背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)火電機組的方案研究

0國內(nèi)供暖基本情況中國經(jīng)濟發(fā)展進入新狀態(tài)，未來以可支配能源為支持的新型發(fā)展趨勢已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。預(yù)計到2050年，可再生能源將滿足我國60%的一次能源供應(yīng)和85%的電力供應(yīng)，屆時光伏和風電的裝機容量將分別達到2696GW和2396GW，發(fā)電量占比分別為28.4%和35.2%可通過多種途徑來破解新能源消納困境，例如調(diào)整風電布局、提升電源調(diào)峰能力、加強負荷側(cè)管理等，而新建背壓式機組來代替常規(guī)煤電機組，可在滿足供熱需求增長的同時，壓低常規(guī)機組電出力，一定程度上緩解可再生并網(wǎng)與供熱需求之間的矛盾，較為符合我國電力發(fā)展的大趨勢。本文對我國幾個典型地區(qū)集中供暖的特點進行簡要分析，進而分地區(qū)對新建背壓機組的經(jīng)濟性進行對比分析，為新建背壓機組提供參考。東北地區(qū)以長春為例，長春位于東北的地理中心，全年供暖期約為170天。長春市城區(qū)主要以集中供暖為主。截至2018年，長春市區(qū)供暖面積約2.2億m西北地區(qū)以蘭州為例，蘭州地處黃河上游，供暖期約為150天。截至2018年，蘭州市區(qū)供暖面積達8500萬m華北地區(qū)以石家莊為例，石家莊市地處華北中部，供暖期約為120天。石家莊市城區(qū)也是以集中供暖為主。截至2018年，石家莊市區(qū)供暖面積約1.9億m華中地區(qū)以武漢為例，武漢地處長江中游地區(qū)，供暖期約為70天。武漢市供暖的方式分為集中供暖和分散供暖兩種。集中供暖的地區(qū)主要是武昌、關(guān)山片區(qū)；其余大部的地區(qū)主要采用空調(diào)取暖和電取暖。武漢市熱電聯(lián)產(chǎn)機組供熱價格約為每吉焦46元。1基本組成1.1投資成本分析我國背壓式機組主要以50MW及以下背壓機組為主，國內(nèi)最大的背壓式機組裝機容量為80MW。而主流背壓式機組有12MW、25MW、50MW3種，本文根據(jù)大量實際工程項目，整理出新建背壓式機組的投資成本，見表1。4個地區(qū)的當?shù)毓べY水平、土地費用、施工費用等有所不同，考慮到長春、蘭州和石家莊地區(qū)基本都已有建筑保溫，無需進行改造，而武漢地區(qū)現(xiàn)有建筑可能不滿足采暖的要求，需要進行改造，所以投資成本較其他地區(qū)相對偏高。為了簡化計算，對于各地區(qū)新建背壓機組的投資，本文按長春、蘭州、石家莊、武漢地區(qū)投資金額從低到高計取。1.2供熱煤耗的影響3種背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)煤電機組的主要參數(shù)設(shè)定，見表2。其中供熱煤耗與機組的抽汽參數(shù)、供回水溫度及保溫性能等有關(guān)，一般在34kg/GJ左右供電廠與供熱廠主要與電廠內(nèi)部輔助系統(tǒng)的廠用電消耗以及主變壓器損耗有關(guān)1.3成本參數(shù)設(shè)定分地區(qū)對當?shù)氐谋硥菏綗犭娐?lián)產(chǎn)煤電機組生產(chǎn)成本參數(shù)進行設(shè)定，見表3。各地區(qū)的地理環(huán)境差異，北方冬季相比南方更加寒冷，故其采暖時長、采暖熱指標呈現(xiàn)由北到南逐次遞減的趨勢。1.4主要輸入?yún)?shù)的配置各地區(qū)的主要收入?yún)?shù)見表4。其中熱價為當?shù)丶泄┡召M價格，可能略高于電廠實際供熱收入。2技術(shù)經(jīng)濟分析與比較2.1靜態(tài)投資回收期本文采用靜態(tài)與動態(tài)相結(jié)合的煤電建設(shè)項目經(jīng)濟評價方法，靜態(tài)投資回收期如公式（1）所示。式中：P評價煤電建設(shè)項目的內(nèi)部收益率如公式（2）所示。式中：NPV為項目凈現(xiàn)值；（CI-CO)根據(jù)前文所述邊界條件，設(shè)定項目基準收益率為8%，投資資金中自有資本占20%，貸款占80%，項目建設(shè)期為3年，機組壽命為30年（含建設(shè)期），所得稅率為25%。為簡化計算，本文選取全投資內(nèi)部收益率。測算得到的技術(shù)經(jīng)濟數(shù)據(jù)見表5-7。