系统；信息处理系统； 电力调度。 4 我国电力市场发展前景 发电侧电力市场、单一购买模式等特点，适应了中国电力市场初期的要求， 但同时也是不完整和不成熟市场的体现。随着电力体制改革的深入，电力市场 将不断完善，未来电力市场的发展主要体现在以下几方面： ( 1 ) 允许用户参与电力市场的竞争。依据国家电力公司的改革方案，2 0 1 0 年以后，将实行用户参与电力市场竞争的方式，允许用户自由购电，电力市场 向用户开放，将取消原有的供电营业区的概念，产生新的电力销售商。电力销 第一章绪论 售商不必拥有配电网络，可以直接从发电厂或市场中购电，并向用户或电网售 电；用户也可以自由的选择向发电厂购电、向市场购电、向当地的供电部门购 电或向电力销售商购电；用户电价结构更加合理，用户销售价格与发电厂上网 电价联动。改善用户电价结构，鼓励用户优化用电方式，将大大降低供电成本。 如不同供电可靠性电价( 包括可中断电价) ，使得用户能够为电力系统提供备用 容量；实时变化的用户电价，使得部分用户得到明确的用电信号，避开用电高 峰，从而使负荷曲线趋于平缓。同时，由于电网经营企业不再是电力的单一购 买者，用户可以参与电力市场，这样，当用户直接到电力市场购电时，用户电 价将取决于电力市场中发电厂的上网电价。 ( 2 ) 双边交易成为电力交易的主要形式。允许用户参与市场，电网经营企业 不再是单一购买者，电网经营企业与发电厂间的购销合同将大为减少，取而代 之的是大量的用户( 包括电力销售商) 与发电厂的双边合同；实时交易的份额 增加。实时交易不再是长期合同和现货交易中供需不平衡量的补充。随时进行 交易匹配，编制发电计划将成为可能；出现期货交易。当电力长期合同可以买 卖、转让、交换时，就变成了期货交易。期货交易市场的出现，将使得发电商 和用户开展电力交易的方式更加灵活，同时也会出现电力期货的经纪人，交易 的风险和获利可能性同时并存。 ( 3 ) 调度的作用和地位进一步提高。完善的电力市场对运行调度提出了更高 的要求。电力市场要求尽量减少安全约束对电力交易的影响和更加实时、灵活 的交易方式，这就要求调度部门在保证电网安全和供电可靠性的前提下，使各 种形式的电力交易变为可能；辅助服务和转运费、阻塞管理。为体现发电厂间 的公平竞争，应量化辅助服务的指标，核算成本并合理付费。但其前提必须是 完善电价体系，购电价格与售电价格变动。由于允许用户直接向发电商购电， 电网经营企业必须公开转运营的收费标准，同时，输电权的交易及线路实时可 用传输容量的交易也将成为现实。输电阻塞是电力系统运行不可避免的情况。 电网经营企业在制定转运费收费标准时，不仅要考虑网损、输电网的投资回收 等费用，还应考虑输电阻塞问题。 ( 4 ) 全国联网及全国电力市场的形成。随着全国联网工程的筹备和逐步开 展，将出现更多的跨区电网。三峡电站的建成，将形成连接八省两市的中部互 联电网。由于跨区电网空间跨度较大，电网内不同地区问的能源分布、负荷密 集程度、多动力价格、负荷高峰出现时间等差别较大，电力交易将带来更大的 第一章绪论 社会效益和经济效益。传统的依靠行政指令安排电力交换的计划方式，将不能 适应市场的要求。采用经济手段，促进跨区( 省) 电网间的电力交换，达到最 大范围内的资源化配置，并降低成本，是建立全国电力市场的最终目的。 1 3 竞价上网的研究概况 1 我国竞价上网的基本情况 9 8 年批准山东、上海、浙江试点，9 9 年批准东北三省试点。