陳蓉珺，何永秀

(華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206)

基于臨界電價(jià)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(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206)

從技術(shù)角度對典型工業(yè)行業(yè)的電能替代特點(diǎn)進(jìn)行分析，并建立臨界銷售電價(jià)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(jié)果證明，自備電廠與氯堿化工產(chǎn)業(yè)鏈平段及低谷時(shí)段電能替代有競爭力，西氣東輸電加壓在現(xiàn)有目錄電價(jià)情況下不具有競爭力。

電能替代；技術(shù)經(jīng)濟(jì)；競爭力

環(huán)境污染已經(jīng)成為現(xiàn)代社會密切關(guān)注的問題之一，國家電網(wǎng)公司也順應(yīng)時(shí)代要求提出電能替代戰(zhàn)略，以電能替代煤、石油等能源，調(diào)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(yīng)當(dāng)率先加入到電能替代的進(jìn)程中，為提升綜合社會效益做出貢獻(xiàn)。由于多數(shù)風(fēng)、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(fēng)電等新能源企業(yè)棄光、棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，如果在實(shí)現(xiàn)工業(yè)電能替代的同時(shí)解決棄風(fēng)、棄光問題，形成電網(wǎng)、工業(yè)行業(yè)、新能源企業(yè)多方共贏的局面，必然能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)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(jìn)行闡述并測算電能替代的競爭力，期望對電網(wǎng)推進(jìn)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(shù)分析

1.1.1 自備電廠

自備電廠是企業(yè)為了生產(chǎn)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(chǎn)使用，一般不并入電網(wǎng)供電。

自備電廠的電能替代技術(shù)指逐步關(guān)停發(fā)電成本相對較高的燃煤自備電廠，利用水電、風(fēng)電、光伏以及高效火電機(jī)組在發(fā)電資源豐富時(shí)期的低價(jià)富余電量，以定向交易的方式，替代企業(yè)燃煤自備機(jī)組發(fā)電，電網(wǎng)提供輸配電服務(wù)并從中收取費(fèi)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(jī)組發(fā)電小時(shí)數(shù)的有效途徑之一，也是穩(wěn)定工業(yè)經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)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(quán)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(bào)價(jià)申量，燃煤自備電廠出讓自身的發(fā)電權(quán)、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(bào)價(jià)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(quán)置換交易模式

傳統(tǒng)的西氣東輸加壓站采用燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行加壓驅(qū)動。燃?xì)廨啓C(jī)裝置是一種以空氣及燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動機(jī)，其工作原理為：葉輪式壓縮機(jī)從外部吸收空氣，壓縮后送入燃燒室，同時(shí)燃料也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進(jìn)行燃燒，生成的高溫高壓煙氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功，推動動力葉片高速旋轉(zhuǎn)[5]。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電驅(qū)機(jī)組完全可以替代傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)為長輸管道增壓驅(qū)動。西氣東輸管道工程的電驅(qū)機(jī)組由變頻調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)、壓縮機(jī)及輔助系統(tǒng)構(gòu)成。它具有技術(shù)含量高、設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)可靠、效率高、操作維護(hù)簡單、運(yùn)行維護(hù)成本低、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益可觀等優(yōu)點(diǎn)。電驅(qū)機(jī)組與燃?xì)廨啓C(jī)具體性能比較見表1[6]。

表1 燃?xì)廨啓C(jī)與電驅(qū)機(jī)組性能比較

1.1.3 氯堿化工產(chǎn)業(yè)鏈

氯堿工業(yè)是以鹽和電為原料生產(chǎn)燒堿、氯氣、氫氣的基礎(chǔ)原材料工業(yè)，產(chǎn)品種類多，關(guān)聯(lián)度大，具有較高的經(jīng)濟(jì)延伸價(jià)值。氯堿工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈流程見圖2。

氯堿工業(yè)產(chǎn)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(chǎn)中提純氯氣所使用的溴化鋰制冷機(jī)組改為以電能為原動力的螺桿機(jī)制冷機(jī)組。

圖2 氯堿工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

溴化鋰吸收式制冷機(jī)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(shí)現(xiàn)制冷的，常用熱源為蒸汽、熱水、燃?xì)狻⑷加偷?，蒸汽一般由燃煤鍋爐來提供。

螺桿機(jī)制冷機(jī)組只要在有電源的情況下就可以工作，工作時(shí)由壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑氣體進(jìn)入冷凝器被冷凝成中溫過冷液體，經(jīng)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(jìn)入蒸發(fā)器，在其內(nèi)蒸發(fā)并吸收流經(jīng)蒸發(fā)器的載冷劑的熱量，使流經(jīng)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(jī)吸入，不斷循環(huán)，從而達(dá)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(jìn)行定量研究，通過公式(1)計(jì)算以電能替代其他能源的臨界銷售電價(jià)Pe，再將臨界銷售電價(jià)與該行業(yè)所適用的目錄電價(jià)進(jìn)行比較，得到用電的競爭力評價(jià)指標(biāo)ΔP，若競爭力指標(biāo)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(jià)格。

