张喆
广东大唐国际潮州发电有限责任公司 广东 潮州 515723
摘要：针对电力现货交易市场电厂报价需求，提出了一种燃煤发电机组成本的获取方法，并开发出一套发电成本分析与预测系统。首先分析介绍发电成本计算方法，然后介绍系统设计及数据处理流程，最后在某电厂搭建一套发电成本分析与预测系统。对该电厂1000MW机组发电成本进行分析，得到负荷-度电成本特性曲线和负荷-边际成本特性曲线，并验证了系统结果的准确性。
关键词：电力现货市场；度电成本；边际成本
Abstract: according to the demand of power plant quotation in electricity spot market, a method of thermal power generation cost analysis and prediction is proposed, and a set of generation cost analysis and prediction system is developed. Firstly, the calculation method of power generation cost is introduced. Secondly, the system design and data processing flow are analyzed. Finally, a set of power generation cost analysis and prediction system is built in a power plant. The system is applied to analyze the generation cost of 1000MW units, the load - cost of per kWh characteristic curve and the load - marginal cost characteristic curve are obtained, and the accuracy of the system results is verified.
Key words: Electricity spot market; cost of per kWh; marginal cost
0引言
随着当前我国电力体制改革的全面深化，电力现货市场的全面铺开已成为下一阶段我国电力市场建设的核心与重点。在电力市场不断深入情况下，发电企业成本问题成为政府部门、专家学者和社会公众的关注聚焦点。作为电力市场的主体之一，发电企业担负着电能供应的重要职责。在电力市场化加快推进的背景下，我国发电企业的市场竞争加剧，发电企业要想实现持续发展，必须不断提高自身的竞争实力和盈利能力，在此过程中，成本分析和管控至关重要。在理想化的电力市场中，市场买方与市场卖方通过自由协商，来达成市场的均衡点，市场买方根据电能商品的边际收益来做出购买决策，市场卖方根据边际成本做出生产决策。为此，发电企业一方面需要对实时发电成本及负荷关系进行分析，同时更加迫切需要对未来成本及负荷关系进行预测分析，为参与现货市场交易竞价提供支持。
本文在分析电厂成本构成的基础上，综合考虑各类影响因素，建立一套成本计算模型，得到负荷与度电成本及边际成本的特性曲线，同时支持输入未来参数对未来成本进行预测，为电厂参与电力现货市场交易提供数据支持。
1成本构成及计算模型
燃煤电厂成本测算基本上是以机组为对象，大致可分为电量成本与容量成本。其中电量成本是随着机组发电量的变化而变化，也可称变动成本，容量成本与机组容量有关的成本，也可称固定成本。其中变动成本主要包括燃料费、水费、外购电费用、排污费、运输费用、各类辅助系统运行及材料费用等，固定成本主要包括工资福利费、折旧费、设备维修费、财务费用、办公费用等。
本文以某电厂为研究对象，根据该电厂实际生产工艺及电厂财务成本分析特点，将机组成本计算进行规整分为度电燃料成本、脱硫脱硝成本、排污成本、其他变动成本和固定成本。
1.1度电燃料成本
本文中度电燃料成本为每供一度电所产生的燃料费用，计算如下：
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入炉煤低位发热量可采用手工填报或通过电厂燃料管理系统实时采集，管道效率通常取99%，厂用电率为高厂变有功功率与机组实发功率的比值。
汽轮机热耗的计算，将整个汽轮机系统作为一个整体，以凝结水流量为基准，通过计量输入输出系统的能量，采用能量守恒计算汽轮机热耗率，计算公式如下：
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1.2脱硫脱硝成本
本文中脱硫脱硝成本特指脱硫脱硝过程因消耗相关材料所产生费用，如脱硫过程中使用的碳酸钙费用，脱硝过程中的喷氨使用的NH3的费用。一般来说，脱硫脱硝成本计算应根据进出脱硫脱硝装置烟气中二氧化硫、氮氧化物含量的变化、脱硫脱硝装置的效率及消耗材料的价格实时计算。由于本文所研究电厂脱硫脱硝采用外包形式，费用根据电厂外供电量进行计算，因此单位供电脱硫脱硝成本为定值，通过手工录入。
1.3排污成本
排污成本为电厂因污染物排放而支付给政府相关部门的排污费用，主要为二氧化硫、氮氧化物和烟尘排放产生的费用，相关计算可通过采集排污口数据进行实时计算，计算公式如下：
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1.4其他变动成本
其他变动成本包括水费、外购电费用、运输费用、其他材料费用等，由于这些费用单位供电成本基本上为定值，故采用手工录入。
