（电力系统及其自动化专业论文）基于博弈的热电联产竞价策略研究.pdf

艘氍嚣鲤 a 转s t r a c t t om a k et h ec o m b i n e dh e a ta n dp o w e r ( c l i p ) e n t e r p r i s e sp a r t i c i p a t ei nt h e e o m p e t i | i o no f p o w e rm a r k e t , t h i sp a p e ra n a l y z e sa n d d i s c u s s e st h eb i d d i n gs t r a t e g yf o r c h pe n t e r p r i s e sa p p l y i n gt h ep o w e rm a r k e tt h e o r y , e c o n o m i c sp r i n c i p l e ，g a m ot h e o r y , a n dp o w e rs y s t e mt e c h n o l o g y f i r s t l y , t h ec o s to fc h pe n t e r p r i s e si sa n a l y z e d , a n dt h ec o a le o n s m n p t i o no fc h p e n t e r p r i s e si sd i v i d e di n t ot w op a r t s ( p o w e rg e n e r a t i o np a r ta n dh e a t i n gp a r t ) s e c o n d l y , t h ee l e c t r i c i t yp r i c ef o r e c a s t i n gs y s t e mb a s e do nm u l t i - a g e n ti sd e s i g n e d t h i ss y s t e m c o u l db eu s e dt of o r mt h eb i d d i n gs t r a t e g yf o rc l i pe n t e r p r i s e s 。t h i r d l y , t h ei n c o m e f u n c t i o no fc h pe n t e r p r i s 拦i sp r o p o 戚f o rt h ef i r s tt i m eb yc o n s i d e r a t i o no ft h e c h a m c t e d s t i c so f 氆ep r o d u c t i o nm o d eo fc h pe n t e r p r i s e s b a s e do nt h i si n c o m e f u n c t i o n , t h eb i d d i n gp r o c e s so f c h pe n t e r p r i s e si np o w e rm a r k e ti sa n a l y z e du s i n gt h e g 黼l ct h e o r y ( n o n - c o o p e r a t i v eg a m et h e o r ya n de v o l u t i o n a r yg a m et h e o r y ) w l 搬 n o n - c o o p e r a t i v eg a m et h e o r y , t h en e wm a r k e te q u i l i b r i u mi n c l u d i n gc h p e n t e r p r i s e si s o b t a i n e d w i t ht h ee v o l u t i o n a r yg a m et h e o r y , al a wi sf o u n dt h a tt h ec h pe n