到2 0 0 5 年厂 网分开，2 0 1 0 年厂网完全分开，输配电实行有限竞争，2 0 1 0 年以后用户可以自 由选择发电企业。 目前改革的状况是：经营权分开，网厂分开，产权不变；从年度预期中取 一部分，一般在1 0 一1 5 之间，发电侧实行有限的竞争；竞争主体正在增多， 扩大；竞价方式有期货、现货两种；电价有取边际电价和实际报价两种；电量 安排基本上是合约电量( 也叫基价电量) 加上竞价电量；监管机构逐步建立。 各地竞价情况的简要介绍如下：上海9 9 年1 2 月在线运行，9 0 期货，10 现货，9 6 点报价。浙江2 0 0 0 年1 月1 0 日运行，8 5 期货，1 5 现货，4 8 点报 价。山东，中间停了一段时间。东北三省在2 0 0 0 年下半年试运行。江苏，是非 试点省份中第一家实行竞价上网，从9 9 年9 月开始，9 0 保本电价，1 0 竞争。 四川，从2 0 0 0 年开始运行，9 0 合同电量，特点是水火电一起竞价，大小机组 不分，谷平峰，峰平谷浮动。湖南，1 0 竞价，水火电同时竟价，保竞价电量， 不保基数电量，而且大小机组不分1 2 j 。 2 竞价上网的状况及趋势 成本监控方面，目前国内3 0 0 m w 以上机组的监控大都已配置成套进口的 机组在线性能计算软件。虽然可以随时了解整台机组的锅炉效率、汽机热耗、 煤耗率等性能指标，但是不能及时地采取有效的对策。即使凭经验和常识能定 性地做出一些分析，也常常因为缺乏经济损失量的概念而被忽视。因而，国内 的一些研究人员相继开发了微机实时运行优化在线管理系统。 负荷分配方面，对于有多台单元机组并列运行的负荷分配优化问题，目前 常用的方法是等微增率法、动态规划法、神经网络的优化计算方法等。 竞价上网方面，目前各试点省竞价上网模式主要是采用“机组按每个交易 日不同时段竞价上网发电，合同电量按合同电价结算，现货电量按竞争成交电 9 第一章绪论 价结算的有限竟价模式。 3 发电公司竞价策略的研究进展 从大的方面讲，构造最优的竞标策略有以下四种情况：第一种是估计下一 个交易时段的市场边际电价：第二种是估计其他发电公司的竞标行为；第三种 是基于博弈论；第四种是通过经验分析或市场仿真。第一种方法的原理是：如 果能够较准确地估计出市场边际价且该价格高于成本价，发电公司只要投一个 略为便宜的价格即可。国内外在这方面作了一些工作，重点放在如何表示边际 电价上，及如何决定一个发电公司所拥有的发电机开停机计划和最优调度。第 二种采用了估计其他发电公司的投标行为的方法，一般采用概率方法或模糊集 方法进行估计。第三种方法采用了博弈论中的一些方法，大体分为两类。第一 类是基于矩阵博弈模型，首先将候选的投标策略表示为离散量，以迎合这种模 型的特征。当投标策略为几个离散的点时，我们可以构造各个发电公司的不同 的策略方式下的收益矩阵，从而来发现其最优的投标策略( 对应于平衡点的投 标策略) 。这种方法可以用于粗略地分析发电公司的投标行为，但不适合用来发 展系统的投标策略。第二类是基于寡头博弈模型，主要包括c o u r n o t 模型、 s t a c k l b e r g 模型和供给函数模型。虽然从原理上讲，这些模型的平衡点对 应于发电公司的最优投标策略，但这些模型基于很多简化的假设，特别是假设 发电机成本信息是公共信息，而在电力市场情况下，生产成本信息是发电厂重 要的内部信息，不可能成为公共信息，因此，此方法更适合于分析市场的潜在 行为，而不是构造投标模型。第四种方法可以用于考察策略性的投标行为，但 是无法得到系统的投标策略。 