电能成本分析毕业论文.doc
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1、1 绪论1.1 中国电力系统的现状改革开放以来,在国家一系列加快电力发展政策的鼓励下,我国的电力工业取得了举世瞩目的成就,到1998年底,全国发电总装机容量达到2.71亿KW,年发电量达到11600亿KWh,均居世界第二位,持续多年的严重缺电局面得到了缓解,电力发展也基本上满足了国民经济发展的需要。但是近年来,随着电力工业的快速发展和经济结构的调整,全国用电量增长明显趋缓,发电量增长速度从1994年以来逐年下降 (1994年 10.9,1995年8.52,1996年7.19,1997年5.1),特别是1997年以来,由于受东南亚金融危机和国内多年来积累起来的经济、社会结构性矛盾的影响,总体宏观
2、环境不好,消费需求不旺,全国各地均不同程度的出现了电力相对过剩现象,一些地方用电甚至出现负增长。据统计,1998年全国新增发电装机容量约为2000万KW,扣除停运的机组容量约300万KW, 1998年实际净增装机容量约170万KW,增长速度约为7,而发电量增长仅为2.5左右,电力需求明显不足,装机容量过剩。据初步估算,全国目前富余装机容量在2000万到3000万KW之间1,2。中国电力工业一夜间己经由卖方市场转变成买方市场,为了适应当前的电力经营形势,进行电力改革,在工业运转中引进竞争机制,发展电力市场,是中国电力工业克服困难,继续发展的必经之路3,4。1.2 电力市场的概念1电力市场的定义5
3、,6:电力市场是采用法律、经济等手段,本着公平竞争、自愿互利的原则,对电力系统中发电、输电、供电、用电等各成员组织协调运行的管理机制和执行系统的总和。电力市场的基本特征是开放性、竞争性、计划性和协调性。由上可知,电力市场是一种管理机制。这种机制与传统的行政命令的机制不同,是主要采用经济的手段进行管理。所以电力市场的基本原则是公平竞争、自愿互利。同时,电力市场还是体现这种管理机制的执行系统,包括贸易场所、计量系统、计算机系统、通信系统等。2电力市场的基本特征7是:开放性、竞争性、计划性和协调性。与传统的垄断电力系统相比,电力市场具有开放性和竞争性的特征。与普通的商品市场相比,电力市场具有计划性和
4、协作性的特征。电力系统是相互紧密联系的,任一成员的操作,均将对电力系统产生影响。所以要求电力市场中的电力生产、使用、交换具有计划性。同时由于电力系统要求随时做到供求平衡,所以需要电力市场中的供求者之间,供应者与用户相互协调。3电价是电力市场的杠杆和核心内容,电力市场采用经济手段管理各成员,电价则是体现管理思想的工具。所以确定电价原则、计算贸易电价是电力市场的重要内容。4运转8,9:运转业务是电力市场重要的贸易形式。开展运转业务是引进竞争、体现公平原则的手段,同时运转也是开放电力市场的标志。5用户:电力市场与传统的电力系统相比,提高了用户的地位。在传统的电力系统中,用户被视为被动的负荷;而在电力
5、市场中,用户具有能动性。1.3 国内外电力市场介绍1国内电力市场现状10,11:目前我国电网要求以省局为经济实体,进行独立核算。因此互联电网的功率交换,涉及到各省网的经济效益。由于电价长期偏低,影响了供电方的积极性,妨碍了省网间的功率交换。所以,作为对电力市场的尝试,浙江和安徽两省分别建立了模拟电力市场。模拟电力市场采用了发电、供电和中心调度三级管理模式,其中,中心调度依据日负荷预测数据及各发电厂的上网电价,编制各发电厂的发电计划和各供电局的供电计划,事后根据实际运行情况,对发电厂和供电局进行考核结算。各发电厂的上网电价及上网峰谷电价是由省局财务处根据各发电厂的具体清况制定的,因此各发电厂的上