t e r p r i s e s w o u l dc o l l u d ew i t ho t h e rp o w e rg e n e r a t i o ne n t e r p r i s e st oh o l dt h em a r k e t , a n dt h e nt h e i r o p o r t a f l c eo fp o w e rs u p e r v i s i o na n dm a n a g e m e n ti se m p h a s i z e d f o u r t h l y , t h e o p t i m i z a t i o no ft h ec h p i n c o m ei sa n a l y z e du s i n gt h et a b us e a r c ha l g o r i t h m , a n dt h e n t h eo p t i m a lp o w e rg e n e r a t i o na n d o p t i m a lh e n t - d e c t r i c i t yr a t i oi so b t a i n e d a tt h es a m e t i m e t h es e n s i t i v i t yo fc h pe n t e r p r i s e si s 溯醴弹簿纛u s i n gt h eg r e yt h e o r y a tl a s t , 建 c o m p l e t eb i d d i n gs t r a t e g yf o rc h pe n t e r p r i s e st oc o m p e t e i np o w e rh q a r k e ti sf o r m 硪 a n dt h eb i d d i n gs y s t e mf o rc h pe n t e r p r i s e si si m p l e m e n t e du s i n gt h em a t l a b l a n g u a g e k e y w o r d s ：c o m b i n e dh e a ta n dp o w e r ( c h p ) ；b i d d i n g ；i n c o m ef u n c t i o n ； n o n - c o o p e r a t i v eg a m et h e o r y ；, e v o l u t i o n a r yg a l n et h e o r y c 轴媾s 粼o # t 骐6 l 1 ：f 4 0 7 6 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授投乾索交遥大学可戮将学位论文豹全部或部分内容编入有关数据库进行稳索， 荠采用影印、缩零或扫撵等复测手段镣存、汇编浚供查阅稻偌湄。同意学校商国 家蠢关部门戏极糖送交论文鲍复露佟秘磁擞。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说蜞) 学经论文侮者签名： 起色 签字日期：归7 年艨月力鹾 导 | | i 签名：膨 签字鲤期：如本瞄只创嗣 ， 熬垒陛麦疆 独创性骞弱 本人声明所璧交的学健论文是本人在导师指零下进行的磺究王作秘取褥麴研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人融经发袭或 撰写过熬戮突残蘩，褒零惫含舞获褥l 索交逶大学袋荬毽教鸯撬稳戆学位或滚零 而使用道酌材料。与我一嗣工作的闻悫对本研究所做的任何贡献均己在论文中作 7 翳确豹说嘲并表示了谢意。 学位论文作者签裳；盔鼍毽 笈字丑期：沙7 攀1 2 月纱翳 粥 致谢 本论文的工作是农我的导师髑浚慧教授的悉心指导下完戏麓，罔浚慧教授严 谨豹治擎态度帮科学靛工作方法给了我极大豹帮驹和影晌。巍就衷心感谢三年来 周渝慧老师对我的关心和指导。 周渝慧教授悉心攒导我完成了实验室的科研王作，在学习上和生活上都缭予 了我缀犬懿关心窝藜麓，在筵囊髑浚慧老彝表示裘心静滗意。 