1 4 研究内容 随着我国电力行业“厂网分开，竞价上网 电力市场的起步和发展， 作为一个发电企业，在安全性、可靠性约束条件下，追求利润的最大化是 它的主要目标。因此电厂的管理重点从传统的计划生产，逐步过渡到基于 科学调度和竞价决策的市场化生产。 追求发电企业的最大化利润的方法，从宏观来看，也无非就是两条路： 开源和节流。开源是指在每天的电力市场交易竞价中，通过科学的分析本 厂的发电成本，预测电网的需量，估计同类电厂的报价，从而报出最有竞 l o 第一章绪论 争力的价格，实现电厂售电和电价的最大化。节流是指加强电厂的内部科 学管理、深挖潜力、降低成本、节能降耗、合理安排机组的启停和检修， 将机组的启停次数、机组的检修时间尽量的缩小，实现电厂的成本的最小 化。当企业的销售收入最大化，成本最小化时，利润也就趋于最大化。 本文主要是针对发电侧开放的市场环境，结合火力发电厂的特点，进 行火电厂的发电成本分析，并在此基础上探讨火力发电企业的有效竞价策 略，以提升企业的竞争能力，实现企业效益与社会效益的最大化。 第二章火力发电厂经济性计算原理 第二章火力发电厂经济性计算原理 本部分将对火电厂主要热力设备锅炉、汽轮机以及整个热力系统进行 经济性分析，对机组的实时煤耗特性进行研究。在火力发电厂的生产运行成本 中，燃料费用占了很大比重，准确地确定机组的实时能耗和燃料消耗量是计算 综合实时成本的基础和核心。 2 1 锅炉的经济特性 锅炉的热平衡是指输入锅炉机组的热量与锅炉机组输出热量之间的平衡。 输出热量包括用于生产蒸汽或热水的有效利用热量和生产过程中的各项热量损 失。输入热量主要来源于燃料燃烧放出的热。由于进入炉内的燃料不可能完全 燃烧，而且燃烧放出的热量也不会全部被有效利用，不可避免地要产生一部分 热损失。热平衡就表明了燃料的热量有多少被有效利用，有多少变成热量损失， 这些损失有表现在哪些方面。 在锅炉机组稳定的热力状态下，l k g 燃料带入炉内的热量，锅炉有效利用 热量和热损失之间有如下关系： q = 9 + 幺+ q + 幺+ q 5 + q 6 锅炉效率即为： = g l = q q - - 2 l x 1 0 0 = 1 0 0 - ( q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 ) ( 2 1 ) ( 2 2 ) 其中：( 1 ) q 2 ：排烟热损失，是指末级热交换器后排出烟气带走的物理热占输入 热量的百分比，即： 铲蚤枷。 协3 ) q 2 = ( i m - l t k ) ( 1 一而q 4 ) = o - - ( 1 , p y y 。( c f ) 腩】( 1 _ 而q 4 ) ( 2 - 4 ) 式中：易广一排烟焓，k j k g 1 = c p 0 ( 2 5 ) 其中： 秒刃广一排烟温度，； 1 2 第二章火力发电厂经济性计算原理 c p 舒：干烟气从t o 至护的平均定压比热，k j ( m 3 k ) ； - 每千克燃料燃烧生成的干烟气体积，m 3 k g ： 觑冷空气焓，k j k g ( 们广1 n m 3 冷空气焓，k j n m 3 。计算中f f 七一般取送风机的入口风温。 ( 2 ) ：固体未完全燃烧热损失 燃煤锅炉的固体未完全燃烧热损失是指部分固体燃料颗粒在炉内未能燃 尽就被排出炉外而造成的热损失，主要由飞灰中的可燃物和炉渣中的可燃物两 部分构成： ”等c q 力志j n 一- t x h z 志- - i z m o o 亿6 ) g 2 百q 力i 石面i 石面1 0 0 2 。