火电厂发电污染成本核算及敏感度分析

闫顺林，谷 兵，艾书剑，田东旭

（华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定 071003）

火电厂发电污染成本核算及敏感度分析

闫顺林，谷 兵，艾书剑，田东旭

（华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定 071003）

为了计算火电厂因排放污染物而产生的污染成本，提出了火电机组发电污染成本模型。模型考虑了污染防治成本和污染罚款成本这两类成本。结合具体实例计算污染成本，同时分析了排污收费标准、发电标准煤耗和年运行小时数三个因素对污染成本的敏感性。结果表明：一方面，污染防治成本占比例较大，是污染罚款成本的6倍；另一方面，用于治理SO2的费用占比例较大，而用于其他污染物治理的费用占比例较小；此外，排污收费标准和年运行小时数对污染成本影响较大。

污染成本；污染防治成本；污染罚款成本；敏感度

0　引言

火电企业得到大力建设发展的同时向周边的环境排放了大量的污染物，环境污染问题日益突显［1］。近年来，电力企业的环保意识不断加强，许多火电机组改造加装了脱硫脱硝除尘设备，大大减少了污染物的排放。此外，国家制定了各种管理措施、排污量限制标准，排污收费标准，其中，排污收费是控制二氧化硫和二氧化氮污染的重要经济手段［2］。

经济性是火电厂重要的指标之一，其核心是建立一个电厂经济成本模型，文献［3-5］均建立了考虑排污罚款成本的火电厂经济模型，然而，这些模型都未将前期投资的环保设备费用以及维护费用等纳入经济成本模型中，使得火电厂污染成本模型不够完善。本文综合考虑各种影响污染成本的因素，建立完善的污染成本模型，结合实际算例从污染防治成本和污染罚款成本两方面进行计算分析，同时分析排污收费标准、发电标准煤耗和年运行小时数这三个因素对污染成本的敏感性，为火电厂减少污染成本从而提高经济性提供了一定的参考价值。

1　环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电企业因国家环保部门制定的污染物排放量限制政策而购置安装环保设备所需投入的费用以及设备后续的维护费用，安装的环保设备主要有除尘设备、脱硫设备、脱硝设备、废水处理系统等。污染防治成本的计算如式（1）所示［6］:

式中:Cd为污染防治成本；Cf为环保设备购置安装费用；Cr为环保设备维护费用。

（1）环保设备购置安装费用

设备购置安装费用主要包括环保设备安装设计费、环保设备建设费以及不可预见费用；而环保设备建设费又包括环保设备购置费、设备土建费、设备安装费以及建设周期利息［7］。环保设备购置安装费用计算如式（2）所示［8］:

式中:f0为电厂环保设备购置安装金额和建设周期利息之和；HCRF为资金回收系数。资金回收系数HCRF如式（3）所示:

式中:n为设备使用年限；i为社会折现率或基准收益率。

（2）环保设备维护费

环保设备建成投产后，在降低各类污染物排放的同时，也会有一定的维护费用，而这部分费用也占了一定的比重。运行维护费用主要包括:（1）原材料的费用，例如:脱硫装置的原材料石灰石、耗水、耗费的燃料和厂用电等；（2）人工成本，包括向各个环保设备运行以及维护人员发放的工资和奖金等成本；（3）维护费用，包括对各类环保设备检修的费用以及各环保设备的折旧费用。环保设备维护费可用式（4）来表示:

式中:ri为电厂第i种环保设备维护维护费用。

1.2污染罚款成本

污染罚款成本是指国家相关部门向排污的火电企业征收的排污费或者罚款费用成本。根据火电企业污染物的排放量和国家制定的排污收费标准可计算出该部分成本。根据污染物状态不同，可分为气体污染物、固体污染物和废水。

（1）气体类污染物

气体类污染物排放成本计算如式（5）所示:

式中:Ca为气体污染物排放成本；Fei为第i种气体污染物排放收费标准；Gi为第i种气体污染物排放总量。

①SO2的排放模型

计算SO2的排放量，主要是由机组燃煤中的含硫量与燃烧过程中转化为SO2的转化率决定的，锅炉和燃煤的种类不同，其所对应的SO2转化率会有一定的差异，一般情况下在75%～85%范围内。SO2排放量计算模型如式（6） 所示［9，10］:

②NOx的排放模型

煤燃烧过程中排放的气体氮氧化物主要为NO 和NO2，其主要是燃煤中的氮氧化物分解氧化以及燃烧过程中被送进炉膛内的空气中氮气被氧化这两个来源。一般情况下，燃煤中的氮元素仅有部分转化成NOx，该转化比例称为NOx转化率。NOx排放量计算模型如式（7）所示［11］:

