CN104281922A - 考虑污染物排放的火电机组节能综合评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑污染物排放的火电机组节能综合评价方法，包括步骤：获得火电机组一段时间内的供电煤耗b_g，然后将所消耗煤折算成标煤的价格c₀；计算火电机组这段时间内的环境成本c_e；得出火力发电机组每发一度电所需要的总成本为：将总成本转化为供电煤耗，得到综合供电煤耗；计算综合能耗因子和环境损耗因子。本发明的指标可以定量的反映火电机组整体的经济性和环保性，该方法可以为电网的节能优化调度提供科学依据，对国家节能减排政策的实施具有重要意义，而且计算简单，容易理解，工程应用方便。

Description

考虑污染物排放的火电机组节能综合评价方法

技术领域

本发明属于火电机组节能综合评价技术领域，尤其是一种考虑污染物排放的火电机组节能综合评价方法。

背景技术

随着我国节能减排力度的不断加大，火力发电的节能调度也提上日程。长期以来，发电企业一直使用供电煤耗来评价火力发电的节能效果，而对环境等因素考虑较少。然而，供电煤耗并不能全面反映电厂的节能减排效果，还要考虑污染物排放等其他因素。例如，脱硫和脱硝系统的投运会使机组的供电煤耗增加，但是由于减少了NOx和SO₂等污染物排放，会带来很好的社会效益。可以看出，科学合理地评价火力发电企业的节能减排效果，对国家实施节能减排政策以及电网企业执行节能调度，都具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种考虑污染物排放的火电机组节能综合评价方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种考虑污染物排放的火电机组节能综合评价方法，包括步骤如下：

第一步，获得火电机组一段时间内的供电煤耗b_g，然后将所消耗煤折算成标煤的价格c₀；

第二步，计算火电机组这段时间内的环境成本c_e，环境成本c_e包括：在火力发电生产过程中治理污染物排放的成本和污染物排放给环境带来的损失，计算步骤如下：

(1)获得该机组环保设备的总投资C_TI，将总投资C_TI在电厂运行寿命期内均摊，按等额支付原则得到年均投资为：

C_aI＝C_TI×i(1+i)ⁿ/[(1+i)ⁿ-1]       \*MERGEFORMAT(1)

式中i为折现率，n为电厂运行寿命年数，那么平均每度电对应的环保设备投资成本为：

c_I＝C_aI/W_a                 \*MERGEFORMAT(2)

式中W_a为年平均发电量，

计每度电的环保设备运行维护成本为c_M，那么在火电厂运行寿命期内机组治理污染物排放的成本为：

c_e1＝c_I+c_M           \*MERGEFORMAT(3)；

(2)计算这段时间内火力发电的环境损失，包括①污染物排放所造成环境质量下降和环境污染所导致的非环境方面的损失，②向环保部门缴纳的排污费，公式表示为：

$c_{e2}=(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(V_{\mathrm{ei}}{Q}_i\right)+C_p)/W,\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(4\right)$

式中V_ei为第i项污染物的环境价值，Q_i为第i项污染物的排放量，N为火电机组主要污染物种类数，C_p为该段时间内总的排污费；

(3)计算该机组在这段时间内的环境成本为：

c_e＝c_e1+c_e2               \*MERGEFORMAT(5)

第三步，利用第一，第二步的结果得出火力发电机组每发一度电所需要的总成本为：

c＝b_g×c₀+c_e            \*MERGEFORMAT(6)

第四步，将总成本转化为供电煤耗，可以得到综合供电煤耗

$b_z=\frac{c}{c_0}=b_g+b_e,\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(7\right)$

第五步，计算综合能耗因子和环境损耗因子，其中综合能耗因子定义为一定时间内的综合供电煤耗与实际供电煤耗的比值，环境损耗因子定义为一段时间内环境折算煤耗与实际煤耗之比，

$\mathrm{\θ}=\frac{b_z}{b_g}=\frac{b_g+b_e}{b_g}=1+\mathrm{\δ},\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(8\right)$

$\mathrm{\δ}=\frac{b_e}{b_g},\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(9\right)$

