基于臨界電價的典型工業(yè)電能替代競爭力分析

陳蓉珺，何永秀

(華北電力大學經濟與管理學院，北京 102206)

基于臨界電價的典型工業(yè)電能替代競爭力分析

陳蓉珺，何永秀

(華北電力大學經濟與管理學院，北京 102206)

從技術角度對典型工業(yè)行業(yè)的電能替代特點進行分析，并建立臨界銷售電價的測算模型，分別測算了各典型行業(yè)電能替代的競爭力。算例結果證明，自備電廠與氯堿化工產業(yè)鏈平段及低谷時段電能替代有競爭力，西氣東輸電加壓在現有目錄電價情況下不具有競爭力。

電能替代；技術經濟；競爭力

環(huán)境污染已經成為現代社會密切關注的問題之一，國家電網公司也順應時代要求提出電能替代戰(zhàn)略，以電能替代煤、石油等能源，調整以前高耗能、高排放、高污染的發(fā)展之路。而工業(yè)企業(yè)作為用能大戶，應當率先加入到電能替代的進程中，為提升綜合社會效益做出貢獻。由于多數風、光資源豐富地區(qū)工業(yè)發(fā)展水平較低，新能源消納能力和空間不足，致使光伏、風電等新能源企業(yè)棄光、棄風現象嚴重，如果在實現工業(yè)電能替代的同時解決棄風、棄光問題，形成電網、工業(yè)行業(yè)、新能源企業(yè)多方共贏的局面，必然能實現經濟效益的最大化[1-2]。本文選取典型的工業(yè)行業(yè)，對其電能替代模式進行闡述并測算電能替代的競爭力，期望對電網推進工業(yè)行業(yè)的電能替代具有參考作用。

1 典型工業(yè)企業(yè)電能替代競爭力分析

1.1 典型工業(yè)企業(yè)電能替代技術分析

1.1.1 自備電廠

自備電廠是企業(yè)為了生產所需而建的小型電廠，以火電廠居多，所發(fā)電量僅供本企業(yè)生產使用，一般不并入電網供電。

自備電廠的電能替代技術指逐步關停發(fā)電成本相對較高的燃煤自備電廠，利用水電、風電、光伏以及高效火電機組在發(fā)電資源豐富時期的低價富余電量，以定向交易的方式，替代企業(yè)燃煤自備機組發(fā)電，電網提供輸配電服務并從中收取費用[3]。

開展新能源替代自備電廠發(fā)電是解決新能源消納矛盾、提高機組發(fā)電小時數的有效途徑之一，也是穩(wěn)定工業(yè)經濟、促進節(jié)能減排的重要措施，對電廠、用戶均較為有利。

自備電廠的電能替代模式可以采用圖1所示的燃煤自備電廠發(fā)電權置換交易模式，即燃煤自備電廠與新能源發(fā)電企業(yè)向電力市場交易平臺報價申量，燃煤自備電廠出讓自身的發(fā)電權、發(fā)電空間，新能源發(fā)電企業(yè)通過清潔電能置換交易；電力市場交易平臺通過評估審核雙方報價等信息，撮合雙方交易[4]。

1.1.2 西氣東輸電加壓

圖1 燃煤自備電廠發(fā)電權置換交易模式

傳統的西氣東輸加壓站采用燃氣輪機進行加壓驅動。燃氣輪機裝置是一種以空氣及燃氣為工質的旋轉式熱力發(fā)動機，其工作原理為：葉輪式壓縮機從外部吸收空氣，壓縮后送入燃燒室，同時燃料也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進行燃燒，生成的高溫高壓煙氣進入燃氣輪機膨脹做功，推動動力葉片高速旋轉[5]。

隨著電力電子技術的發(fā)展，電驅機組完全可以替代傳統的燃氣輪機為長輸管道增壓驅動。西氣東輸管道工程的電驅機組由變頻調速驅動系統、壓縮機及輔助系統構成。它具有技術含量高、設備運行平穩(wěn)可靠、效率高、操作維護簡單、運行維護成本低、節(jié)能環(huán)保、經濟效益可觀等優(yōu)點。電驅機組與燃氣輪機具體性能比較見表1[6]。

表1 燃氣輪機與電驅機組性能比較

1.1.3 氯堿化工產業(yè)鏈

氯堿工業(yè)是以鹽和電為原料生產燒堿、氯氣、氫氣的基礎原材料工業(yè)，產品種類多，關聯度大，具有較高的經濟延伸價值。氯堿工業(yè)產業(yè)鏈流程見圖2。

