背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)火電機(jī)組的方案研究

背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)火電機(jī)組的方案研究

0國(guó)內(nèi)供暖基本情況中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新?tīng)顟B(tài)，未來(lái)以可支配能源為支持的新型發(fā)展趨勢(shì)已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。預(yù)計(jì)到2050年，可再生能源將滿足我國(guó)60%的一次能源供應(yīng)和85%的電力供應(yīng)，屆時(shí)光伏和風(fēng)電的裝機(jī)容量將分別達(dá)到2696GW和2396GW，發(fā)電量占比分別為28.4%和35.2%可通過(guò)多種途徑來(lái)破解新能源消納困境，例如調(diào)整風(fēng)電布局、提升電源調(diào)峰能力、加強(qiáng)負(fù)荷側(cè)管理等，而新建背壓式機(jī)組來(lái)代替常規(guī)煤電機(jī)組，可在滿足供熱需求增長(zhǎng)的同時(shí)，壓低常規(guī)機(jī)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(guó)電力發(fā)展的大趨勢(shì)。本文對(duì)我國(guó)幾個(gè)典型地區(qū)集中供暖的特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，進(jìn)而分地區(qū)對(duì)新建背壓機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比分析，為新建背壓機(jī)組提供參考。東北地區(qū)以長(zhǎng)春為例，長(zhǎng)春位于東北的地理中心，全年供暖期約為170天。長(zhǎng)春市城區(qū)主要以集中供暖為主。截至2018年，長(zhǎng)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(dá)8500萬(wàn)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(zhǎng)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(jī)組供熱價(jià)格約為每吉焦46元。1基本組成1.1投資成本分析我國(guó)背壓式機(jī)組主要以50MW及以下背壓機(jī)組為主，國(guó)內(nèi)最大的背壓式機(jī)組裝機(jī)容量為80MW。而主流背壓式機(jī)組有12MW、25MW、50MW3種，本文根據(jù)大量實(shí)際工程項(xiàng)目，整理出新建背壓式機(jī)組的投資成本，見(jiàn)表1。4個(gè)地區(qū)的當(dāng)?shù)毓べY水平、土地費(fèi)用、施工費(fèi)用等有所不同，考慮到長(zhǎng)春、蘭州和石家莊地區(qū)基本都已有建筑保溫，無(wú)需進(jìn)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(jìn)行改造，所以投資成本較其他地區(qū)相對(duì)偏高。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)于各地區(qū)新建背壓機(jī)組的投資，本文按長(zhǎng)春、蘭州、石家莊、武漢地區(qū)投資金額從低到高計(jì)取。1.2供熱煤耗的影響3種背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)煤電機(jī)組的主要參數(shù)設(shè)定，見(jiàn)表2。其中供熱煤耗與機(jī)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(duì)當(dāng)?shù)氐谋硥菏綗犭娐?lián)產(chǎn)煤電機(jī)組生產(chǎn)成本參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，見(jiàn)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(shí)長(zhǎng)、采暖熱指標(biāo)呈現(xiàn)由北到南逐次遞減的趨勢(shì)。1.4主要輸入?yún)?shù)的配置各地區(qū)的主要收入?yún)?shù)見(jiàn)表4。其中熱價(jià)為當(dāng)?shù)丶泄┡召M(fèi)價(jià)格，可能略高于電廠實(shí)際供熱收入。2技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與比較2.1靜態(tài)投資回收期本文采用靜態(tài)與動(dòng)態(tài)相結(jié)合的煤電建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法，靜態(tài)投資回收期如公式（1）所示。式中：P評(píng)價(jià)煤電建設(shè)項(xiàng)目的內(nèi)部收益率如公式（2）所示。式中：NPV為項(xiàng)目?jī)衄F(xiàn)值；（CI-CO)根據(jù)前文所述邊界條件，設(shè)定項(xiàng)目基準(zhǔn)收益率為8%，投資資金中自有資本占20%，貸款占80%，項(xiàng)目建設(shè)期為3年，機(jī)組壽命為30年（含建設(shè)期），所得稅率為25%。為簡(jiǎn)化計(jì)算，本文選取全投資內(nèi)部收益率。