閆順林，谷 兵，艾書(shū)劍，田東旭

（華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 071003）

火電廠發(fā)電污染成本核算及敏感度分析

閆順林，谷 兵，艾書(shū)劍，田東旭

（華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 071003）

為了計(jì)算火電廠因排放污染物而產(chǎn)生的污染成本，提出了火電機(jī)組發(fā)電污染成本模型。模型考慮了污染防治成本和污染罰款成本這兩類(lèi)成本。結(jié)合具體實(shí)例計(jì)算污染成本，同時(shí)分析了排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)三個(gè)因素對(duì)污染成本的敏感性。結(jié)果表明：一方面，污染防治成本占比例較大，是污染罰款成本的6倍；另一方面，用于治理SO2的費(fèi)用占比例較大，而用于其他污染物治理的費(fèi)用占比例較??；此外，排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)對(duì)污染成本影響較大。

污染成本；污染防治成本；污染罰款成本；敏感度

0　引言

火電企業(yè)得到大力建設(shè)發(fā)展的同時(shí)向周邊的環(huán)境排放了大量的污染物，環(huán)境污染問(wèn)題日益突顯［1］。近年來(lái)，電力企業(yè)的環(huán)保意識(shí)不斷加強(qiáng)，許多火電機(jī)組改造加裝了脫硫脫硝除塵設(shè)備，大大減少了污染物的排放。此外，國(guó)家制定了各種管理措施、排污量限制標(biāo)準(zhǔn)，排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，其中，排污收費(fèi)是控制二氧化硫和二氧化氮污染的重要經(jīng)濟(jì)手段［2］。

經(jīng)濟(jì)性是火電廠重要的指標(biāo)之一，其核心是建立一個(gè)電廠經(jīng)濟(jì)成本模型，文獻(xiàn)［3-5］均建立了考慮排污罰款成本的火電廠經(jīng)濟(jì)模型，然而，這些模型都未將前期投資的環(huán)保設(shè)備費(fèi)用以及維護(hù)費(fèi)用等納入經(jīng)濟(jì)成本模型中，使得火電廠污染成本模型不夠完善。本文綜合考慮各種影響污染成本的因素，建立完善的污染成本模型，結(jié)合實(shí)際算例從污染防治成本和污染罰款成本兩方面進(jìn)行計(jì)算分析，同時(shí)分析排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)這三個(gè)因素對(duì)污染成本的敏感性，為火電廠減少污染成本從而提高經(jīng)濟(jì)性提供了一定的參考價(jià)值。

1　環(huán)境污染成本模型的建立

1.1污染防治成本

污染防治成本指的是火電企業(yè)因國(guó)家環(huán)保部門(mén)制定的污染物排放量限制政策而購(gòu)置安裝環(huán)保設(shè)備所需投入的費(fèi)用以及設(shè)備后續(xù)的維護(hù)費(fèi)用，安裝的環(huán)保設(shè)備主要有除塵設(shè)備、脫硫設(shè)備、脫硝設(shè)備、廢水處理系統(tǒng)等。污染防治成本的計(jì)算如式（1）所示［6］:

式中:Cd為污染防治成本；Cf為環(huán)保設(shè)備購(gòu)置安裝費(fèi)用；Cr為環(huán)保設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。

（1）環(huán)保設(shè)備購(gòu)置安裝費(fèi)用

設(shè)備購(gòu)置安裝費(fèi)用主要包括環(huán)保設(shè)備安裝設(shè)計(jì)費(fèi)、環(huán)保設(shè)備建設(shè)費(fèi)以及不可預(yù)見(jiàn)費(fèi)用；而環(huán)保設(shè)備建設(shè)費(fèi)又包括環(huán)保設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、設(shè)備土建費(fèi)、設(shè)備安裝費(fèi)以及建設(shè)周期利息［7］。環(huán)保設(shè)備購(gòu)置安裝費(fèi)用計(jì)算如式（2）所示［8］:

式中:f0為電廠環(huán)保設(shè)備購(gòu)置安裝金額和建設(shè)周期利息之和；HCRF為資金回收系數(shù)。資金回收系數(shù)HCRF如式（3）所示:

式中:n為設(shè)備使用年限；i為社會(huì)折現(xiàn)率或基準(zhǔn)收益率。

（2）環(huán)保設(shè)備維護(hù)費(fèi)