氯堿工業(yè)產業(yè)鏈的電能替代主要是在提純氯氣的冷卻環(huán)節(jié)通過“電代蒸汽”，將企業(yè)生產中提純氯氣所使用的溴化鋰制冷機組改為以電能為原動力的螺桿機制冷機組。

圖2 氯堿工業(yè)產業(yè)鏈

溴化鋰吸收式制冷機是利用不同溫度下溴化鋰水溶液對水蒸氣的吸收與釋放來實現制冷的，常用熱源為蒸汽、熱水、燃氣、燃油等，蒸汽一般由燃煤鍋爐來提供。

螺桿機制冷機組只要在有電源的情況下就可以工作，工作時由壓縮機排出的高溫高壓制冷劑氣體進入冷凝器被冷凝成中溫過冷液體，經低溫膨脹閥節(jié)流降壓變成低溫低壓的汽液兩相混合物進入蒸發(fā)器，在其內蒸發(fā)并吸收流經蒸發(fā)器的載冷劑的熱量，使流經蒸發(fā)器的載冷劑得以降溫，制冷劑汽化后蒸汽再被壓縮機吸入，不斷循環(huán)，從而達到降溫目的[7]。

1.2 典型工業(yè)電能替代競爭力分析

為了對電能替代方案的競爭力進行定量研究，通過公式(1)計算以電能替代其他能源的臨界銷售電價Pe，再將臨界銷售電價與該行業(yè)所適用的目錄電價進行比較，得到用電的競爭力評價指標ΔP，若競爭力指標為正，則該種電能替代具有競爭力。

(1)

ΔP=P-Pe

(2)

式中：Qe為用電的熱值；Q0為所替代能源的熱值；ηe為用電的效率；η0為所替代能源的效率；P0為所替代能源的用能價格。

在基于臨界銷售電價分析競爭力不足時，可以基于壽命周期，考慮電能替代初期設備投資的區(qū)別進一步分析全壽命周期的效益對比競爭力。

2 算例分析

2.1 自備電廠

A公司火電機組在8個月內可提供發(fā)電量4.5億kWh，若以新能源與自備電廠置換，企業(yè)可在大工業(yè)銷售電價基礎上獲得讓利0.297 8元/kWh。為計算方便，將大工業(yè)基本電價折算到電度電價上，得到企業(yè)獲得讓利前的電價，再扣除讓利0.297 8元/kWh，得到讓利后的實際電價見表2。

全國擁有自備電廠的企業(yè)平均用電成本為0.24元/kWh，以平均用電成本作為A自備電廠的臨界電價。分別得出高峰、平段、低谷3個時段的競爭性比較如表2所示，競爭性比較為正則表示可以替代。

表2 自備電廠電能替代的經濟評價

可以看出，平段與低谷時段進行電能替代都是可行的，高峰時段進行電能替代競爭力不足。這一方面是由于其用電高峰電價約為低谷電價的3倍，而關停燃煤機組與新建電源項目之間往往存在時間差，高昂的電價會使得企業(yè)負擔過重；另一方面，由于自備電廠發(fā)電成本相對較低導致“以電代煤”的臨界電價相對較低。

2.2 西氣東輸電加壓

西氣東輸電加壓的電價按現行大工業(yè)電價計算，為兩部制電價。年用電實際負荷約5 500 kW，耗電量為每年4 818萬kWh，全年無間斷工作，因此可按照高峰∶平段∶谷段為8∶7∶9的比例，將基本電價與電度電價折算為大工業(yè)用電實際電價，實際電價見表3。

對于西氣東輸電加壓代天然氣加壓項目，電機驅動和燃氣輪機驅動的效率分別為95.8%和35%，天然氣的熱值為3.57×107 J/m3，電的熱值為3.6×106 J/kWh，天然氣的價格為1.5元/m3，利用公式(1)計算得到電機替代燃氣輪機的臨界銷售電價為0.414 0元/kWh，分別得出高峰、平段、低谷三個時段的競爭性比較如表3所示。

表3 西氣東輸電加壓電能替代的競爭力分析

可以看出，西氣東輸電加壓的電能替代競爭力不足。這一方面是由于用電高峰電價較高且西氣東輸加壓站需要無間斷工作；另一方面由于天然氣熱值較高導致“以電代氣”的臨界銷售電價相對較低。但考慮到價差接近于零，且變頻電機的造價遠低于燃氣輪機，因而，可以通過改變商業(yè)模式或政策激勵來實現電機驅動取代燃氣輪機驅動，如鼓勵國產電驅壓縮機的發(fā)展來取代目前進口機組，降低企業(yè)的采購成本來鼓勵企業(yè)更換機組。

