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天然气联合循环电厂调峰运行经济性分析

2021-11-27 来源:好走旅游网
第22卷第9期 广东电力 Vo1.22 NO.9 2009年9月 GUANGDONG ELECrRIC p0、) ̄,ER Sep.2009 文章编号:1007—290X(2009)09—0001—05 天然气联合循环电厂调峰运行经济性分析 叶胜 ,彭显刚 ,周科 ,张聪慧 (1.广东工业大学自动化学院电力工程系,广东广州510006;2.广东惠州天然气发电有限公司,广东惠州516082) 摘要:通过对天然气联合循环发电上网电价的试算,提出联合循环发电的成本构成计算方法。在计及联合循环 发电环境效益及上网分时电价的基础上,对天然气联合循环发电的综合价值进行分析,提出了燃气一蒸汽联合 循环电厂调峰运行时上网电价的计算方法及合理的年利用小时数。 关键词:联合循环发电;环境价值;分时电价 中图分类号:TM619 文献标志码:A Economic Analysis of Peaking Operation of Liquefied Natural Gas Combined—cycle Power Plant YE sheng ,PENG Xian—gang ,ZHOU Ke ,ZHANG Cong—hui (1.Dept.of Electric Power Engineering,Fac.of Automation,Guangdong Univ.of Technology,Guangzhou, Guangdong 510006,China;2.Guangdong Huizhou LNG Power Co.,Ltd.,Huizhou,Guangdong 516082,China) Abstract:The paper proposes the calculating method of combined—cycle power generation cost based on the tentative calculation of the liquefied natural gas(LNG)combined—cycle generation price to grid.Taking the environmental benefits of combined—cycle power generation and the on—grid time—of—use(TOU)power price into consideration,the paper analyzes the integrated value of LNG combined—cycle power generation,and presents the calculation method of electricity price to grid during peaking operation of gas-steam combined-cycle power plant and the reasonable annual utilization hours. Key words:combined—cycle power generation;environmental benefit;time·of—use power price 液化天然气(1iquefied natural gas,LNG)联合 发电的环境价值及两班制运行调峰电量价值,期 循环发电集清洁与高效于一身,是当今世界最受 望LNG发电的综合价值能够得到更多的关注与 青睐的发电方式之一。LNG联合循环发电作为大 认可。 型LNG项目的主要支撑用户,对各大型LNG项 目的成功与否起了决定性的作用;同时,联合循 1燃气电厂发电成本的常规计算方法 环电厂两班制调峰运行也极大地缓解了电网调峰 就电厂而言,发电成本(cost of electricity, 容量问题。然而,LNG联合循环电厂在我国的生 COE)由3部分组成,即总投资费用的折旧成本 存环境堪忧,其高昂的发电成本使其丧失了对传 (cost of depreciation,COD)、燃料成本(cost of 统火电的竞争能力,究其原因主要是目前国内对 fuel,COF)和运行维护成本(cost of maintenance, LNG联合循环发电的价值认识还不够,对其的支 COM)。联合循环发电成本的计算公式为l1]: 持力度还有待提高。本文对LNG联合循环电厂 {COt}元={cO。D)元+{CCOF}元{CCDM}元= 的发电成本进行试算,研究当前运营条件下LNG + ],一 收稿日期:2009.08.10 其中:PsIc=cTcR/P. 基金项目:广东省教育厅电力节能与新能源技术重点实验室资助 式中:CCOE、CCOD、CCOF、CCOM分别为COE、 项目(IDSYS200701) COD、COF、COM的量符号;k为计算系数,一 广东电力 第22卷 般取1.083 1.147;Ps 为相对于电站净功率折算 的动态比投资费用(specific investment cost,SIC), 元/MW;CTCR为电站总投资费用的动态现值(total cost of recovery,TCR),包括建设期内的贷款利 息和价差预备费等,元;P为电站的净功率, Mw;r为发电设备的年利用小时数,h;S为发 电机终端到售电结算点之间的线损率,一般取3% 7%,若售电结算点以电站的围墙为界,则 ≈ O%~0.5%;n为电站的经济使用寿命,即电站的 折旧年限,国外一般取25~30 a; 为机组年平 均净效率,其值与年负荷工况有关;Pc 为燃料价 格,元/GJ。 由于LNG价格一般采用的单位为“元/m ”, 需根据LNG低位发热值及热量单位换算为单位 “元/GJ”。