環(huán)保設(shè)備建成投產(chǎn)后，在降低各類(lèi)污染物排放的同時(shí)，也會(huì)有一定的維護(hù)費(fèi)用，而這部分費(fèi)用也占了一定的比重。運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用主要包括:（1）原材料的費(fèi)用，例如:脫硫裝置的原材料石灰石、耗水、耗費(fèi)的燃料和廠用電等；（2）人工成本，包括向各個(gè)環(huán)保設(shè)備運(yùn)行以及維護(hù)人員發(fā)放的工資和獎(jiǎng)金等成本；（3）維護(hù)費(fèi)用，包括對(duì)各類(lèi)環(huán)保設(shè)備檢修的費(fèi)用以及各環(huán)保設(shè)備的折舊費(fèi)用。環(huán)保設(shè)備維護(hù)費(fèi)可用式（4）來(lái)表示:

式中:ri為電廠第i種環(huán)保設(shè)備維護(hù)維護(hù)費(fèi)用。

1.2污染罰款成本

污染罰款成本是指國(guó)家相關(guān)部門(mén)向排污的火電企業(yè)征收的排污費(fèi)或者罰款費(fèi)用成本。根據(jù)火電企業(yè)污染物的排放量和國(guó)家制定的排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)可計(jì)算出該部分成本。根據(jù)污染物狀態(tài)不同，可分為氣體污染物、固體污染物和廢水。

（1）氣體類(lèi)污染物

氣體類(lèi)污染物排放成本計(jì)算如式（5）所示:

式中:Ca為氣體污染物排放成本；Fei為第i種氣體污染物排放收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)；Gi為第i種氣體污染物排放總量。

①SO2的排放模型

計(jì)算SO2的排放量，主要是由機(jī)組燃煤中的含硫量與燃燒過(guò)程中轉(zhuǎn)化為SO2的轉(zhuǎn)化率決定的，鍋爐和燃煤的種類(lèi)不同，其所對(duì)應(yīng)的SO2轉(zhuǎn)化率會(huì)有一定的差異，一般情況下在75%～85%范圍內(nèi)。SO2排放量計(jì)算模型如式（6） 所示［9，10］:

②NOx的排放模型

煤燃燒過(guò)程中排放的氣體氮氧化物主要為NO 和NO2，其主要是燃煤中的氮氧化物分解氧化以及燃燒過(guò)程中被送進(jìn)爐膛內(nèi)的空氣中氮?dú)獗谎趸@兩個(gè)來(lái)源。一般情況下，燃煤中的氮元素僅有部分轉(zhuǎn)化成NOx，該轉(zhuǎn)化比例稱(chēng)為NOx轉(zhuǎn)化率。NOx排放量計(jì)算模型如式（7）所示［11］:

③CO的排放模型

在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)，排放的CO量很少，考慮到測(cè)量CO排放量的方法不夠完善，因此本文采用近似計(jì)算CO排放量，計(jì)算如式（8）所示［12］:

式中:μ為CO的排放系數(shù)；b表示燃煤的消耗量。

④粉塵（TSP）的排放模型

火電廠燃煤粉塵的排放量與煤種、鍋爐型號(hào)、除塵效率等因素有關(guān)，由于鍋爐固體未完全燃燒熱損失獲取難度大且數(shù)值很小，故對(duì)TSP排放采用近似算法，計(jì)算如式（9） 所示［13］:

式中:ω為粉塵排放系數(shù)；ηc為除塵的效率。

（2）固體類(lèi)污染物

火電機(jī)組產(chǎn)生的固體類(lèi)污染物中，主要有爐渣、粉煤灰等，僅粉煤灰可以循環(huán)利用作為混凝土的摻合料，大部分的固體排放物就會(huì)被直接廢棄造成環(huán)境損害，因此火電機(jī)組主要的固體類(lèi)排放物為不可循環(huán)利用的爐渣，而且占據(jù)了相當(dāng)大的比例。根據(jù)相關(guān)部門(mén)制定的 《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法》規(guī)定，需要對(duì)該部分固體污染物征收相應(yīng)的固體廢物排污費(fèi)，本文計(jì)算時(shí)按25元/t計(jì)算［14］。

（3）廢水

廢水排放收費(fèi)是指根據(jù)火電機(jī)組運(yùn)行所排放的廢水量而征收的污水處理費(fèi)用。根據(jù)相關(guān)部門(mén)制定的 《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法》規(guī)定，廢水排污費(fèi)用根據(jù)污水排放量來(lái)計(jì)算，一般為0.3 ～0.6元/t不等［15］。