2.3 氯堿化工產業(yè)鏈

由于各地氯堿化工產業(yè)鏈的產品差異較大，以B市氯堿化工循環(huán)產業(yè)鏈為例測算氯堿化工產業(yè)鏈的經濟性。B市氯堿化工循環(huán)產業(yè)鏈為焦碳—電石—PVC—電石廢渣—水泥—公司井下填充的循環(huán)經濟產業(yè)鏈。產業(yè)鏈中電石、燒堿與PVC產品涉及電能替代。

由于氯堿化工產業(yè)鏈的電能替代為“電代蒸汽”，而蒸汽一般由燃煤產生，因此可以利用公式(1)計算電能替代燃煤的臨界電價。溴化鋰制冷機組與螺桿機制冷機組的效率比為0.8∶4.7，動力煤的熱值為1.89×107 J/kg，電的熱值為3.6×106 J/kWh，動力煤的價格為0.4元/kg，得出電能替代燃煤的臨界電價為0.447 619元/kWh。

可以計算出B市分別生產電石、燒堿、PVC的競爭性比較如表4所示。

表4 B市生產電石、燒堿、PVC的競爭性比較

可以看出，B市氯堿產業(yè)鏈生產電石、燒堿、PVC均可以用電能替代技術，這主要是由于氯堿工業(yè)產業(yè)鏈的發(fā)展得到了政府的支持。

因此，氯堿工業(yè)下游產品的企業(yè)可以通過各種方式聯合，形成一定規(guī)模的生產經營集團，從而降低成本，提高效益，增強企業(yè)的市場競爭能力及抗風險能力。政府也應當通過政策調整實現氯堿行業(yè)有效調控，避免產能擴張過快導致產品價格走低。

3 結論

通過對3種典型工業(yè)行業(yè)電能替代技術的經濟分析可以看出，自備電廠電能替代在高峰時段用電較為昂貴，且由于企業(yè)需要生產經營，不可避免會用到峰電，可以通過電力市場交易平臺促進雙方的直接交易與電能替代。西氣東輸電加壓需要全天用電，經測算，其用電成本略高于采用燃氣，若將電加壓企業(yè)納入新能源直購電企業(yè)的范圍，將大大降低其用電成本。氯堿工業(yè)產業(yè)鏈的電能替代在用電成本上較經濟，因而對于該行業(yè)的電能替代主要通過完善示范區(qū)建設與加強宣傳推廣來實現。

[1] 許睿超, 羅衛(wèi)華.大規(guī)模風電并網對電網的影響及抑制措施研究[J]. 東北電力技術, 2011, 32(2):1-4.

[2] 王 野, 鄧 楠, 楊劍永,等. 利用低溫省煤器吸納棄風電量研究[J]. 東北電力技術, 2016, 37(5):27-30.

[3] 郭文英, 田曉濤. 國網寧夏電力積極推動新能源替代燃煤自備電廠發(fā)電開拓電力市場[J]. 電力需求側管理, 2016, 18(2):60-60.

[4] 周 競, 王 珂, 王維洲,等. 自備電廠參與新能源消納的交易模式效益分析及應用探討[J]. 電力系統自動化, 2016, 40(14):145-150.

[5] 劉 平. 我國燃氣輪機發(fā)電技術的發(fā)展現況與展望[J]. 大科技, 2013, 16(13):68-69.

[6] 林 森, 董昭旸, 康 焯,等. 西氣東輸二線電驅壓縮機組驅動方式比選[J]. 油氣儲運, 2012, 31(6):470-472.

[7] 劉 旺, 張云海. 螺桿式氟利昂制冷機組的應用[J]. 中國氯堿, 2005, 24(9):24-25.

Analysis on Competitive Power of Electricity Substitution in Typical Industries Based on Critical Power Price

CHEN Rongjun, HE Yongxiu

(School of Economics and Management, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

The detailed technical analysis on three typical industries is conducted and the competitiveness of electric power replacement is calculated respectively by using critical price model. The results show that closing down self-generation power plant and using electric power in chlor-alkali chemical industry chain are competitive, while using electric power in pressure station shows in contrast.

electric power substitution;technological economy;competitiveness

F426.61

A

1004-7913(2017)02-0015-03

陳蓉珺(1994)，女，在讀碩士，從事技術經濟及管理相關研究。

2016-11-30 )