由表5、表6可得，新建2×12MW背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)煤電機組在東北、西北、華北、華中4個地區(qū)的靜態(tài)投資回收期超過22年；新建2×24MW背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)煤電機組在西北、華北、華中3個地區(qū)的靜態(tài)投資回收期均在20年以上，而在東北地區(qū)新建2×24MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組投資回收期較為適中，約15年左右。為了方便比較分析，本文分別計算這兩種類型背壓機組的盈虧平衡熱價，并于當?shù)貙嶋H熱電聯(lián)產(chǎn)機組供熱價格相比較，如圖1所示。2×12MW和2×24MW兩種容量的背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組在不同地區(qū)基本均處于虧損狀態(tài)。且采暖期越短，虧損額越大，當采暖期為170天時，2×24MW機組在東北地區(qū)近似處于盈虧平衡狀態(tài)。若要在這些地區(qū)新建小容量背壓式機組，則需要考慮熱價補貼。在相同采暖期下，大容量背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組經(jīng)濟性要好于小容量機組。相應(yīng)地，若采取熱價補貼措施，裝機容量越大，補貼數(shù)量越小。由表7可得，2×50MW背壓式機組在東北、西北、華北、華中4個地區(qū)的靜態(tài)投資回收期有所不同，分別為7.8年、15.8年、11.5年、19.1年。各地區(qū)的靜態(tài)投資回收期較為正常。為了進一步比較，本文計算各地區(qū)新建背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組的全投資內(nèi)部收益，在東北地區(qū)新建機組全投資內(nèi)部收益率較高，經(jīng)濟性較好；在西北地區(qū)內(nèi)部收益率較低，其原因是因為西北地區(qū)電網(wǎng)上網(wǎng)電價偏低，若要在此地新建背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組，必須給與背壓式機組發(fā)電企業(yè)電價方面的補償；華北地區(qū)新建機組內(nèi)部收益率一般；華中地區(qū)靜態(tài)回收期偏長，且全投資內(nèi)部收益率偏低，不建議新建2×50MW背壓式機組。東北大部分地區(qū)適宜新建2×24MW及以上的背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)煤電機組，但要考慮適當?shù)臒醿r補貼；西北地區(qū)僅能新建2×50MW背壓式機組，且該地區(qū)上網(wǎng)電價偏低，需要考慮容量電價補貼；華北地區(qū)可新建2×50MW背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組，但由于供暖期僅為4個月，項目內(nèi)部收益率偏低，可適當延長供暖期以提高機組經(jīng)濟效益；華中地區(qū)由于背壓式機組利用小時數(shù)不足，無法最大化實現(xiàn)其經(jīng)濟效益，導(dǎo)致投資回收期過長，內(nèi)部收益率過低，不建議新建背壓式機組進行供熱，若要實行集中供暖可采用大容量的供熱機組2.2東北部、西北、華北區(qū)域經(jīng)濟增長模式比較為方便比較各類因素對內(nèi)部收益率的影響大小及作用效果，對影響內(nèi)部收益率的主要不確定因素做敏感性分析。各類新建背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組在華中地區(qū)經(jīng)濟性較差不再考慮，故本文選取3個典型地區(qū)均可新建的2×50MW機組為例，對東北、西北、華北地區(qū)的稅后全投資內(nèi)部收益率進行敏感性分析，見表8-9。由表8、表9可以得出，在影響新建機組稅后全投資內(nèi)部收益率的各類因素中，按敏感性由大到小排列依次為煤價、熱價、供熱煤耗、上網(wǎng)電價、初始投資，且各地區(qū)的敏感性系數(shù)排序大致相同。值得注意的是，西北地區(qū)對于煤價和熱價的敏感性系數(shù)相比東北、華北地區(qū)明顯偏高，這說明西北地區(qū)可以通過降低煤價或者提高熱價的方式，提升新建背壓式機組的內(nèi)部收益率，從而推進西北地區(qū)背壓式機組建設(shè)。從影響方向上來看，與內(nèi)部收益率同方向變化的因素是上網(wǎng)電價和熱價，與內(nèi)部收益率反方向變化的因素是煤價、機組供熱煤耗。