測(cè)算得到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)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(jī)組在東北、西北、華北、華中4個(gè)地區(qū)的靜態(tài)投資回收期超過(guò)22年；新建2×24MW背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)煤電機(jī)組在西北、華北、華中3個(gè)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(jī)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(jì)算這兩種類型背壓機(jī)組的盈虧平衡熱價(jià)，并于當(dāng)?shù)貙?shí)際熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱價(jià)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(jī)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(dāng)采暖期為170天時(shí)，2×24MW機(jī)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(jī)組，則需要考慮熱價(jià)補(bǔ)貼。在相同采暖期下，大容量背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性要好于小容量機(jī)組。相應(yīng)地，若采取熱價(jià)補(bǔ)貼措施，裝機(jī)容量越大，補(bǔ)貼數(shù)量越小。由表7可得，2×50MW背壓式機(jī)組在東北、西北、華北、華中4個(gè)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(jìn)一步比較，本文計(jì)算各地區(qū)新建背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的全投資內(nèi)部收益，在東北地區(qū)新建機(jī)組全投資內(nèi)部收益率較高，經(jīng)濟(jì)性較好；在西北地區(qū)內(nèi)部收益率較低，其原因是因?yàn)槲鞅钡貐^(qū)電網(wǎng)上網(wǎng)電價(jià)偏低，若要在此地新建背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，必須給與背壓式機(jī)組發(fā)電企業(yè)電價(jià)方面的補(bǔ)償；華北地區(qū)新建機(jī)組內(nèi)部收益率一般；華中地區(qū)靜態(tài)回收期偏長(zhǎng)，且全投資內(nèi)部收益率偏低，不建議新建2×50MW背壓式機(jī)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(jī)組，但要考慮適當(dāng)?shù)臒醿r(jià)補(bǔ)貼；西北地區(qū)僅能新建2×50MW背壓式機(jī)組，且該地區(qū)上網(wǎng)電價(jià)偏低，需要考慮容量電價(jià)補(bǔ)貼；華北地區(qū)可新建2×50MW背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，但由于供暖期僅為4個(gè)月，項(xiàng)目?jī)?nèi)部收益率偏低，可適當(dāng)延長(zhǎng)供暖期以提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益；華中地區(qū)由于背壓式機(jī)組利用小時(shí)數(shù)不足，無(wú)法最大化實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益，導(dǎo)致投資回收期過(guò)長(zhǎng)，內(nèi)部收益率過(guò)低，不建議新建背壓式機(jī)組進(jìn)行供熱，若要實(shí)行集中供暖可采用大容量的供熱機(jī)組2.2東北部、西北、華北區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式比較為方便比較各類因素對(duì)內(nèi)部收益率的影響大小及作用效果，對(duì)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(jī)組在華中地區(qū)經(jīng)濟(jì)性較差不再考慮，故本文選取3個(gè)典型地區(qū)均可新建的2×50MW機(jī)組為例，對(duì)東北、西北、華北地區(qū)的稅后全投資內(nèi)部收益率進(jìn)行敏感性分析，見(jiàn)表8-9。由表8、表9可以得出，在影響新建機(jī)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(jià)、熱價(jià)、供熱煤耗、上網(wǎng)電價(jià)、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(duì)于煤價(jià)和熱價(jià)的敏感性系數(shù)相比東北、華北地區(qū)明顯偏高，這說(shuō)明西北地區(qū)可以通過(guò)降低煤價(jià)或者提高熱價(jià)的方式，提升新建背壓式機(jī)組的內(nèi)部收益率，從而推進(jìn)西北地區(qū)背壓式機(jī)組建設(shè)。從影響方向上來(lái)看，與內(nèi)部收益率同方向變化的因素是上網(wǎng)電價(jià)和熱價(jià)，與內(nèi)部收益率反方向變化的因素是煤價(jià)、機(jī)組供熱煤耗。