③CO的排放模型

在机组实际运行时，排放的CO量很少，考虑到测量CO排放量的方法不够完善，因此本文采用近似计算CO排放量，计算如式（8）所示［12］:

式中:μ为CO的排放系数；b表示燃煤的消耗量。

④粉尘（TSP）的排放模型

火电厂燃煤粉尘的排放量与煤种、锅炉型号、除尘效率等因素有关，由于锅炉固体未完全燃烧热损失获取难度大且数值很小，故对TSP排放采用近似算法，计算如式（9） 所示［13］:

式中:ω为粉尘排放系数；ηc为除尘的效率。

（2）固体类污染物

火电机组产生的固体类污染物中，主要有炉渣、粉煤灰等，仅粉煤灰可以循环利用作为混凝土的掺合料，大部分的固体排放物就会被直接废弃造成环境损害，因此火电机组主要的固体类排放物为不可循环利用的炉渣，而且占据了相当大的比例。根据相关部门制定的 《排污费征收标准及计算方法》规定，需要对该部分固体污染物征收相应的固体废物排污费，本文计算时按25元/t计算［14］。

（3）废水

废水排放收费是指根据火电机组运行所排放的废水量而征收的污水处理费用。根据相关部门制定的 《排污费征收标准及计算方法》规定，废水排污费用根据污水排放量来计算，一般为0.3 ～0.6元/t不等［15］。

2　实例计算及分析

以某电厂2×600 MW机组为例计算，该机组装有采用石灰石-石膏法脱硫装置、静电除尘器和低氮燃烧器。该电厂采购的煤种为无烟煤，其煤质分析见表1。

表1　煤质分析数据表

机组设计煤种的指标与实际所用燃煤有差异，因此本文将选取校核后的煤种数据对污染成本进行计算，污染防治成本和污染罚款成本分别如表2和表3所示。

表2　机组污染防治成本计算

表3　机组污染罚款成本计算

根据表2和表3的计算结果，可以计算年污染成本为14 195.45万元/a，该机组年运行5 000 h，全年发电量为60亿kW·h，由此可以计算出单位发电量污染成本为14 195.45万元/60亿kW·h =0.024元/（kW·h）。该火电机组发电燃料成本为0.233元/（kW·h），加上污染成本后可知该机组实际发电成本为0.257元/（kW·h）。

由计算结果分析可知，发电成本占总成本的90.7%，污染成本占总成本的9.3%。虽然污染成本占比例不大，但考虑到火电厂年发电总量较大的特点，9.3%的比例产生的实际费用是非常可观的。随着煤质的下降和环保收费标准不断提高，若火电厂不重视污染成本，则很有可能造成亏损的局面。

污染成本的组成分析如图1所示。

图1　污染成本组成

从图1可以看出，由于控制污染物排放的设备投资和维护费用较大，因此污染防治成本在环境总成本中占85.6%，是污染罚款成本的近6倍。在污染防治成本中，运行成本和脱硫设备投资年成本占比例较大，其它设备投资年成本只占了相当小的一部分。在污染罚款成本中，由于一氧化碳排放量较少以及静电除尘器的除尘效率较高，因此一氧化碳和粉尘排污费用所占比例较小，而其它污染物排污费用相差不大。

各污染物排放的年污染成本分布如图2所示。

图2　年污染成本分布

由图2可以看出，年污染成本分布落差较大，用于降低SO2排放的年污染成本所占比例远高于其它污染物，这是高额的设备投资和维护费用导致的；用于降低NOx和 CO排放的年污染成本较小。

3　敏感度分析

影响影响污染成本的因素较多，较为重要的有:煤质、环保设备工作效率、原料价格、排污收费标准、电厂标准煤耗等。由于煤质、环保设备工作效率、原料价格等因素在短时间内不会变化太大，因此本文在对火电厂污染成本经济性分析时，主要考虑排污收费标准、发电标准煤耗和年运行小时数这三个因素。在分析时，为了使各种因素的影响结果更加直观，将污染成本平均到每发一度电的污染成本，即单位发电量的污染成本。

（1）排污收费标准的敏感性分析

随着我国大气污染问题的日趋严重，特别是全国大范围雾霾天气出现的频率越来越高，环保部门加强了对大气污染物排放的控制，其中污染物排放收费标准也在不断提高，对火电厂污染费用的影响如图3所示。

图3　排污收费标准影响

由图3可以看出，排污收费标准对污染防治成本没有影响，但对污染罚款成本影响较大。经计算，排污收费标准每增加0.1元/当量，单位发电量污染罚款成本增加约6%，单位发电量环境总成本增加约1%。因此，随着环保部门不断提高排污收费标准，污染成本的增加会很明显。