广东进口LNG的价格换算公式为: pLNG—pQL NG . (2) 式中:pLNG为LNG的价格;Q 为天然气低位发 热值,37.43 GJ/m 。 LNG联合循环发电成本在国内仍遵循这一方 法进行计算。 2燃气电厂上网电价的计算方法 含税上网电价一般由3部分组成:发电成本、 资本回报和电力增值税,其中资本回报包括投资回 报和负债回报。依据《电力工程经济评价和电价》 规定可以得到资本回报计算公式[2 ∞ : ; 3 {r} h PPUI×qFS×叩RRL (4) PROt 一———_—■———一i Z-f h ; r/RiO-- . (5)式中:PROI、pROL、P 分别为投资回报(return On investment,ROI)、负债回报(return on liability,ROL)、单位投资费用(per unit investment,PUI)的量符号; ER、 RRI、 )7RRl_分别为自有资本率(equity ratio,ER)、年回 报率(return rate of investment,RRI)、融资比例 (finance scale,FS)、负债回报率(return rate of liability,RRL);i为贷款年利率;Y为还贷 年限。 计入电力增值税17%后,含税上网电价计算 公式为: pTAx 1.17×(PCOE+PROI+PROL). (6) 式中:pTAX为含税上网电价。 3环境价值计算 天然气发电作为一种清洁的发电方式,其环境 价值远远高于同类火电机组。根据国内外文献资 料,参照总量排污收费标准,借鉴美国价值标准, 估算出电力行业污染物环境价值标准,见表1。计 算结果基本上能反映火力发电行业污染物目前在中 国造成的污染价值损失,即单位减排量的环境 价值 。一 。 表2为根据各类电厂的燃耗及机组效率计算的 单位发电量污染物排放结果【2J。 表1 火电行业污染物环境价值标准 5/ 污染物 环境价值 污染物 环境价值 S02 6 0 TSP 2 2 NO 8.0 粉煤0.12 C0 1 0 灰炉渣0 1 C02 ().023 废水0.000 8 注:TSP为总悬浮颗粒物,是total suspended particulate的缩写。 表2各类电厂发电污染物排放对比 g/kWh 电厂类型— — — 兰 u ~ u … ∥ 怛 常规燃煤电厂8 794 3·9O9 845·766 0 126 0·194 68 4O6 烟气脱硫火电厂0.92 2 198 946.7 0 143 0 036 117.6 LNG电厂0 O02 2 0 678 9 379 0()008 7 0 根据表1、表2得出各类电厂发电污染物排 放环境成本计算结果,见表3。结果表明,联合 循环电厂与常规电厂相比有0.097元/kWh的环 境成本优势;与带烟气脱硫的火电相比,考虑其 0.017 2元/kWh的脱硫费用后_5].有0.060元/ kWh的环境成本优势;除此之外联合循环电厂的 粉煤排放及废水排放减少将带来0.007 7分/kWh 的效益。[3] 第9期 叶胜,等:天然气联合循环电厂调峰支持经济性分析 表3各类电厂环境成本统计 元/kWh 4 分时电价制下燃气电厂上网电价变化 LNG联合循环电厂的现行电价是与长期购气 合同结合的合同上网电价,其实质仍然是电量电 价;目前,我国LNG联合循环电厂一般作为调峰 电厂实行两班制运行,其承担的负荷一般为高峰负 荷,电量含金量较高;如果能以分时电价衡量其电 量价值,则其生存能力将大大提高。 以燃煤火电机组上网电价为基础,本文提出 种分时电价计算方法,用于评估联合循环发电 的分时电量价值。依据联合循环电厂的典型日负 荷曲线,每天启停一次,各时段设置分别为:负 荷高峰段为8:00至12:00、19:00至23:00;负 荷平段为12:00至19:00、23:00至24:00;其他 时段设为负荷谷段。参考广东惠州LNG电厂的 实际情况,在高峰段的负荷可按90%额定容量计 算;平段可按70%额定容量计算;谷段因燃气机 组的稳定出力处于下限,其负荷按70%额定容量 计算。以平均上网电价为基础,峰段、平段、谷 段电价比按1.5:1.0:0.5设置l6 ;以广东省平 均上网电价(含税)0.479 2元/kWh为基础电价, 并按年运行330天计算。根据以上假设得到相关 计算关系为: PTOU 479 2 ̄/kWh× , (7) r=330(0.9f peak+0.7f +0.7tva1). (8) 式中:pTOU为分时平均电价;tpea 为峰段运行小时 数;tnor为平段运行小时数;t t为谷段运行小 时数。 根据式(7)、式(8),并优先安排机组运行于高 峰负荷,在相应的高峰、平段、谷段运行小时数设 置下,相应年运行小时数、年利用小时数、分时平 均电价计算结果见表4。 表4峰谷分时电价设置 依据分时电价在相应年利用小时数下联合循环 电厂补贴计算公式,可得: p subsidy pTOU—pLNa. (9) 式中:p subsidy分时电价补贴;pLNO联合循环发电上 网电价,以惠州LNG电厂为参考,其值设为 0.571元/kWh。 根据表4进行插值计算各年利用小时数下的分 时电价,并根据式(9)进行分时电价补贴计算,结 果见表5。 表5分时电价补贴费用计算结果 通过以上分析可以发现,在当前峰谷电价比为 3的设置下,联合循环电厂按分时平均电价可以得 到较大的补贴;此外只有年利用小时数小于4 000 h时,联合循环机组才能得到分时电价补贴,即只 有两班制调峰运行机组才能得到相关补贴。事实 上,国外峰谷电价差达到了4~10倍l_7 ;如果国内 电力市场进一步完善,联合循环发电厂两班制调峰 运行的价值将得到更为合理的体现。 广东电力 第22卷 5 联合循环发电厂经济性计算及比较分析 5.1上网电价核算 上网电价计算各项参数取值如下:动态单位总 投资为3 544元/kW!],气价(含税)1.65元/m , 厂用电率3%,注册资本金比例25%,贷款利率 5.76%,还贷年限15年,折旧年限20年,资本金 回报率1()%。 