周渝慧教授丰富的实践经验、渊博的专业知识、务实忘我的工作作风、宽以 待人的处搴态度使我受益匪浅，更让我难以忘怀的是周渝慧教授在生活和思想上 给予我黪撩母般的缨心关悔与教诲。她穗盏求精、丝不萄懿铭风一壹是我忑终、 学习中的榜祥；她循镄善诱的教导帮不拘一格的瓣路给予我无尽的启迪。 电气王程学院的其他老师对予我的科研工作和论文都提出了许多的窳贵意 见，在此凌示衷心的感谢。 l 艺家龟力公司赘童稷薅对我熬论文捷篷了戆宝贵意霓，并在方法论方蕊绘 了我一些建议，在此表示衷心感谢。 师兄韩正华在我的论文写作思路和写作方法上给予很多建议，在此表豕衷心 感潜。 衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的专家教授，感谢答辩委员会的各 位老师和专家们对我的论文提出的警贵建议，为我今后的学习和研究开拓了艨路。 另夕 墩感谢我的家人，他们的理解和支持饺我能够在学校专心完成我的攀业。 序 电力工业市场化改革至今，发电、电网已经从传统的电力企业一体化结构中 分离开来。形成了现在的两大电网公司、五大发电集团公司和四家辅业集团公司， 实施了厂网分开、竞价上网的电力市场新机制。火力发电企业是最先参与到电力 市场竞价上网中的发电企业，对于竞价策略的研究也相对成熟。、而其他形式的发 电企业，由于它们现阶段还没有参与到电力市场竞争中，所以对其竞价策略的研 究基本处于空白。 热电联产是根据能源梯级利用原理，同时生产电能和热能两种产品的高效能 源利用形式。热电联产企业现阶段还没有参与到电力市场竞价上网中，但作为市 场中一部分电能的供应者，通过竞争的方式确定企业的发电量是保证市场公平的 唯一方式，因此热电联产企业也应该参与到电力市场竞争中。 热电联产在中国传统行业分工中属于边缘性产业，它跨越行业提供电能和热 能两种不同的能源产品，而且这曲种产品的生产过程又紧密关联，它既不像大型 火力发电企业那样与电网公司关系简单，又不像供热企业那样与地方政府利益清 楚，所以区域电网电力交易中心在分配市场发电份额时，经常忽视热电联产企业 的存在；而地方政府在制定各种优惠政策时，也经常将热电联产企业排除在外。 这就导致了热电联产企业在生产运营过程中存在许多困难，包括电厂需要建设在 城市中心地区，但没有政府优惠政策的支持，企业初期建设成本相当高；并且热 电联产企业无法享受政府制定的煤电联动政策，导致热电联产企业的单位变动成 本比参加煤电联动中的火力发电企业高很多；另外，区域电网电力交易中心在分 配地区发电份额时，经常是首先考虑当地的大型火电机组上网发电，热电联产企 业在无形中被视为小火电，受到不公正对待。因此，热电联产企业除了积极争取 自身的正当权益外，急需制定一套有效可行的竞价上网策略，使企业在今后的电 力市场竞争中，处于比较有利的位置。 基于上述背景，本文研究了热电联产的竟价上网过程，为热电联产企业制定 了一套比较完善的竞价上网策略，使热电联产企业在争取自身合理市场地位的同 时，能够尽快地参与到电力市场竞争中，最大化自身的收益。 1 绪论 1 1 本文的研究背景 我国的电力体制发展大致经历了五个阶段：第一阶段是从1 9 4 9 年至1 9 7 8 年， 电力工业实行政企合一、高度垂直垄断的管理体制。第二阶段是从1 9 7 8 年至1 9 8 5 年，电力工业对政企分开、市场化的管理体制进行了探索，但在1 9 8 5 年之前国家 垄断仍然占主导地位。第三阶段是从1 9 8 5 年至1 9 9 6 年，我国成立了能源部并组 建了中国电力企业联合会，在网省电力管理局、电力工业局的基础上成立电力集 团公司和省电力公司。由此实现了电力工业的行政管理、企业管理和行业自律性 管理职能的初步分开。第四阶段是1 9 9 7 年至2 0 0 2 年，以解决政企合一问题作为 改革的重点，逐步实行政企分开、市场化管理的新体制。1 9 9 7 年1 月，国家电力 公司成立，电力体制改革开始进入实施阶段。1 9 9 8 年，电力部撤消，国家电力公 司则颁布了国家电力公司系统公司制改组实施方案，确定了“政企分开、省为 实体”和“厂网分开、竞价上网”的主要改革思路。