（2）发电标准煤耗的敏感性分析

发电标准煤耗率不仅对燃料成本产生直接影响，还影响着污染成本。随着机组的发电效率降低，机组的煤耗率会增加，而单位发电量污染物排放量也会相应增加，导致污染成本增大，如图4所示。

图4　发电标准煤耗影响

由图4可以看出，发电标准煤耗的变化仅影响污染罚款成本，并且影响较小。经计算，发电标准煤耗每增加1 g/（kW·h），单位发电量污染罚款成本增加约0.1%，单位发电量环境总成本增加约0.001 5%。所以发电标准煤耗变化对污染成本的影响较小。

（3）年运行小时数的敏感性分析

年运行小时数的影响本质就是年发电量对污染成本的影响，机组环保设备的年投资金额是固定不变的，年运行小时数越多，年发电量越多，单位发电量的污染防治成本就越少。因此，年运行小时数对污染成本影响如图5所示。

图5　年运行小时数影响

由图5可以看出，年运行小时数的变化对污染罚款成本影响较小，而主要是通过影响污染防治成本来影响电厂污染成本。经计算，年运行小时数每增加100 h，单位发电量污染罚款成本降低约1.4%，单位发电量污染防治成本降低约2.2%，单位发电量环境总成本降低约2%。年运行小时数的变化对电厂污染成本影响较大，增加年运行小时数是降低单位发电量污染成本的有效方法之一。

4　结论

（1）本文建立了火电厂污染成本模型，将用于减少污染物排放的环保设备的投资和维护费用作为污染防治成本，同时考虑了气体污染物（SO2、NOx、CO和粉尘）、固体废渣和废水这三类污染物的排放成本作为污染罚款成本。该模型的建立使得火电厂经济效益的评价体系更加完善。

（2）以某电厂实际机组为例进行污染成本计算，计算得出的污染成本为0.024元/（kW·h），占发电总成本的90.7%。同时还对污染成本进行两方面分析:根据污染成本的组成分析，污染防治成本占比例较大，污染罚款成本占比例较小，说明环保设备的投资和维护费用较大；根据治理各污染物的成本分析，用于治理SO2的费用远大于其他污染物。

（3）在污染成本计算结果的基础上，分析排污收费标准、发电标准煤耗和年运行小时数这三个因素对污染成本的敏感度。排污收费标准和年运行小时数对污染成本影响较大，而发电标准煤耗对污染成本影响较小。排污收费标准是环保部门制定的，无法改变，所以要降低单位发电量污染成本可以通过增加年运行小时数来实现。

［1］ 赵亚琳.基于污染成本的火电企业环保效益综合评价体系研究［D］.西安:西安石油大学，2014:27 -29.

［2］ 戴恩贤.火电机组绿色成本核算及环境效益评价［D］.重庆:重庆大学，2007:21-24.

［3］ 王伟，常浩，苏宏业，等.考虑环境成本的火电厂负荷优化分配［J］.热力发电，2014（11）:97-103.

［4］ 李勇，王建君，曹丽华.基于繁殖粒子群算法的火电厂负荷优化分配［J］.电力自动化设备，2012，32（4）:80-83.

［5］ 汤烨.火电厂大气污染物与温室气体协同减排效应核算及负荷优化控制研究［D］.北京:华北电力大学，2014:37-39.

［6］ 张帆，徐莉，刘刚.火电企业污染成本估算与管理［J］.武汉大学学报（工学版），2008，41（2）:99 -102.

［7］ 高敏.火电厂污染成本定量分析研究［D］.北京:华北电力大学，2005:34-39.

［8］ 朱晓明.低碳经济下火电企业污染成本核算与控制研究［D］.衡阳:南华大学，2014:43-57.

［9］ 李洋宇.煤炭企业污染成本测量方法研究［D］.南京:南京理工大学，2010:18-25.

［10］ 陈平，成颖.污染成本核算及账务处理的美国之鉴［J］.商业会计，2012（1）:24-26.

［11］ 黎景越.火电厂烟气脱硝技术的经济效益分析［D］.北京:华北电力大学，2013:20-22.

［12］ 赵霆.火电企业污染成本核算应用研究［D］.杭州:浙江工业大学，2013:19-25.

［13］ 谢亚平，刘永恩.工业环境统计［M］.郑州:河南省环境科学学会，1984:23-25.

［14］ 马彩云.电力企业绿色成本核算方法及应用的研究［D］.大连:大连理工大学，2005:23-25.

［15］ 刘倩倩.我国煤炭环境外部成本核算与内部化研究［D］.北京:中国环境科学研究院，2014:61-64.

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。

闫顺林（1959-），男，教授，主要研究方向为热力系统节能理论及应用，E-mail:hdrd_gb@126.com。