1.5固定成本
固定成本主要包括工资福利费、折旧费、设备维修费、财务费用、办公费用等，根据电厂年度固定成本预算或者月度固定成本预算，将费用分摊到单位电量。
2 数据处理
根据成本分析章节可知，成本计算的关键在于度电燃料成本的获取，而度电燃料成本计算的关键是各类测点数据是否处于稳定工况及测点数据的准确性，因此在进行模型计算前，有必要对数据所处的工况进行判断，选择处于稳定工况下的数据，在此基础上对数据的准确性进行判断筛选。
3.1稳定工况数据筛分
依据最新的电站锅炉及汽轮机性能试验规范，机组是否达到稳定工况一般通过对能够反映工况的重要参数进行判定，在一定时间范围内，对应测点工况参数变化在一定的范围内，则可判定为处于稳定工况。根据电厂实际运行情况及测点精度，选择判定参数为负荷率、主汽压力、主汽温度、再热汽温度、真空，判定条件如下表。
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3.2数据准确性筛分
由于各测点处于高温、振动或腐蚀等恶劣环境之下，其所测数据极为容易因环境因素的影响而导致出现偏差或失真。为避免因数据偏差导致计算结果与实际不符，对计算度电燃料成本相关测点数据进行数据准确性筛分，筛分方法如下：首先根据理论条件设置各类数据极值，若对应测点数据超过极值所在范围，则认定为异常数据；在此基础上，对相同或者相近条件下各测点数据进行统计分析，如进行平均值、方差计算，设定相应标准，若超过一定范围，则认定为异常数据；最后在根据各测点数据的关联性进行检验，最终完成数据准确性筛分。
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图1数据正确性筛分流程
3 应用分析
3.1系统设计
首先通过主因子分析法，分析确定了影响发电成本的主要因素，包括入炉煤低位发热量、入炉煤单价、入炉煤煤质、环境温度、其他变动成本、固定成本，将上述因素作为发电成本分析及预测系统输入变量。入炉煤低位发热量、入炉煤单价、入炉煤煤质从电厂SIS系统、ERP系统、SAP系统、燃料入厂验收监管系统、数字化煤场、数字化标准化验室建设项目（简称燃料“三大项目”）采集相关测点数据并进行计算或通过手动录入，然后进行数据稳定工况及准确性判定筛分；环境温度通过气象数据接口接入或手工录入；其他变动成本通过手工录入。然后系统对数据样本进行模型训练、交叉验证及调参优化，最后输出负荷-成本关系曲线函数，同时支持在系统输入端导入输入变量未来值从而实现短期负荷-成本关系预测。系统逻辑流程如下。
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图4 系统处理逻辑流程
3.2负荷-成本特性曲线
为了验证系统的可行性，在某电厂搭建了发电成本分析及预测支持系统，对该电厂1000MW机组发电成本相关数据进行采集分析，经过将近半年的数据采集、筛分及模型训练，得到其负荷-度电成本特性方程及负荷-边际成本特性方程如下：
负荷-度电成本特性方程：
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为验证系统输出结果的准确性，从电厂财务成本核算报表中分别获取某段时间负荷-度电成本及边际成本数据，然后根据对应负荷通过系统输出的负荷-成本特性方程计算对应负荷条件下的度电成本和边际成本进行对比分析，对比结果如下：
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根据度电成本计算值与财务核算值对比可知，度电成本计算值相对偏差最大值为-3.4%，根据边际成本计算值与财务核算值对比可知，边际成本计算值相对偏差最大值为-4.8%，偏差范围均在工程应用允许范围之内。
取部分典型工况，得到该电厂1000MW机组典型工况下度电成本和边际成本如下表：
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由上表可知，该电厂1000MW机组度电成本在负荷低于900MW左右之前，随着负荷的增长，度电成本逐渐下降，机组负荷达到900MW左右后继续增大负荷，度电成本将上升；对于边际成本，机组负荷低于600MW时，随着负荷的增长，机组边际成本是不断降低的，而机组负荷高于600MW之后，随着机组负荷增长，机组边际成本不断上升。因此根据负荷-成本关系特性方程，可以获取不同负荷下机组度电成本和边际成本，从而为现货交易阶梯报价提供数据支撑。
由于发电成本并非一成不变，而是受到各类因素影响发生变化，因此在系统开发之初，对主影响因子进行分析并作为系统输入变量，通过对输入变量的更新从而达到负荷-成本特性曲线的动态更新。如果导入输入变量的短期未来值，可实现对短期负荷-成本特性曲线的短期预测。
4结语
度电成本、边际成本作为电厂参与电力现货市场交易报价最重要的依据，本文所开发的发电成本分析及预测系统可动态获取电厂负荷-度电成本和负荷-边际成本，并支持短期成本预测，输出结果准确性得到验证。其为电厂参与电力现货市场交易报价决策提供数据支撑，同时也为电厂成本精细化管理提供参考。
参考文献
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[2]应明良,吕洪坤,茅建波,等.基于实时数据库的电站锅炉热效率在线计算方法[J].浙江电力,2019,38(7):92-95.
作者简介：张喆（1985-），男，陕西西安人，工程师，工学学士，主要从事600MW、1000MW机组火电厂计划营销管理工作。