6、网电价是不同的。模拟电力市场打破了我国电力企业长期以来统一核算、利益均匀的经营模式,是一种有益的尝试。但也存在一些不足,主要体现在:(1)在电力市场的经营模式上 未建立完善的电力市场运营机构,而是临时由发、输、供电各部门商定一些基本原则,由调度部门负责日常运行工作,只能对发电厂、供电局进行业绩考核,未能真正开展电力市场业务。(2)在电价制订上 局限在传统的综合成本的收支平衡上,从而各电厂电价不一样,成本低的发电厂电价低,成本高的发电厂电价高,存在一定的不合理性。2国外电力市场 英国电力市场简介12,13,14,15:在英国电力市场中,发、输、供电完全分开。电力市场中的贸易方式,分为参加电力联合
7、运营中心贸易和签定直接合同两种。参加电力联合运营中心贸易时,发电厂直接将电力卖给电力联合运营中心,大用户直接从电力联合运营中心购电;采用签定直接合同贸易方式时,发电厂可以与大用户、地区电力公司或许可证单位直接签订合同,用户可以选择从地区电力公司、持许可证单位购电,或从本地及其它电网的电厂购电。为了保证所有电力市场的参与者可以平等使用电网,防止电网所有者利用垄断地位限制市场贸易,英国电力市场很显著的特点是将高压输电网全部归国有,由国营公司经营管理,并在电力法中明确规定,电网必须在安全运行的前提下,向所有电力市场成员开放。这样,电网承担了大量的运转业务。1.4 本文的主要工作 电能成本分析是制定实
8、时电价和长期电价预测的基础,是电力市场理论研究中待解决的问题。目前国内外这方面的研究工作才刚刚开展起来,不但缺乏系统的理论阐述,也缺乏符合我国实际情况的模型和算法。本论文从微观经济学的基本概念和方法出发,应用数学优化理论,系统地阐述了电能短期成本分析和发电机组的成本分析及算法。(1)对电能成本问题的分析,它包括成本最小化问题,电能长期成本与短期成本,固定成本与准固定成本,平均成本与边际成本。分析影响电能短期成本的因素。(2)对电能成本的构成进行阐述,指出发电煤耗是影响电能短期成本的主要因素。构建发电机组成本模型和发电厂成本模型,在考虑启动费用的条件下,推导发电机组平均成本曲线和边际成本曲线以及
9、发电厂平均成本曲线和边际成本曲线。 (3)对发电厂的固定成本和可变成本的数据进行采集,用MATLAB对生产总成本,单位可变成本和单位固定成本数据进行了拟合求出相应的曲线。用MATLAB拟合了发电机组煤耗特性曲线。2 电能成本问题电能成本分析问题必须从微观经济学的概念和方法出发并考虑电力系统本身的特点,本节介绍微观经济学中生产成本最小化问题和生产成本的相关概念16。2.1 成本最小化问题 假设有两个生产要素,价格分别为w1和w2对于给定的产量y,我们要寻找最经济的生产方案。设两个生产要素的用量分别为x1和x2,而生产函数为f(x1,x2)。成本最小化问题为: (2.1) 成本最小化问题的解要达到
10、预期产量所必需的最小成本,取决于w1,w2和y的值,因此可以写作C(w1,w2,y),称之为成本函数。成本函数给出了当生产要素价格为(w1,w2)时生产y单位产出的最小成本。由于我们最关心的是成本函数与产出变量的关系。大多数情况下我们把生产要素价格当成预先给定的固定值,认为成本只决定于公司的产量选择,因此我们可以把成本函数写成仅仅是产量的函数:c(y)2.2 电能长期成本与短期成本 成本函数定义为对于给定产量的最小成本。经常有必要区分两种不同的最小成本,即公司可以调整所有的生产要素时的最小成本和公司只能调整部分生产要素时的最小成本。短期的定义为一个时期,在这个时期内一些生产要素的用量必须是固定