6 ) 式中：一原煤灰分，； 白广- 飞灰含碳量，； g 广炉渣含碳量，。 对于煤粉炉来说，飞灰含碳量对锅炉效率影响较大，目前许多电厂都安装 了微波测碳仪在线监测飞灰含碳量的变化。而对炉渣含碳量目前没有较为切实 可行的检测方法，不过对于大型燃煤锅炉，排渣份额般不足1 0 ，所以炉渣 含碳量对锅炉效率的影响较小，在锅炉运行中炉渣含碳量变化也较小，据统计 飞灰系数和排渣率一般变化不大，可以通过灰平衡计算得到。 ( 3 ) 9 5 ：散热损失，锅炉散热损失指锅炉炉墙、金属结构及锅炉范围内管道 ( 烟风道及其水管道联络箱等) 向四周环境中散失的热量占总输入热量的百分 率。热损失值的大小与锅炉机组的热负荷有关： q 5 = 鸟； ( 2 7 ) 式中：9 5 散热损失，； q 5 8 额定蒸发量下的散热损失，； 矿锅炉的额定蒸发量，t h ； 卜锅炉效率测定时的实际蒸发量，t l l 。 ( 4 ) 灰渣物理热损失 灰渣物理热损失，即炉渣、飞灰与沉降灰排出锅炉设备时所带走的显热占 输入热量的百分率，按下式计算： 第二章火力发电厂经济性计算原理 铲志c 警+ 背 ( 2 8 ) 式中：9 6 - _ 一灰渣物理热损失，； 拓一炉膛排出的炉渣温度，；当不能测量时，固态排渣煤粉炉可取 8 0 0 ： 锄姻道排出的沉降灰温度，可取为沉降灰斗上部空间的烟气温度， ： q 、嘞、q 广分别为炉渣、飞灰及沉降灰的比热，k j ( k g k ) 。 ( 5 ) 可燃气体未完全燃烧热损失 该项热损失由排烟中的未完全燃烧产物( c o 、h 2 、c i - 1 4 和c m h 。) 的含量 决定，系指这些可燃气体成分未放出其燃烧热而造成的热量损失占输入热量的 百分率，按下式计算： 1 9 3 = v g r ( 1 2 6 3 6 c 0 + 3 5 8 1 8 c h 4 + 1 0 7 9 8 h 2 + 5 9 0 7 9 c 。以) 1 0 0 ( 2 - 9 ) z 7 式中：q 3 化学未完全燃烧热损失。 由于燃料中绝大多数是碳、硫在燃烧，自由氢的含量很少，所以可用下式 近似计算： 1 q a = 素1 2 6 3 6 c 0 ( 2 - l o ) 二7 在以上各项损失中，对锅炉效率影响最大的是排烟热损失，其次是固体未 完全燃烧损失。实际生产中由于锅炉燃烧温度很高，省煤器入口仍然有较高的 温度。在锅炉过量空气系数不太低的情况下排烟中基本没有一氧化碳，一氧化 碳的浓度为百万分之几的数量级( 煤粉炉) 。所以气体未完全燃烧热损失9 3 一 般不超过0 5 ，可以按照定值处理。锅炉燃烧时的炉膛温度基本不变，固态排 渣的煤粉炉的排渣温度通常为8 0 0 9 0 0 ，其炉膛排放量仅为总排放量的1 0 左右。飞灰由于温度已经较低，带走的热量也不大，所以灰渣热损失也较低， 而且基本不变。外部冷却损失量一般不到2 ，而且外部冷却损失量随负荷而定， 属于非可控项。煤的成分对锅炉的影响是多方面的，主要影响排烟焓、煤的热 值，间接来说，煤的成分的变化在物理上将影响整个锅炉的特性刚。 2 2 汽轮机的经济特性 1 4 瞥 第二章火力发电厂经济性计算原理 2 2 1 汽轮机主要热经济参数及计算 对于汽轮机性能评价，由于角度不同，也出现了不同的参数，主要有： 1 相对内效率 由于蒸汽在汽轮机中的能量转换存在着损失，蒸汽的理想比焓降幽不可 能全部变成有用功，转换成有用功的只是实际比焓降办，实际比焓降幽小 于理想比焓降办。