P 一 上网电价构成计算结果见表6。 表6上网电价构成 成本c/元 pTAX/(兀· COD C0F C0E kW h t) 通过试算,联合循环电厂含税上网的电价将在 较高年利用小时数才与现行上网电价(惠州LNG 电厂0.571元/kWh)相符。实际上,根据惠州 LNG电厂运营资料,其2008年计划发电量为 2.975 TWh,按1.17 GVA的装机容量计算年利 用小时数仅为2 543 h,在该年利用小时下,如果 没有任何税收优惠,其不含税上网电价就已超过 0.571元/kWh。 联合循环发电成本中燃料成本占70%以上, LNG价格对其发电成本的影响极大。联合循环发 电厂发电成本过高,其主要原因是燃料成本过高; 在当前煤价较高的背景下,LNG与煤炭价格按热 值计算,仍超过1.5:1。 5.2考虑附加价值的基础上联合循环电厂与各类 火电发电成本比较 燃料价格取2009年6月25日广州港的煤炭价 格数据,为590元,/t,若煤炭燃烧热值Q 。 为 23.027 MJ/kg,则煤炭价格可换算为28.162元/ GJ。根据式(1)计算各类电厂成本时取相同的系 数,即维护运行费占总成本的10%, 依据讨论要求,各类发电厂相关参数设置见表 7_8j,考虑包括以下3种情况下的成本比较:一是 联合循环与各类火电机组的发电成本比较;二是环 境成本的各类电厂发电成本比较;三是考虑分时电 价补贴时各类发电厂成本比较。 表7参与比较的各类电厂部分参数 根据以上设定,比较结果如图1至3所示。根 据图1所示,联合循环电厂在各年利用小时数下与 常规电厂相比都有较大的劣势(大型火电不可能在 低年利用小时数下运行)。联合循环高发电成本很 大程度决定其在电网调峰电厂的地位。  I卜联合循环发电厂 +^ ≥)I. v\鼍蠼目 600MW发电厂l I_1 300MW发电厂 0 诣 北0 H 十200MW发电厂lc;  2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 年利用小时数/h 图1 各类发电厂发电成本比较 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 年利用小时数/h 图2基于环境成本各类电厂发电成本比较 考虑环境成本后,比较结果如图2所示,联合 循环发电在各类电厂中发电成本最低;通过与表 O ^ _q ≥ 0 O 0 卯 第9期 叶胜,等:天然气联合循环电厂调峰支持经济性分析 5 ^ q1亭 3、表6的比较,可以发现联合循环电厂环境价值 v\爸餐 Plant[M] Beijing:China Electric Power Press,2007:754 近似与其单位造价持平,即可认为等量投资将产生 等量环境价值。 根据分时电价设置,在较低年利用小时数运行 的联合循环机组可以得到分时电价的补贴,发电成 本计人补贴后如图3所示,联合循环发电厂在年利 758. [2]杨万荣.南方区域电力市场天然气发电研究[D].北京:华北 电力大学,2007:21~22. YANG Wan—rong Southern Regional Electricity Market Study on Natural Gas Power Generation[D].Beijing:North China Electric Power University,2007:21 22. 用小时数为2 500435 00 h的发电成本将极大地降 E33魏学好,周浩.中国火力发电行业减排污染物的环境价值标准 低,并与运行在高年利用小时数的常规火电厂相 接近。 估算_J].环境科学研究,2003,16(1):53—56. WEI Xue.hao,ZHOU Hao.Evaluating the Environmental Value Schedule of Pollutants Mitigated in China Thermal ◆_联合循环发电厂 -.-600Mw发电厂 十200Mw发电厂 Power Industry[J].Research of Environmental Sciences, 2003,16(1):53—56. -1 300Mw发电厂 0 5 0.48 0.46 0.44 0 42 E4]杨泽亮,胡锦华.广东省液化天然气电厂的竞争力分析l_J]. 中山大学学报论丛,2007,27(2):38—41. YANG Ze—liang,HU Jin—hua.Analysis on Competition of LNG Power Plant in Guangdong Province[J] Sun Yatsen University Forum,2007,27(2):38—41. 0.4 0-38 O36 0.34 0.32 O.3 [53廖永进,王力.火电厂烟气脱硫装置成本费用的研究EJ].电 力建没,2007,28(4):82—86. 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JIAO Shu.jian.Gas Turbine and Gas.steam Combined Cycle Station in Market Economy SituationEJ].Guangdong Electric Power.2002,15(2):68—72 作者简介:叶胜(1981 ),男,广东梅州人。在读硕士研究生, 从事电力系统运行分析与控制研究工作。E-mail:yeyehoho @163.corn。 曩■曩录: 《广东电力》提请广大读者注意,投稿时请提供中英文对照的 参考文献,并在正文中标注参考文献的引用处。 

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