2.3背壓式機(jī)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(méi)有精確分析4類典型地區(qū)熱網(wǎng)投資的差別；也沒(méi)有考慮不同容量背壓式機(jī)組的供熱煤耗、廠用電率等對(duì)各地區(qū)電廠效率的影響；且在熱價(jià)設(shè)定上直接選取居民供暖價(jià)格，可能高于電廠實(shí)際供熱收入。但通過(guò)敏感性分析可知，上述影響因素對(duì)內(nèi)部收益率影響有限，對(duì)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(jī)組供熱技術(shù)方案選擇本文對(duì)全國(guó)4個(gè)典型地區(qū)新建背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)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(jī)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(zhǎng)春為代表的東北地區(qū)，由于其冬季供暖季長(zhǎng)，背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)煤電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)高，項(xiàng)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(jī)組進(jìn)行供熱，可以在有較好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，提升機(jī)組靈活性，促進(jìn)可再生能源的消納；以蘭州為代表的西北地區(qū)，由于其當(dāng)?shù)厣暇W(wǎng)電價(jià)顯著低于其他地區(qū)，導(dǎo)致項(xiàng)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(shí)間較短，背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行小時(shí)不足，未達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效益，導(dǎo)致項(xiàng)目?jī)?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(shí)有限的情況下，不宜采用小容量的背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行供熱，要結(jié)合當(dāng)?shù)孛簝r(jià)與熱價(jià)情況，選擇合適的大容量供熱機(jī)組來(lái)實(shí)現(xiàn)集中供暖。從影響內(nèi)部收益率的敏感性方面來(lái)看，各典型地區(qū)的熱價(jià)、煤價(jià)敏感性最高，上網(wǎng)電價(jià)與熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)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(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，合理選擇投資方式。3.2關(guān)于政治建議3.2.1風(fēng)電、光伏鉆機(jī)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(jìn)背壓機(jī)組等量或減量的替代大型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，可以一定程度上控制煤電規(guī)模，并促進(jìn)可再生能源消納。二是協(xié)調(diào)風(fēng)電、光伏裝機(jī)與火電機(jī)組配套發(fā)展。各級(jí)政府應(yīng)當(dāng)充分考慮當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的承接能力和火電機(jī)組的輔助服務(wù)能力，合理規(guī)劃風(fēng)電、光伏裝機(jī)增長(zhǎng)。避免新能源機(jī)組過(guò)度接入系統(tǒng)，造成背壓式煤電機(jī)組建設(shè)跟不上保障新增新能源裝機(jī)電量消納的步伐，進(jìn)而節(jié)約整體電力系統(tǒng)成本。3.2.2缺少有效的補(bǔ)償政策完善各地新建背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)煤電機(jī)組的補(bǔ)償政策，推進(jìn)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(jī)組替代大型抽凝機(jī)組，實(shí)際上提供了輔助服務(wù)，但對(duì)于新建背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組還沒(méi)有相關(guān)的補(bǔ)償政策。因此，為了保證有序推進(jìn)火電靈活性改造的積極性，推進(jìn)西北、華北地區(qū)的背壓式機(jī)組建設(shè)，需要完善這些地區(qū)的新建背壓式機(jī)組補(bǔ)償政策，保證電廠有較好的收益，在促進(jìn)可再生能源消納的同時(shí)保障發(fā)電側(cè)電源的經(jīng)濟(jì)性。3.2.3調(diào)節(jié)標(biāo)桿電價(jià)有條件的地區(qū)可試行兩步制上網(wǎng)電價(jià)：容量電價(jià)以各類采暖型背壓熱電機(jī)組平均投資成本為基礎(chǔ)，用于補(bǔ)償