11、的。而在长期内所有生产要素都是可变的。短期成本函数则定义为只调整可变生产要素时,对应于给定产量的最小成本。而长期成本函数给出在调整所有生产要素时,对应于给定产量的最小成本。假设在短期内生产要素2的用量固定在某预先确定的,但是在长期内它是可变的。因此短期成本函数定义为: (2.2)长期成本函数定义为: (2.3) 这里两个生产要素都可以自由变化。长期成本只取决于生产要素价格和产量水平。2.3 固定成本与准固定成本 首先区分固定生产要素和准固定生产要素。固定生产要素指不管有无产出都要支付费用的生产要素。准固定生产要素指只有当公司产量大于0时才需支付费用。很自然可以用类似的方式来定义固定成本和准固定
12、成本。固定成本是与固定生产要素相关的生产成本:它们与产出水平无关,特别是无论公司有无产出它们都要被支付。准固定成本也与产出水平无关,但只有公司产量为正值时才需被支付。从定义上来说,没有长期的固定成本。但是可能存在长期的准固定成本。如果在生产任何大于0的产量之前都需支付一定数量的费用,就会存在准固定成本。2.4 平均成本与边际成本 公司的某些成本与产量水平无关,即固定成本。其他成本随产出的变化而变化,即可变成本。公司的总成本可以写成固定成本F和可变成本之和。 (2.4) 平均成本函数给出单位产出的成本。平均可变成本函数给出单位产出的可变成本,而平均固定成本函数给出单位产出的固定成本。 (2.5)
13、其中AC(y)为平均成本,AVC(y)为平均可变成本,AFC(y)为平均固定成本。图2.1为平均成本曲线的形状。图2.1(a)平均固定成本函数的曲线形状无需多加解释。考虑平均可变成本函数,如果当产出规模增加时,我们能用更有效的方式来组织生产,最初平均可变成本可能下降。但由于存在固定生产要素,它们最终将对生产过程造成限制,所以平均可变成本曲线最终将上升,如图2.1(b)。平均成本曲线为这两条曲线相加,所以呈现出U形,如图2.1(c)。图2.1平均成本曲线的构成 边际成本定义为生产成本对产量的变化率: (2.6) 由于,当产量变化时,固定成本不会改变,边际成本也可用可变成本函数来定义: (1.7)
14、边际成本与平均成本的关系见图2.2。在0点边际成本曲线和平均可变成本曲线是重合的。在平均可变成本曲线的下降段,边际成本必定小于平均可变成本,在平均可变成本曲线的上升段,边际成本大于平均可变成本,而边际成本曲线与平均可变成本曲线相交于平均可变成本曲线的最小点。 图2.2边际成本与平均成本2.5 小结 电能成本问题对成本计算的一个介绍,它包括成本最小化问题,电能长期成本与短期成本,固定成本与准固定成本,平均成本与边际成本。这些计算成本的方法是对电能成本分析的一个理论基础。还指出了影响电能短期成本的因素。3 发电机组成本分析发电机组的成本分析分静态分析和动态分析。静态分析是确定基本电价的基础,也是评
15、估一台发电机组投产以后经济性的依据。在计划经济模式下,机组上网电价的确定就是以静态分析为主。动态分析是在市场环境下确定发电机组上网报价的依据。主要是对发电机组煤耗特性和机组组合与负荷优化分配进行分析。本章重点对发电机组的成本进行静态分析,并对发电机组的煤耗特性进行定性分析17。 3.1 发电成本的静态分析发电成本构成和计算方法发电成本一般由可变成本和固定成本构成。对于火电机组来说,可变成本主要是指生产费用,其中包括燃料费用和厂用电损耗等;固定成本包括财务费用、发电利润、发电税金等。为总成本,为生产费用或者可变成本,为固定成本。3.1.1 可变成本计算方法 (3.1)式中,为燃料成本。在成本分析