2　實(shí)例計(jì)算及分析

以某電廠2×600 MW機(jī)組為例計(jì)算，該機(jī)組裝有采用石灰石-石膏法脫硫裝置、靜電除塵器和低氮燃燒器。該電廠采購(gòu)的煤種為無(wú)煙煤，其煤質(zhì)分析見(jiàn)表1。

表1　煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)表

機(jī)組設(shè)計(jì)煤種的指標(biāo)與實(shí)際所用燃煤有差異，因此本文將選取校核后的煤種數(shù)據(jù)對(duì)污染成本進(jìn)行計(jì)算，污染防治成本和污染罰款成本分別如表2和表3所示。

表2　機(jī)組污染防治成本計(jì)算

表3　機(jī)組污染罰款成本計(jì)算

根據(jù)表2和表3的計(jì)算結(jié)果，可以計(jì)算年污染成本為14 195.45萬(wàn)元/a，該機(jī)組年運(yùn)行5 000 h，全年發(fā)電量為60億kW·h，由此可以計(jì)算出單位發(fā)電量污染成本為14 195.45萬(wàn)元/60億kW·h =0.024元/（kW·h）。該火電機(jī)組發(fā)電燃料成本為0.233元/（kW·h），加上污染成本后可知該機(jī)組實(shí)際發(fā)電成本為0.257元/（kW·h）。

由計(jì)算結(jié)果分析可知，發(fā)電成本占總成本的90.7%，污染成本占總成本的9.3%。雖然污染成本占比例不大，但考慮到火電廠年發(fā)電總量較大的特點(diǎn)，9.3%的比例產(chǎn)生的實(shí)際費(fèi)用是非?？捎^的。隨著煤質(zhì)的下降和環(huán)保收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，若火電廠不重視污染成本，則很有可能造成虧損的局面。

污染成本的組成分析如圖1所示。

圖1　污染成本組成

從圖1可以看出，由于控制污染物排放的設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用較大，因此污染防治成本在環(huán)境總成本中占85.6%，是污染罰款成本的近6倍。在污染防治成本中，運(yùn)行成本和脫硫設(shè)備投資年成本占比例較大，其它設(shè)備投資年成本只占了相當(dāng)小的一部分。在污染罰款成本中，由于一氧化碳排放量較少以及靜電除塵器的除塵效率較高，因此一氧化碳和粉塵排污費(fèi)用所占比例較小，而其它污染物排污費(fèi)用相差不大。

各污染物排放的年污染成本分布如圖2所示。

圖2　年污染成本分布

由圖2可以看出，年污染成本分布落差較大，用于降低SO2排放的年污染成本所占比例遠(yuǎn)高于其它污染物，這是高額的設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用導(dǎo)致的；用于降低NOx和 CO排放的年污染成本較小。

3　敏感度分析

影響影響污染成本的因素較多，較為重要的有:煤質(zhì)、環(huán)保設(shè)備工作效率、原料價(jià)格、排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、電廠標(biāo)準(zhǔn)煤耗等。由于煤質(zhì)、環(huán)保設(shè)備工作效率、原料價(jià)格等因素在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)變化太大，因此本文在對(duì)火電廠污染成本經(jīng)濟(jì)性分析時(shí)，主要考慮排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)這三個(gè)因素。在分析時(shí)，為了使各種因素的影響結(jié)果更加直觀，將污染成本平均到每發(fā)一度電的污染成本，即單位發(fā)電量的污染成本。

（1）排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的敏感性分析

隨著我國(guó)大氣污染問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，特別是全國(guó)大范圍霧霾天氣出現(xiàn)的頻率越來(lái)越高，環(huán)保部門(mén)加強(qiáng)了對(duì)大氣污染物排放的控制，其中污染物排放收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高，對(duì)火電廠污染費(fèi)用的影響如圖3所示。

圖3　排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)影響

由圖3可以看出，排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)污染防治成本沒(méi)有影響，但對(duì)污染罰款成本影響較大。經(jīng)計(jì)算，排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)每增加0.1元/當(dāng)量，單位發(fā)電量污染罰款成本增加約6%，單位發(fā)電量環(huán)境總成本增加約1%。因此，隨著環(huán)保部門(mén)不斷提高排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，污染成本的增加會(huì)很明顯。