其中θ为综合能耗因子，δ为环境损耗因子。

而且，所述第二步(1)步中的计每度电的环保设备运行维护成本为c_M，的具体方法为：电厂运行寿命年数内总的维护成本除以总的发电量。

而且，所述第二步(2)步中的V_ei为第i项污染物的环境价值，是以防护费用作为该污染物的单位环境价值。

本发明的优点和积极效果是：

本发明可以合理综合地评价火电机组的节能减排性能，为电网节能调度提供依据，为节能减排政策的实施提供解决方案，计算方法简单方便。

附图说明

图1是本发明综合评价方法的流程图；

图2是本发明实例中某地四个电厂的环境成本折算煤耗；

图3是本发明实例中某地四个电厂供电煤耗和综合供电煤耗对比图。

具体实施方式

以下对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种考虑污染物排放的火电机组节能综合评价方法，包括步骤如下：

第一步，获得火电机组一段时间内的供电煤耗b_g，然后将所消耗煤折算成标煤的价格c₀；

第二步，计算火电机组这段时间内的环境成本c_e，这里环境成本是指在火力发电生产过程中治理污染物排放的成本和污染物排放给环境带来的损失，计算步骤如下：

(1)获得该机组环保设备的总投资C_TI，包括脱硫、脱硝、除尘设备，将初始时刻投资在电厂运行寿命期内均摊，按等额支付原则得到年均投资为：

C_aI＝C_TI×i(1+i)ⁿ/[(1+i)ⁿ-1]   \*MERGEFORMAT(1)

式中i为折现率，n为电厂运行寿命，那么平均每度电对应的环保设备投资成本为：

c_I＝C_aI/W_a                    \*MERGEFORMAT(2)

式中W_a为年平均发电量，每度电环保设备运行维护成本为c_M，电厂运行寿命年数内总的维护成本除以总的发电量。那么在火电厂运行寿命期内机组治理污染物排放的成本为：

c_e1＝c_I+c_M                    \*MERGEFORMAT(3)；

(2)在环境经济学研究中，普遍认为用环境价值来衡量环境损失更合理，但是从电网调度的角度出发，火力发电厂虽然缴纳了排污费，但是仍然排放了污染物，给环境造成了损失，因此，计算火力发电的环境成本不仅要考虑排污费，还要考虑排放污染物的环境价值，该机组的环境损失由两部分组成：①污染物排放所造成环境质量下降和环境污染所导致的非环境方面的损失，如环境污染引起的农业减产，环境污染造成人体健康损害；②向环保部门缴纳的排污费，因此，这段时间内火力发电的环境损失为

$c_{e2}=(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(V_{\mathrm{ei}}{Q}_i\right)+C_p)/W,\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(4\right)$

式中V_ei为第i项污染物的环境价值，Q_i为第i项污染物的排放量，N为火电机组主要污染物种类数，C_p为该段时间内总的排污费，

(3)该机组在这段时间内的环境成本为：

c_e＝c_e1+c_e2                \*MERGEFORMAT(5)

第三步，利用步骤1-2的结果得出火力发电机组每发一度电所需要的总成本为：

c＝b_g×c₀+c_e             \*MERGEFORMAT(6)

第四步，将总成本转化为供电煤耗，可以得到综合供电煤耗

$b_z=\frac{c}{c_0}=b_g+b_e,\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(7\right)$

第五步，计算综合能耗因子和环境损耗因子，定量的表征机组的节能减排性能，其中综合能耗因子定义为一定时间内的综合供电煤耗与实际供电煤耗的比值，环境损耗因子定义为一段时间内环境折算煤耗与实际煤耗之比，

$\mathrm{\θ}=\frac{b_z}{b_g}=\frac{b_g+b_e}{b_g}=1+\mathrm{\δ},\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(8\right)$

$\mathrm{\δ}=\frac{b_e}{b_g},\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(9\right)$

其中θ为综合能耗因子，δ为环境损耗因子。

实例

本实施例为对某地区火电机组进行综合评价，如图1所示，应用该方法时不仅需要知道该机组的运行数据，还需要获得环保设备投资和维护费用，然而与环保设备相关的数据很难得到或者近似估计。一方面，环保设备的初始投资涉及电厂的商业机密，一般无法获取；另一方面，环保设备的运行维护费用不定，随着的寿命的增加而增加，难以准确估计，因此，本实施例中的环境成本仅考虑环境损失。

第一步，取出一段时间n个月内机组运行数据：烟囱入口SO2浓度ρ₁、烟囱入口NOx浓度ρ₂、烟气流量q、机组电负荷w和供电煤耗b_g，以时间间隔为△t，共s个数据点，计算该机组用煤折算成标煤价格c₀；