对于没有回热抽汽、没有前后端轴封漏汽和门杆漏汽的纯 凝汽式汽轮机，幽与幽严之比称为汽轮机的相对内效率，以q i 表示： ；：丝二：生皂( 2 - 1 1 ) 叱2 亭2 孝蔷 其中，r l j 又可具体分为汽轮机高、中、低压缸的相对内效率。 2 绝对内效率 实际上在汽轮机装置的整个循环中，为使l k g 蒸汽具有理想比焓降幽严， 需要加给l k g 蒸汽的热量远比旷大得多，这主要是因为整个热力循环中存在 着很大的冷源损失。幽r 。与整个热力循环中加给l k g 蒸汽的热量之比称为汽轮 机的绝对内效率，以i l 鲥表示，则 办黟 ( 2 - 1 2 ) ，7 口，f2 赢2 刁f 刁f 式中：彰对于绝对纯凝汽式汽轮机为凝结水比焓，即汽轮机排汽压力下的 饱和水比焓，有回热抽汽时改为末级高压加热器出口给水比焓； r lt _ 一忽略本机组水泵耗功，且蒸汽动力装置按朗肯循环工作的循环热效 率，t i t ；箕。 门f n c 3 热耗率 对于一台带有给水回热系统的电站汽轮机组，热耗率是重要的考核指标。 热耗率的定义为该汽轮机系统从外部热源取得的热量与其输出功率之比，即： h r ：y j ( m j a h j )( 2 1 3 ) p 式中：尬和厅厂一各种进出系统的质量流量及其焓升。 另外，也可以用热效率代替热耗率t 1 ，= 筹。 4 汽耗率 对于那种没有给水回热和中间再热的凝汽式汽轮机或背压式汽轮机，在某 个进汽参数下接受全部蒸汽并在某个较低的压力下排出全部蒸汽，汽耗率是恰 第二章火力发电厂经济性计算原理 当的性能指标，其定义为进汽流量与输出功率之比。但对于初终参数不同的汽 轮机，即使功率相同，它们消耗的蒸汽量却不同，所以汽耗率不适宜用来比较 不同类型汽轮机的经济性。 5 最大主蒸汽流量 最大蒸汽流量是在规定的蒸汽参数、所有调节阀全开的主蒸汽流量。 6 最大输出电功率 即对应于最大主蒸汽流量下汽轮机输出电功率的保证值，这也是电力市场 中发电报价前机组数据申报的重要一项。在上面介绍的诸多参数的实际处理中， 对于低压缸相对内效率的计算比较麻烦，这是由于低压缸的排汽处于湿蒸汽区， 该状态下的温度和压力相当于同一值，因此确定排汽焓成为求取低压缸相对内 效率的关键。 2 2 2 末级抽汽湿蒸汽焓及排汽焓的确定 大型汽轮机组在线性能计算的准确程度如何与末几级的抽汽湿蒸汽焓及排 汽焓的准确获取有很大关系。由于目前尚不具备获取湿蒸汽干度( 湿度) 的手 段，当末几级的抽汽及排汽处于湿蒸汽区时其压力和温度相当于同一值，不能 再简单的通过它们获得焓值。 目前，关于湿蒸汽干度的测量方法有很多，如热力学方法，电导法，分离 法以及光学法等，但大都处于试验阶段，取样过程复杂，难于实现在线连续测 量，离工业实际应用尚有一段距离。 对于汽机排汽焓的计算，一般常用的有三种方法。 1 根据汽轮机总的输入输出热量的平衡，通过计算汽轮机效率确定排汽焓， 即利用热平衡方程、质量平衡方程和汽轮机的功率这三个基本方程，对回热机 组的热力系统进行计算，该方法需事先假定一个排汽焓为初值，然后对得出的 抽汽点焓值进行迭代计算。 2 根据已知的再热段入口蒸汽状态点和抽汽状态点作出做功膨胀线，然后 将此曲线平滑推到湿蒸汽区，进一步考虑排汽损失与湿气损失，得到处于湿蒸 汽区的抽汽及排汽焓。 3 根据经验采用凝汽器焓降反算的方法。