第五阶段是2 0 0 2 年至今，原 国家电力公司进一步拆分为两大电网公司、五大发电集团公司和四家辅业集团公 司。实行厂网分开，重组发电和电网企业：实行竞价上网，建立电力市场运行规 则和政府监管体系，初步建立竞争、开放的区域电力市场，实行新的电价机制。 加快建设区域电力市场、深化农村电力改革、电力法和配套法规修订、电力企业 重组、输配电价改革、政府监管体制和对电力行业规划体制的完善等【l 】。 热电联产是一种高效的能源利用形式，可以在发电的同时对外提供热能。在 中央“十一五”规划中，已经明确肯定热电联产在创建资源节约型、环境友好型 社会中的重要地位。热电厂在电力系统中占有举足轻重的地位，截止到2 0 0 3 年， 我国单机容量6 兆瓦及以上的热电联产机组2 1 2 1 台，平均单机容量3 4 兆瓦，总 装机容量4 3 6 9 0 兆瓦，占火电同容量机组的1 5 7 ，占全国发电总装机容量的 1 1 9 ，已经远远超过了核电机组的比重，承担了全国总供热蒸汽量的6 5 8 9 ，热 水的3 2 6 6 2 1 。当热电联产企业运行在以热定电方式时，其所发电量应该在电网 中主要承担基荷的任务【3 】；当热电联产企业运行在非以热定电方式时，其所发。巳量 还可以作为电网的补充电源，因此热电联产企业可以以多种方式将其电能供应到 电网中。但是，由于热电联产在中国传统行业分工中属于边缘性产业，它跨越行 业提供电能和热能两种不同的能源产品，而且这两种产品的生产过程又紧密关联， 它既不像大型火力发电企业那样与电网公司关系简单，又不像供热企业那样与地 箍塞黛鋈表堂爨圭燮建豫塞 方政府利益清楚 4 1 ，这导致区域电褥电力交易中心在分配市场笈电份额时，经常忽 蝰煞彀联产金泣懿存在；施方政辩在制定各项优藏政策时，氇经常将热电联产企 监摊除在舞。摄攒联会国疆太经济与社会委员会豹褶关报告，燕电联产事盈舔临 熬障綦霉哥熬橇括翔绣为：技术障磷；经济激励措潍的缺失；政策框架尚不完善； 耄力奠业戆短视；挂会对环境保护缺乏重视；另箨还奋技术和管毽入才静缺乏簿。 以上这些障碍在中藿都不阚程度圭| 丞存在，发展热彀联产要族各方舔共阕接迸。因 此，热电联产企业在必皂隽争取纛当投盏戆霜露，还癍该积极研究适合本金鼗的 竟馀上鼹策略，主魂参与委g 我国黪电力枣场改革中。现除段，我嚣戆火力发奄企 业已经基本实现了竞份上网，薅佟为枣场中一部分电裁的供应者，煞瞧联产众韭 还没存参与到嶷馀上喇中，对子热电联产企业竞徐上鄹策蝰豹疆究， 亟基本处于 空白状态。 1 2 本文的研究目的及意义 中国怒世界上的熊源生产棚猿费大国，一次能源鲍生产现瓣世爨第二像哆堡 人均能源占有羹仅为世界人均能源占有量的4 5 l 1 , 右1 6 j 。同时，中国懿怨源利用效 率也很低，目前仅为3 3 1 7 1 ，与发达国家的能源利用效率棚比，存在较大的差距。 近年来，中国的能源瓶颈闯题日益显现出来，提赢能源利用效率已经成为中国必 须踅视的一大阀题。 电力行业是国民经济的支柱行业，同时也是能源消费摄巨大的行业，仅煤炭 消赞量就占我国煤炭消费总量的5 0 以上i 引。因此，提高电力行业的能源利用效率， 将会在很大程度上改善我国的一次能源的利用效率。 热电联产，是根据能源梯级利用的原理，将一次能源燃烧后，既生产电能， 又利用在汽轮发电机中作过功的蒸汽对用户供热的生产方式。热电联产的蒸汽没 有冷源损失，所以能将热效率提高剃8 5 ，比大型凝汽式机组( 热效率4 0 ) 还 要离很多。热电联产不仅可以大量节约能源，而且可以改蒋环境条件，提高居民 生活水平，缓解供电紧张局面等。 我国一直重视发展热电联产，曾先后出台过许多鼓励和支持政策。可以预见， 2 l 世纪熟电联产将会得到进一步的发展。 现阶段，我国热电联产企她的发展还存在许多障碍和不足。包括建设资金不 足、供热费用收缴豳难、发展熟电联产的产业政策不够落实等。文献【9 】、【l o 】具体 介绍了热电联产企娩的困境。 近年来，麓着我国电力市场的逐步开放，“厂网分开，竟价上网”政策全面 维行，绝大多数火力发电企业都要通过竞价的方式才能将墩能输送到电网中。对 2 于火力发电企业的竞价上网策略的研究，成为了学者们的研究热点之一。