内燃机分布式供能企业经济运行研究

国家在《能源发展“十三五”规划》中明确指出,要“提高天然气发电利用比重,鼓励发展天然气分布式多联供项目”“加快建设天然气分布式能源项目和天然气调峰电站”。但是,天然气分布式供能企业的实际经济运行状况并不理想,与设计工况存在较大差异,个别系统已经停产[1-3]。这与系统设计、配置和运行策略有很大关系。针对这些问题,国内外学者从热力学、环境排放、经济性等方面进行了研究[4-11]。对于内燃机分布式供能企业的经营者而言,提高分布式供能系统运行的经济性,保证各发电供能设备始终在企业经济效益最大的条件下运行,提升企业的市场竞争力,是运营企业关注的重点。本文从经营的角度出发,基于边际效益最大的经济运行评价方法,结合用户需求的变化,研究不同负荷下内燃机分布式供能系统的经济运行策略,为生产人员合理调整运行模式提供参考依据。

1 内燃机分布式供能企业收益变化简化模型

内燃机分布式供能企业生产系统一般由内燃机-溴化锂机组、电制冷设备、燃气锅炉等供能设备组成,具体如图1所示。

图1 内燃机分布式供能企业生产系统

其中,内燃机-溴化锂机组为冷热电联产机组,可在发电的同时向用户提供热能或冷能;燃气锅炉和电制冷设备为分产供能设备,前者仅向用户提供热能,后者仅向用户提供冷能。用户一般同时需要供热和供冷,且用能负荷随季节、早晚、天气等因素而发生变化;供电则是在满足冷热需求的前提下,以热/冷定电,余电上网。

企业的经营效益不仅与用户需求相关,而且随着地域差异、燃料价格、供能价格、上网电价等发生变化。在折旧费用、人员费用、财务费用不变的条件下,其运行收益的变化取决于输入系统的燃料费用、卖给冷/热用户和电网的冷、热、电产品收益以及设备的检修维护费用,因此在针对运行优化的简化分析模型中,只需关注燃料的输入与冷、热、电产品的输出以及检修维护费用。

构建经济性分析模型的时间尺度选择以小时为测算周期,主要考虑3个方面的因素:一是单位运行小时内的供能较为稳定,波动性相对较小,所收集数据的准确性相对较高;二是数据统计方面,以单位运行小时统计发电量和供能量等数据相对直接、且容易收集,企业常用的月度、季度或年度的统计数据也可通过单位运行小时进行折算;三是以单位运行小时为周期能够较灵活地进行不同工况的测算,并可以实现不同设备、不同工况的供能负荷与用能需求的匹配,对企业典型供能负荷的运行调配具有指导意义。

由图1可知,内燃机分布式供能企业的基本生产模式可分为3种情况:一是内燃机-溴化锂机组,消耗天然气GN,同时产生电能PN,热能QR-N或冷能QL-N;二是电制冷设备,消耗电能PL,产生冷能QL-L;三是燃气锅炉,消耗天然气GG,产生热能QR-G。每一种生产模式每小时供电、供冷或供热所增加的收益,即边际效益可由以下计算公式得出。

式中:EN——内燃机-溴化锂机组边际效益,元/h;

EL——电制冷设备边际效益,元/h;

EG——燃气锅炉边际效益,元/h;

CP——上网电价,元/kWh;

CR——供热价格,元/GJ;

CL——供冷价格,元/GJ;

CG——标准状态下天然气价格,元/m3;

MN,ML,MG——内燃机-溴化锂机组、电制冷设备和燃气锅炉的检修维护费用,元/h。

内燃机分布式供能系统的生产成本为单位运行小时消耗的天然气成本或电能成本,以及由设备运行带来的检修维护费用。燃料的化学能或电能经供能设备转化后,以产品“供能热量(冷量)和上网电量”的形式输出,而实际运行模式可以是多种生产模式的组合。内燃机分布式供能系统每小时供电、供冷或供热的边际效益计算公式为

2 边际效益系数计算模型

边际收益是指增加单位产品的销售所增加的收益,边际效益E是指边际收益与边际成本的比率。对于企业来讲,边际效益相对边际成本越大,企业增产带来的收益越大,经济性越好。为此,在满足用户用能需求的前提下,本文将内燃机分布式供能企业单位运行小时内产生的边际效益E与供能量Q的比值定义为边际效益系数ε,即

式中:E——内燃机分布式供能企业单位小时的边际效益;

Q——内燃机分布式供能企业单位小时的供能量。

式(5)的物理意义为:内燃机分布式企业在满足用户用能需求的前提下,当企业固定成本不变时,随着供能的增加E的变化情况。采用不同的组合运行模式,ε亦不相同。显然,内燃机分布式企业在运行时,选择生产模式的ε越大,企业增产效益越好,盈利能力越强。因此,ε可以有效反映不同运行模式下内燃机分布式企业增产的边际效益E与供能量Q变化之间的关系,可以作为衡量企业盈利能力的重要指标。

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