第二步，计算该段时间内SO2的排放量：

Q₁＝∑ρ₁q△t       \*MERGEFORMAT(10)

NOx的排放量：

Q₂＝∑ρ₂q△t           \*MERGEFORMAT(11)

总发电量：

W＝∑w△t                   \*MERGEFORMAT(12)；

第三步，第j个月SO2的排放量为：

Q(1,j)＝∑ρ₁(j)q(j)△t    \*MERGEFORMAT(13)

第j个月NOx的排放量：

Q(2,j)＝∑ρ₂(j)q(j)△t    \*MERGEFORMAT(14)

第j个月SO2排放平均浓度为：

ρ(1,j)＝Q(1,j)/∑q(j)△t    \*MERGEFORMAT(15)

第j个月NOx排放平均浓度：

ρ(2,j)＝Q(2,j)/∑q(j)△t    \*MERGEFORMAT(16)

将ρ(1,j)、ρ(2,j)代入下式分别求出第j个月SO2和NOx的差别化排污系数k(1,j)、k(2,j)，

$k(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}1& (0.9{\mathrm{\&rho;}}_0<\mathrm{\&rho;}(i,j)\&le;{\mathrm{\&rho;}}_0)\\ 0.9& (0.8{\mathrm{\&rho;}}_0<\mathrm{\&rho;}(i,j)\&le;0.9{\mathrm{\&rho;}}_0)\\ 0.8& (0.7{\mathrm{\&rho;}}_0<\mathrm{\&rho;}(i,j)\&le;0.8{\mathrm{\&rho;}}_0)\\ 0.6& (0.6{\mathrm{\&rho;}}_0<\mathrm{\&rho;}(i,j)\&le;0.7{\mathrm{\&rho;}}_0)\\ 0.5& (0.5{\mathrm{\&rho;}}_0<\mathrm{\&rho;}(i,j)\&le;0.6{\mathrm{\&rho;}}_0)\\ 0.4& (\mathrm{\&rho;}(i,j)\&le;0.5{\mathrm{\&rho;}}_0)\\ 2& (\mathrm{\&rho;}(i,j)>{\mathrm{\&rho;}}_0)\end{array}\right.,\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(17\right)$

上式中ρ(i,j)为第i项污染物第j月的平均排放浓度，ρ₀为该项污染物的排放标准；

第四步，第i项污染物第j月的排污费为C_p(i,j)

C_p(i,j)＝k(i,j)·C(i)·Q(i,j)    \*MERGEFORMAT(18)

式中C(i)为第i项污染物的排污收费标准，Q(i,j)为第i项污染物第j月的排放量，则从第1月到第n月该项污染物的排污费为：

$C_p\left(i\right)=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_p(i,j),\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(19\right)$

那么该地区火电机组总排污费为：

环境成本为：

$c_e=\frac{(\underset{m=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(V_{\mathrm{em}}{Q}_m\right)+\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}k(i,j)\&CenterDot;C\left(i\right)\&CenterDot;Q(i,j))}{W},\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(21\right);$

第五步，发电成本为：

c＝b_g×c₀+c_e    \*MERGEFORMAT(22)

综合供电煤耗为：

                        \*MERGEFORMAT(23)；

第六步，计算综合能耗因子：

$\mathrm{\&theta;}=\frac{b_z}{b_g}=\frac{b_g+b_e}{b_g},\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(24\right)$

环境损耗因子：

$\mathrm{\&delta;}=\frac{b_e}{b_g},\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(25\right)$

国家有关部门已经出台了详细的排污费征收法规，而对于污染引起的环境质量下降，则很难获取直接评估环境损失所需的定量数据，因此，常常以防护费用来间接作为污染物的单位环境价值,综合考虑国内各种污染物的处理费用、排放总量和排污费征收标准，评估得出目前中国火力发电过程中排放SO2、NOx的环境价值标准，如表1所示，

表1

近年来，国家和地方出台了越来越严格的环保法规，环保部新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》提高的SO2和NOx的排放浓度标准，如表2所示，

表2

以本实施例所在的某地为例，某地是四大直辖市之一，环保要求一直很高，最新出台的《关于二氧化硫等4种污染物排污费征收标准调整及差别化收费实施细则》提高了SO2和NOx排污费的征收标准，如表3所示，