16、中,燃料成本一般以机组设计燃料消耗为基础进行测算和分析,但是由于燃料成本是生产成本中所占比重最大的一部分,因此在研究生产成本时重点对燃料成本进行分析,特别是在机组变工况运行时,单位发电燃料成本是影响机组成本最关键的因素,这在下一节重点讨论。为水费,一般是按设计的耗水量以及当地政府部门按国家有关审批原则规定的水价来测算,水价受地区不同有较大差异,但是水费在整个生产成本中所占比例较小,因此,一般以固定的费用来计算。为材料消耗费,一般也是以平均值进行测算。工人工资福利费,它是根据新建电厂定员人数以及国家规定的工资水平和福利费提取比例进行测算。为折旧费,它是以固定成本原值为基础,按照综合折旧率进行测算
17、。为大小修费用。购电费用,是指在电厂停发期间向电网购电的费用。为其它费用,它包括办公费、水电费、差旅费、低值易耗品摊销费、劳动保护费、职工教育费、保险费等等。在成本分析中,这些费用也是以平均的固定值出现。3.1.2 固定成本计算方法 1财务费用的计算方法财务费用一般是指贷款利息和汇兑损益,贷款利息包括长期贷款利息和流动资金贷款利息;汇兑损益是指合资合同规定的由中方承担汇兑风险的损益部分。其计算方法是: (3.2)式中,为财务费用,为长期贷款利息,流动资金贷款利息, 为当年汇兑损益分摊额。 (3.3)其中,为形成固定资产的长期贷款余额,贷款利率,当年应还贷款本金,为贷款年限2发电利润的计算方法
18、(3.4)式中,为发电利润,还贷利润,资本金受益 (3.5)当年应还贷本金,当年折旧还贷额,所得税率。 (3.6) 资本金余额, 资本金收益率3发电税金的计算方法发电税金包括发电环节增值税、城建税、和教育附加费。其计算公式为: (3.7)式中,为发电税金, 为成本费用, 为发电利润,进项税扣除额, 为增值税率,为城建税和教育附加费率。3.1.3 电价计算 (3.8)为机组预期上网电价,为设计运行小时数,为机组额定出力。通过以上分析,就可以初步确定机组的基本上网电价。对于一台新建机组,通过以上分析方法可以对机组投产后的经济性进行评估,以便进行项目可行性论证。32 发电可变成本煤耗特性曲线分析发电
19、煤耗是影响生产成本的关键因素。虽然发电厂建成投产后,机组的煤耗特性是基本不变的,但是如果掌握了每台机组的煤耗特性,就可以根据不同机组性能,合理安排机组带出力,达到全厂机组运行最优,实现降低成本的目的。3.2.1 煤耗特性曲线 发电机组的煤耗特性曲线随机组容量不同21、机组运行时间不同有较大差别。一般在发电厂机组投入运行后或者机组经过大小修后,要进行热力试验,通过试验,检验机组的热效率,以此为基础,可以得到机组的煤耗特性曲线。通过大量的试验和分析,机组的煤特性曲线比较复杂,特别是在启动区,不能用线性方法进行分析。但是,由于机组在启动区运行时间较短,主要在经济区(或者叫额定区)运行,在这一区间运行
20、时,煤耗特性曲线为近似的二次曲线,为了分析方便,大家通常都用二次曲线来描述机组的煤耗特性曲线。其模型为: (3.9)式中,为煤耗量,或者称煤耗成本,它是机组负荷的函数为机组所带负荷,、为成本系数。若发电厂有台机组运行,则总的煤耗特性曲线为: (3.10) 式中为发电厂总煤耗量,为第台发电机所带负荷用图形曲线描述的煤耗特性曲线如图3.1所示。 图3.1 机组煤耗曲线 3.2.2 厂用电特性曲线 在火电厂中,厂用电负荷较大,一般占发电负荷的68之间,在非额定区,厂用电负荷所占比例更大,因此,有必要对厂用电负荷特性曲线进行单独研究。厂用电量与发电负荷有一定的函数关系,一般情况下,也可以用二次函数来描
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