目前， 热电联产企业还没与参与到电力市场竞价上网中。虽然热电联产是高效环保的能 源利用方式，应该得到政府的大力扶持，但热电联产企业毕竟是市场中部分电能 的供应者，政府在出台相关优惠政策的同时，不可忽视其作为电能供应者这一最 基本的属性。因此，让热电联产企业通过竞价的方式确定其最终的上网电量和上 网电价，是保证电力市场公平的唯一方式。热电联产企业应该积极参与到电力市 场的竞价上网中。 本文将要研究的是基于博弈理论的热电联产企业竞价上网策略。到目前为止， 国内外学者对这个课题的研究基本处于空白。另外，本文将要应用到的演化博弈 理论也是近年来迅速发展起来的一门新兴的理论，它改变了以往博弈理论要求市 场参与者必须是理性的约束，扩大了博弈理论的应用范围。应用演化博弈论制定 发电企业的竞价上网策略，近年来成为了国内外企业、专家和学者们的研究热点， 取得了很多成果。本文将在应用非合作博弈理论的同时，应用演化博弈的理论， 分析热电联产企业的竞价上网过程，并最终制定一套完整的热电联产企业竟价上 网策略。 1 3 本文的研究思路及内容 随着2 0 0 2 年底国家电力公司的发电资产重组，中国的电力工业真正实现了厂 网分开，火力发电企业作为独立的经济实体开始参与竞价上网。在这种环境下， 各火力发电企业都会通过策略性投标的方式将企业电能供应到电网中，使目身的 收益达到最大。热电联产企业现阶段还没有参与到电力市场竟价上网中，但随着 我国电力市场化改革的进一步深入，所有类型的发电企业都应该以不同的形式参 与到电力市场竞争中。热电联产企业，是可以实现能源梯级利用的高效能源利用 形式，政府在出台相关鼓励政策的同时，也必须使其参与到电力市场竞争中。热 电联产企业只有通过制定合理的竟价上网策略，才能实现自身利益的最大化。 本文从热电联产的成本分配方法开始，研究了热电联产企业参与电力市场竞 价上网的整个过程，为热电联产企业制定了比较完善的竞价上网策略。图1 1 具体 展示了本文的研究思路。 l 塞塞盏塞堂嚣圭堂整边塞 图1 1 本文瓣研究愚路 f i g u r e1 1r e s e a r c h e st h o u g ho f t h i st h e s i s 逶过图1 1 掰示过程，热龟联产众盈可戳充分参与蓟电力市场的竞价t 两中， 遴过辩竞价策珞的调节，最终实现自身牧益的最大纯。 在对热毫联产金烂鹳竞价过程进行分析辩，本文主要应用的理论和方法售括： 嚣合作霉奔理论、演纯搏弈理论、m u l t i a g e n t 理论、灰色淫论、禁忌援索箨法等。 本文第二章奔绍了热邃联产众业静成本，重点分轿了熬电联产企业媒耗酌分 配方法。逶过对热毫联产金盟约煤耗遴行分配，萄默将垒鲎豹综合煤耗分配为发 彀煤耗与供热煤耗，扶悉缨纯了热电联产企蛰兹成本构成，为金妲割定合理静竞 份上嬲策赂提供7 兹提条传；本文第三章会绍了基于m u l t i - a g e n t 疆论静电价獗溅 方法。在热电联产企业参与竟馀上网时，对嚷力露场出涛奄份的结算，会对其竞 份上嬲策旗鲍制定产生积援的作用。在对热秀联产金妲进萼亍熬亏平衡分耩时，摄 攒预测到的电力枣场嫩溃瞧绘，可以健算出热电联产企业麴最低发毫爨；在j l 重热 电联产企业的收益进纾优化时，参考电力枣场出瀵毫铃，可以藜髓热迄联产企业 分析囊身收益并尽可能使其达到最大。另一方霞，结会预测刭豹下一蹙馀黠段煞 电力市场出清电价，热电联产企业还可鞋估算出下一射段本金业可戆戆上网毫霆， 从而有计划的安搀机缀启停与维修等事宣。本：卷或熙的m u l t i - a g e n t 理论，是人工 智能领域中的一门新兴科学，用其设计的电价预测支持系统，可以综会各辨魄份 预测方法的优点，使预测误差尽可能减到最小；本文第四章提出了热电联产参与 电力市场竟价上网的收益函数，并在此收益函数的基础上，根据热电联产企业与 普通火力发电企业在成本与生产方式上的异同，褥到了热电联产企业的盈亏乎蟹 毒 点；之后，本章分析了热电联产企业参与到电力市场竞价上网中的全部过程。分 别应用了非合作博弈理论与演化博弈理论。应用非合作博弈理论，热电联产企业 以收益最大为目标，在综合考虑了热电联产的成本和运行方式后，成功地制定了 企业的竟价上网策略，得到了企业的最优发电量、最佳热电比和最佳电热比，形 成了有热电联产企业参与的电力市场新的均衡电量与均衡电价。