在基于臨界銷售電價(jià)分析競爭力不足時(shí)，可以基于壽命周期，考慮電能替代初期設(shè)備投資的區(qū)別進(jìn)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(jī)組在8個(gè)月內(nèi)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(jià)基礎(chǔ)上獲得讓利0.297 8元/kWh。為計(jì)算方便，將大工業(yè)基本電價(jià)折算到電度電價(jià)上，得到企業(yè)獲得讓利前的電價(jià)，再扣除讓利0.297 8元/kWh，得到讓利后的實(shí)際電價(jià)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(jià)。分別得出高峰、平段、低谷3個(gè)時(shí)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(jīng)濟(jì)評價(jià)

可以看出，平段與低谷時(shí)段進(jìn)行電能替代都是可行的，高峰時(shí)段進(jìn)行電能替代競爭力不足。這一方面是由于其用電高峰電價(jià)約為低谷電價(jià)的3倍，而關(guān)停燃煤機(jī)組與新建電源項(xiàng)目之間往往存在時(shí)間差，高昂的電價(jià)會使得企業(yè)負(fù)擔(dān)過重；另一方面，由于自備電廠發(fā)電成本相對較低導(dǎo)致“以電代煤”的臨界電價(jià)相對較低。

2.2 西氣東輸電加壓

西氣東輸電加壓的電價(jià)按現(xiàn)行大工業(yè)電價(jià)計(jì)算，為兩部制電價(jià)。年用電實(shí)際負(fù)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(jià)與電度電價(jià)折算為大工業(yè)用電實(shí)際電價(jià)，實(shí)際電價(jià)見表3。

對于西氣東輸電加壓代天然氣加壓項(xiàng)目，電機(jī)驅(qū)動和燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)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(jià)格為1.5元/m3，利用公式(1)計(jì)算得到電機(jī)替代燃?xì)廨啓C(jī)的臨界銷售電價(jià)為0.414 0元/kWh，分別得出高峰、平段、低谷三個(gè)時(shí)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(jià)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(dǎo)致“以電代氣”的臨界銷售電價(jià)相對較低。但考慮到價(jià)差接近于零，且變頻電機(jī)的造價(jià)遠(yuǎn)低于燃?xì)廨啓C(jī)，因而，可以通過改變商業(yè)模式或政策激勵來實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動取代燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動，如鼓勵國產(chǎn)電驅(qū)壓縮機(jī)的發(fā)展來取代目前進(jìn)口機(jī)組，降低企業(yè)的采購成本來鼓勵企業(yè)更換機(jī)組。

2.3 氯堿化工產(chǎn)業(yè)鏈

由于各地氯堿化工產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)品差異較大，以B市氯堿化工循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈為例測算氯堿化工產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟(jì)性。B市氯堿化工循環(huán)產(chǎn)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(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。產(chǎn)業(yè)鏈中電石、燒堿與PVC產(chǎn)品涉及電能替代。

由于氯堿化工產(chǎn)業(yè)鏈的電能替代為“電代蒸汽”，而蒸汽一般由燃煤產(chǎn)生，因此可以利用公式(1)計(jì)算電能替代燃煤的臨界電價(jià)。溴化鋰制冷機(jī)組與螺桿機(jī)制冷機(jī)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(jià)格為0.4元/kg，得出電能替代燃煤的臨界電價(jià)為0.447 619元/kWh。

可以計(jì)算出B市分別生產(chǎn)電石、燒堿、PVC的競爭性比較如表4所示。

表4 B市生產(chǎn)電石、燒堿、PVC的競爭性比較

可以看出，B市氯堿產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)電石、燒堿、PVC均可以用電能替代技術(shù)，這主要是由于氯堿工業(yè)產(chǎn)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(chǎn)品的企業(yè)可以通過各種方式聯(lián)合，形成一定規(guī)模的生產(chǎn)經(jīng)營集團(tuán)，從而降低成本，提高效益，增強(qiáng)企業(yè)的市場競爭能力及抗風(fēng)險(xiǎn)能力。政府也應(yīng)當(dāng)通過政策調(diào)整實(shí)現(xiàn)氯堿行業(yè)有效調(diào)控，避免產(chǎn)能擴(kuò)張過快導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格走低。

3 結(jié)論

通過對3種典型工業(yè)行業(yè)電能替代技術(shù)的經(jīng)濟(jì)分析可以看出，自備電廠電能替代在高峰時(shí)段用電較為昂貴，且由于企業(yè)需要生產(chǎn)經(jīng)營，不可避免會用到峰電，可以通過電力市場交易平臺促進(jìn)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(jīng)測算，其用電成本略高于采用燃?xì)?，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(chǎn)業(yè)鏈的電能替代在用電成本上較經(jīng)濟(jì)，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(shè)與加強(qiáng)宣傳推廣來實(shí)現(xiàn)。

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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(shù)經(jīng)濟(jì)及管理相關(guān)研究。

2016-11-30 )