（2）發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的敏感性分析

發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率不僅對(duì)燃料成本產(chǎn)生直接影響，還影響著污染成本。隨著機(jī)組的發(fā)電效率降低，機(jī)組的煤耗率會(huì)增加，而單位發(fā)電量污染物排放量也會(huì)相應(yīng)增加，導(dǎo)致污染成本增大，如圖4所示。

圖4　發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗影響

由圖4可以看出，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的變化僅影響污染罰款成本，并且影響較小。經(jīng)計(jì)算，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗每增加1 g/（kW·h），單位發(fā)電量污染罰款成本增加約0.1%，單位發(fā)電量環(huán)境總成本增加約0.001 5%。所以發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗變化對(duì)污染成本的影響較小。

（3）年運(yùn)行小時(shí)數(shù)的敏感性分析

年運(yùn)行小時(shí)數(shù)的影響本質(zhì)就是年發(fā)電量對(duì)污染成本的影響，機(jī)組環(huán)保設(shè)備的年投資金額是固定不變的，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)越多，年發(fā)電量越多，單位發(fā)電量的污染防治成本就越少。因此，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)對(duì)污染成本影響如圖5所示。

圖5　年運(yùn)行小時(shí)數(shù)影響

由圖5可以看出，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)的變化對(duì)污染罰款成本影響較小，而主要是通過(guò)影響污染防治成本來(lái)影響電廠污染成本。經(jīng)計(jì)算，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)每增加100 h，單位發(fā)電量污染罰款成本降低約1.4%，單位發(fā)電量污染防治成本降低約2.2%，單位發(fā)電量環(huán)境總成本降低約2%。年運(yùn)行小時(shí)數(shù)的變化對(duì)電廠污染成本影響較大，增加年運(yùn)行小時(shí)數(shù)是降低單位發(fā)電量污染成本的有效方法之一。

4　結(jié)論

（1）本文建立了火電廠污染成本模型，將用于減少污染物排放的環(huán)保設(shè)備的投資和維護(hù)費(fèi)用作為污染防治成本，同時(shí)考慮了氣體污染物（SO2、NOx、CO和粉塵）、固體廢渣和廢水這三類(lèi)污染物的排放成本作為污染罰款成本。該模型的建立使得火電廠經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)價(jià)體系更加完善。

（2）以某電廠實(shí)際機(jī)組為例進(jìn)行污染成本計(jì)算，計(jì)算得出的污染成本為0.024元/（kW·h），占發(fā)電總成本的90.7%。同時(shí)還對(duì)污染成本進(jìn)行兩方面分析:根據(jù)污染成本的組成分析，污染防治成本占比例較大，污染罰款成本占比例較小，說(shuō)明環(huán)保設(shè)備的投資和維護(hù)費(fèi)用較大；根據(jù)治理各污染物的成本分析，用于治理SO2的費(fèi)用遠(yuǎn)大于其他污染物。

（3）在污染成本計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)這三個(gè)因素對(duì)污染成本的敏感度。排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)對(duì)污染成本影響較大，而發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗對(duì)污染成本影響較小。排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)是環(huán)保部門(mén)制定的，無(wú)法改變，所以要降低單位發(fā)電量污染成本可以通過(guò)增加年運(yùn)行小時(shí)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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The Environmental Cost Accounting and Sensitivity Analysis for Thermal Power Plants

YAN Shunlin，GU Bing，AI Shujian，TIAN Dongxu
（School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China）

In order to calculate the discharge pollution cost for the power plants.Pollution cost model of thermal power generation is proposed.The model takes into account the environmental prevention cost and environmental damage cost.The environmental cost is analyzed with practical examples.Besides，three sensitive factors of the environmental cost are analyzed which are sewage charges，coal consumption rate and annual operation hours.The results showed that，on the one hand，the environmental prevention cost takes a large proportion which is six times the environmental damage cost.On the other hand，the cost for sulfur dioxide takes a large proportion，while the cost for other pollution takes a smaller proportion.In addition，sewage fees and annual operating hours have greater impact on environmental costs.

environmental cost；environmental prevention cost；environmental damage cost；sensitivity

TK01*8

A DOI：10.3969/j.issn.1672-0792.2016.07.011

2016-05-09。

閆順林（1959-），男，教授，主要研究方向?yàn)闊崃ο到y(tǒng)節(jié)能理論及應(yīng)用，E-mail:hdrd_gb@126.com。