应用演化博弈理 论，热电联产企业为使自身收益最大化，最优竞价策略是跟随火力发电企业选择 行动，对电力市场进行控制，这就强调了监管在电力市场竞价上网的执行过程中 是必不可少的；本文第五章对热电联产企业的收益进行了优化。应用禁忌搜索算 法，以热电联产企业的收益最大为目标，优化了热电联产企业的收益。通过对热 电联产企业收益的优化，可以确定在没有外界因素影响的条件下，企业的最优凝 汽发电量、最优热化发电量、最优热电比和最优电热比等参数。应用优化得到的 最优发电量与最优热电比，结合预测到的下一时段电力市场出清电价，可以为热 电联产企业在下一竞价时段的电力市场竞争中制定更加有利的上网策略提供必要 的参考，指导企业合理的安排机组启停与维修方案。另外，本章还应用灰色理论 对热电联产企业的收益进行了敏感性分析，对影响热电联产收益的各个主要因素 进行了排序。根据排序结果，热电联产企业可以在生产经营的控制过程中，优先 调节对收益影响较大的因素，以使自身收益尽快达到最大；本文第六章在前面章 节的基础上，总结并制定了一套完整的热电联产企业参与电力市场竞争的竞价上 网策略，并应用m a t l 曲软件编程实现了上述竞价策略。 本文研究了热电联产企业应用博弈理论参与到电力市场竞价上网中的全部过 程，制定了一套完整的热电联产企业竟价上网策略。对于未来热电联产企业参与 电力市场竞争，将会起到积极的参考作用。 2 热电联产成本分析 2 1 热电联产介绍 2 1 1 热电联产 普通的火力发电企业将煤炭、天然气等一次能源燃烧后，只产生电能，在发 电过程中，大量的热能被循环水带走，能源利用率仅为3 5 4 0 。热电联产是根 据能源梯级利用原理，将同样数量、同样品质的一次能源燃烧后，不仅产生电能， 还将发电后的余热用于对外供热，供热的蒸汽源是抽汽式汽轮机的调整抽汽或背 式汽轮机的排汽，压力通常分为o 7 8 兆帕1 2 8 兆帕和o 1 2 兆帕o 2 5 兆帕两个 等级。前者用于工业生产，后者用于民用采暖。热电联产的蒸汽没有冷源损失， 所以能将热效率控制在在一个较高的水平上 1 ”，结合分布式发展及热电冷三联产 技术的应用，某些热电联产企业的能源利用效率甚至可以达到8 0 p a 上 1 2 1 。比大 型凝汽式机组( 热效率达4 0 ) 还要高得多。另外，热电联产由于锅炉容量大、 除尘效果好、烟囱高、还可以实现炉内脱硫除硝，与小锅炉供热、小型火力发电 企业相比，其环境效益和社会效益非常巨大。初步估计，我国目前的热电联产每 年可节约能源3 0 0 0 万吨以上标准煤，减少二氧化碳排放6 5 0 0 多万吨，减少二氧 化硫排放6 0 万吨，减少灰渣排放1 3 0 0 万吨。因此，大力发展热电联产，可以在 很大程度上提高我国发电行业的能源利用效率，减少污染气体的排放，最终达到 “节能减排”的目的。 除了上述优点以外，热电联产还可以作为电网补充电源，具有节约城市用地、 提高供热质量和改善城市形象等优点。 另一方面，热电联产自身的发展也存在一些缺点，包括热电联产企业的厂区 必须建在城市中心，紧靠热负荷，这就降低了电厂选址的灵活性，增加了电厂的 建设投资：热电联产企业无法享受煤电联动政策，这也在很大程度上增加了热电 联产企业的成本 2 1 2 国内外热电联产的发展状况 1 9 世纪7 0 年代末，在欧洲一些人口密集的地区，开始出现了由往复式蒸汽机 带动的发电机，并对蒸汽机的排汽加以利用，这便是早期的热电联产系统。1 8 9 3 7 j 塞銮遴太翌亟生堂毽淦塞 年，汉馒的枣竣大楼接收中心彀站蠡每热量髑来取暖，这种热能剃焉方式逐渐成为 一耪较薅遮数选择方寨。戮72 0 毽纪拐，汽轮规在技本羁缎济t 显示毒超过蒸汽 枫的趋势，英国在1 9 0 5 年制造? 璧界土第一台热电联产汽轮发逛橇缍，开贻了汽 轮砉嚏既发电又供热( 供汽) 豹爨史。在这之后，欢洲帮美溪懿王鳖众数孛都耗继 出现各秘热电联产汽轮发电枧缎。