2.3背壓式機組供熱成本分析本文的參數(shù)設(shè)定可能存在一些不足之處。沒有精確分析4類典型地區(qū)熱網(wǎng)投資的差別；也沒有考慮不同容量背壓式機組的供熱煤耗、廠用電率等對各地區(qū)電廠效率的影響；且在熱價設(shè)定上直接選取居民供暖價格，可能高于電廠實際供熱收入。但通過敏感性分析可知，上述影響因素對內(nèi)部收益率影響有限，對最終的結(jié)果影響也有限。3結(jié)論和建議3.1背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組供熱技術(shù)方案選擇本文對全國4個典型地區(qū)新建背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組的經(jīng)濟性進行了比較。結(jié)果表明，在東北地區(qū)新建2×50MW背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組，稅后全投資內(nèi)部收益率為11.5%，而西北、華北、華中地區(qū)的內(nèi)部收益率分別為3.6%、6.3%,3.2%。這一結(jié)果表明，以長春為代表的東北地區(qū)，由于其冬季供暖季長，背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)煤電機組利用小時數(shù)高，項目的全投資內(nèi)部收益率較高。若在東北地區(qū)新建2×50MW背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組進行供熱，可以在有較好經(jīng)濟效益的同時，提升機組靈活性，促進可再生能源的消納；以蘭州為代表的西北地區(qū)，由于其當?shù)厣暇W(wǎng)電價顯著低于其他地區(qū)，導(dǎo)致項目全投資內(nèi)部收益率偏低；華北地區(qū)由于冬季供暖期時間較短，背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組運行小時不足，未達到最佳經(jīng)濟效益，導(dǎo)致項目內(nèi)部收益率一般；以武漢為代表的華中地區(qū)，集中供暖成本很高，在利用小時有限的情況下，不宜采用小容量的背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組進行供熱，要結(jié)合當?shù)孛簝r與熱價情況，選擇合適的大容量供熱機組來實現(xiàn)集中供暖。從影響內(nèi)部收益率的敏感性方面來看，各典型地區(qū)的熱價、煤價敏感性最高，上網(wǎng)電價與熱電聯(lián)產(chǎn)機組供熱煤耗的敏感性次之、敏感性最低的是初始投資金額。因此，各地區(qū)應(yīng)根據(jù)敏感度大小以及當?shù)氐膶嶋H情況，合理選擇投資方式。3.2關(guān)于政治建議3.2.1風電、光伏鉆機發(fā)展政策一是控制煤電規(guī)模。以供熱需求為基礎(chǔ)，合理推進背壓機組等量或減量的替代大型熱電聯(lián)產(chǎn)機組，可以一定程度上控制煤電規(guī)模，并促進可再生能源消納。二是協(xié)調(diào)風電、光伏裝機與火電機組配套發(fā)展。各級政府應(yīng)當充分考慮當?shù)仉娋W(wǎng)的承接能力和火電機組的輔助服務(wù)能力，合理規(guī)劃風電、光伏裝機增長。避免新能源機組過度接入系統(tǒng)，造成背壓式煤電機組建設(shè)跟不上保障新增新能源裝機電量消納的步伐，進而節(jié)約整體電力系統(tǒng)成本。3.2.2缺少有效的補償政策完善各地新建背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)煤電機組的補償政策，推進在西北、華北地區(qū)的建設(shè)。新建背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)煤電機組替代大型抽凝機組，實際上提供了輔助服務(wù)，但對于新建背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組還沒有相關(guān)的補償政策。因此，為了保證有序推進火電靈活性改造的積極性，推進西北、華北地區(qū)的背壓式機組建設(shè)，需要完善這些地區(qū)的新建背壓式機組補償政策，保證電廠有較好的收益，在促進可再生能源消納的同時保障發(fā)電側(cè)電源的經(jīng)濟性。3.2.3調(diào)節(jié)標桿電價有條件的地區(qū)可試行兩步制上網(wǎng)電價：容量電價以各類采暖型背壓熱電機組平均投資成本為基礎(chǔ)，用于補償