即由凝结水焓和排汽在凝汽器中 的焓降反算出低压缸的排汽焓值，这是因为排汽焓在同一台机组的凝汽器中， 正常运行时的各个工况下基本变化不大，而且可以通过离线程序计算出该值在 1 6 第二章火力发电厂经济性计算原理 各个工况下的大小( 对绝大多数机组，2 1 0 0 - 2 2 0 0 k j k g ) ，然后用于在线计算， 计算的内效率能够反映出设备的真实情况和相对变化。 2 3 热力系统的经济特性 常用的是传统的常规热平衡计算方法【3 】，对于常见的回热凝汽式机组热力 系统，通过热平衡式、质量平衡式和汽轮机的功率方程式对热力系统列出( z + 1 ) 个线性方程组进行联合求解，其中z 为加热器个数。 凝汽式机组最重要的热经济指标是：全厂热效率n 印和煤耗率b 、汽轮机 发电机组的绝对电效率r l ，和热耗率g ，其中t l 印与b 、r l ，与g 是一一对应的【5 1 。 其计算方法如下： 1 厂热效率分为两类，一种是发电的热效率n ，又称为电厂的毛热效率， r t 卯表示凝汽式电厂热量转换成电能的热效率： r i ： ( 2 o - , , 21 3 6 0 f o p , 21 3 6 0 0 p , 忆。14 ) 另一种是在此基础上扣去厂用电容量p o p ( k w ) ，称为电厂的“供电热效率 或“净热效率 1 1 ： 1 1 = 3 6 0 0 ( 五p 孑e _ - - p a p ) = t 1 印( 1 一号印) ( 2 1 5 ) 式中：矿一厂用电率，薯印= 詈。 由于励廖口为燃料在锅炉中的供热量，在数值上等于燃料的化学能，因此 这两个参数既是全厂的热效率，又是全厂的火用效率。 2 煤耗率同样分为两类，一种是对应电厂发电热效率的发电煤耗率b ，其表 达式为： ， 曰 忍 ( 2 1 6 ) 考虑到各个电厂发电所采用燃煤的不同，为了增强其通用性，采用标准煤 折算得到“发电标准煤耗率 矿，其中b 8 为： b s ：一b ：一3 6 0 0 塑k g 标尉( k w ) ( 2 1 7 ) k w1 1 。= = 一一g 怀赚 ， l z tq f f l p r 1 印 另一种即对应”：的“供电标准煤耗率”k ，其表达式为： “ 。0 1 2 3b 5 醛2 百2 f ik g 标煤7 k w 岫( 2 - 1 8 ) 1 7 第三章发电企业成本分析 第三章发电企业成本分析 影响利润变动的因素分为由企业内部掌控的固定成本、变动成本以及由外 部环境决定的电价及发电量。成本是制定上网电价的基础，因此价格的确定首 先应反映成本，制定上网电价就必须首先明确电厂的生产成本。在管理会计中， 从管理目标所采用管理方法来看，将全部产品成本按照成本习性分为固定成本、 变动成本两大类。固定成本是指在一定时间和一定业务量范围内，发生保持不 变的成本，主要由厂房、设备的折旧等组成。降低固定成本的途径是增产节约。 变动成本是指那些发生额随产量增减变动而正比例变动的成本，在生产型企业， 原材料成本是极为典型的变动成本。一般而言，企业降低成本主要从降低固定 成本和变动成本着手。对发电企业而言，增产( 降低固定成本) 必然是多发电， 但这要根据电力系统需要由电力调度统筹分配，不属于本文讨论范围。降低变 动成本可通过降低发电边际成本，即降低发电单耗( 发电煤耗) 来实现。 3 1 发电成本构成分析 根据原能源部和国家物价局1 9 9 0 年颁布的关于新建电力项目实施新电新 价暂行办法规定，该类电厂的上网电价由发电成本费用、发电利润和发电税 金构成。 计算公式为：鼢僻= g e c