表3

本实施例中，对某地区四个火电厂的火电机组进行综合评价，得到各发电厂环境成本折算煤耗率如图2所示。由图中可以看出，不同电厂环境成本所折算的煤耗在5g/kWh-50g/kWh范围内变化，相对于平均供电煤耗率来说不能忽略。环境成本从低到高依次是A、C、D、B，如果以环境成本最低为目标，那么电网调度应该按照以上次序优先分配负荷，但是这没有考虑发电成本，显然不符合市场经济运行的规律。

图3是利用本发明对某地四个电厂进行综合评价得到的供电煤耗和综合供电煤耗的对比，从图中不难看出，供电煤耗从高到低依次是C、B、A、D，但是综合供电煤耗从低到高是C、A、D、B。单从发电经济性角度来说，C、B、A、D依次最好，但是综合考虑发电成本和环境成本，C、A、D、B依次最好。电网调度可直接按C、A、D、B次序分配负荷，或者依照此顺序多分配负荷，从而使火力发电综合效益最大化。因此，综合考虑环境成本后得到的结果更科学，综合供电煤耗可以为电网节能调度决策提供依据。

Claims (3)

1.一种考虑污染物排放的火电机组节能综合评价方法，其特征在于包括步骤如下：

第一步，获得火电机组一段时间内的供电煤耗b_g，然后将所消耗煤折算成标煤的价格c₀；

第二步，计算火电机组这段时间内的环境成本c_e，环境成本c_e包括：在火力发电生产过程中治理污染物排放的成本和污染物排放给环境带来的损失，计算步骤如下：

(1)获得该机组环保设备的总投资C_TI，将总投资C_TI在电厂运行寿命期内均摊，按等额支付原则得到年均投资为：

C_aI＝C_TI×i(1+i)ⁿ/[(1+i)ⁿ-1]\*MERGEFORMAT  (1)

式中i为折现率，n为电厂运行寿命年数，那么平均每度电对应的环保设备投资成本为：

c_I＝C_aI/W_a   \*MERGEFORMAT  (2)

式中W_a为年平均发电量，

计每度电的环保设备运行维护成本为c_M，那么在火电厂运行寿命期内机组治理污染物排放的成本为：

c_e1＝c_I+c_M   \*MERGEFORMAT (3)；

(2)计算这段时间内火力发电的环境损失，包括①污染物排放所造成环境质量下降和环境污染所导致的非环境方面的损失，②向环保部门缴纳的排污费，公式表示为：

$c_{e2}=(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(V_{\mathrm{ei}}{Q}_i\right)+C_p)/W,\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(4\right)$

式中V_ei为第i项污染物的环境价值，Q_i为第i项污染物的排放量，N为火电机组主要污染物种类数，C_p为该段时间内总的排污费；

(3)计算该机组在这段时间内的环境成本为：

c_e＝c_e1+c_e2   \*MERGEFORMAT (5)

第三步，利用第一，第二步的结果得出火力发电机组每发一度电所需要的总成本为：

c＝b_g×c₀+c_e   \*MERGEFORMAT (6)

第四步，将总成本转化为供电煤耗，可以得到综合供电煤耗

$b_z=\frac{c}{c_0}=b_g+b_e,\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(7\right)$

第五步，计算综合能耗因子和环境损耗因子，其中综合能耗因子定义为一定时间内的综合供电煤耗与实际供电煤耗的比值，环境损耗因子定义为一段时间内环境折算煤耗与实际煤耗之比，

$\mathrm{\&theta;}=\frac{b_z}{b_g}=\frac{b_g+b_e}{b_g}=1+\mathrm{\&delta;},\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(8\right)$

$\mathrm{\&delta;}=\frac{b_e}{b_g},\backslash *\mathrm{MERGEFORMAT}---\left(9\right)$

其中θ为综合能耗因子，δ为环境损耗因子。

2.根据权利要求1所述的考虑污染物排放的火电机组节能综合评价方法，其特征在于：所述第二步(1)步中的计每度电的环保设备运行维护成本为c_M，的具体方法为：电厂运行寿命年数内总的维护成本除以总的发电量。

3.根据权利要求1所述的考虑污染物排放的火电机组节能综合评价方法，其特征在于：所述第二步(2)步中的V_ei为第i项污染物的环境价值，是以防护费用作为该污染物的单位环境价值。