当时欧测襄美国瓣王韭夔在遮速发震，奄力供 应十分紧张，各孬务业的生产发展鬈要骞霹靠豹电力保涯，诲多工业企业或部门 的生产过程既需要电能又嚣要热能，恧热电联产枧缀能够同时潢足电能t 秘热能抟 需要，茹且比分别提供电能和热能的其它方案褒技本上、经济上更为舂攀l 。因姥， 自1 9 1 1 年起，热电联产机缎在欧洲和美屋褥到了快速的发展3 1 。 第= 次世界大战以髓，区域供热在北欧、苏联以及一些东欧社会主义豳家褥 到了普遍应用，并带动了热电联产的发展。两在欧洲其它国家，由于燃料书塞、 廉价，热电联产发展相对缓慢。在经历了1 9 7 3 年、1 9 7 4 年期1 9 7 9 年、1 9 8 0 年鼹 次石油危机后，以熟电联产形式为主的区域供热、区域供冷_ 开始受到了薅方国家 的重视。美国将区域供热列入其政府节能计划，英豳国会则将区域供热作为减少 国家能耗的重要手段，法国熙是以立法的形式推动热电联产的发展。 欧共体在9 0 年代支持了4 5 项热电联产正程，2 0 0 0 年热电联产发电量已占总 发电量的9 。荷兰目前热电联产已占发电市场的4 0 。丹麦更楚形成了所有的火 电厂一定供热，所有的工业锅炉一定发电的局面，全国能源利用效率超过了6 0 。 美国近年来热电联产发展迅遽，热电联产装机容量在1 9 8 0 年至1 9 9 5 年的1 5 年问 由1 2 0 0 0 兆瓦增加至4 5 0 0 0 兆瓦。目前，热电联产的装机容量约占美国总装机容 爨的7 。在日本能源供应领域中，主要以热电联产系统为热源的区域供热( 冷) 系统是仪次子燃气、电力的第三大公益事业，到1 9 9 6 年共有1 3 2 个区域供热( 冷) 系统。燃气轮机热电( 冷) 联产和汽轮机驱动压缩式制冷设备怒日本热电( 冷) 联产的主要形式。 我舀的热电联产建设始子5 0 年代初，1 9 5 3 年至1 9 6 7 年，正是中国丈规模经 济建设韵初期，也悬各魄窀网发展的初期。这期间，城市的建筑密度还很低，热 网投资也较大，一般以工韭燕负荷为主，民糟采暖热负荷缀小，绝大多数热电厂 选择了擒汽税街，懿傈谖企渡的供汽供瞄h l 。在经历了7 0 年代的发展低潮后，随 着改革舜放和经济的发袋，我国熬电联产的发展又取得了很大进展。1 9 8 1 年以后， 我藿提出了节约与开发并重的能源政策，在节约能源上采取了一系剃措施，积极 教翳热毫联产静建设。簌1 9 8 1 年到t 9 8 8 年，共安排了荜视容量为3 冤瓦到3 0 0 耀瓦静热电联产疆舀2 1 3 个，总装耩容纛达翔5 8 0 0 嚣瓦鞋舅。蜀1 9 9 9 年底，我国 肇辊容量6 s 瓦黻土懿熬电梳缝装橇容鼙达2 8 1 5 9 箍瓦，占同期同容量火电视缎 熬1 3 3 0 。这些捉缎主瑟戳媒为燃瓣，出燃煤锅炉鞠 畲凝( 残背压) 汽轮杭维构 s 垫电送亡成奎筮蚯 成。 图2 1 是我国1 9 9 0 年至2 0 0 1 年集中供热面积的增长情况： 图2 11 9 9 0 年至2 0 0 1 年全国供热面积增长情况 f i g u r e 2 1g r o w t h o f h e a t r a d i a t i n g a r e a f r o m1 9 9 0 t 02 0 0 1 从图2 1 中可以看出，1 9 8 9 年国家有关部门出台了鼓励热电联产的政策，紧 接着从1 9 9 1 年开始，全国集中供热面积出现了高增长的局面。1 9 9 1 年比1 9 9 0 年 增长了3 0 。到1 9 9 8 年，热电联产工作出现了进展缓慢的局面。我函关手发展 热电联产的若干规定发布之后，热电联产工作克服了发展中的障碍，再次加快 发展。1 9 9 9 年和2 0 0 0 年，都分剐比上一年有较大的增长。2 0 0 0 年，原国家计委、 国家经贸委、建设部和国家环保总局等部委进一步对关于发展热电联产酌若干 规定加以补充和修订，联合印发了关于发展热电联产的规定，对发展热电联 产和集中供热的问题做出更加行之有效的具体规定。结果到2 0 0 1 年，全国集中供 热面积比2 0 0 0 年增长高达3 2 。 截止至2 0 0 4 年底，我国运行的热电厂中，规模最大的为太原第一热电厂，装 机容量1 3 8 6 兆瓦，在北京、沈阳、吉林、长春、郑州、天津、邯郸、衡水、秦皇 岛等中心城市也有一批2 0 0 兆瓦，3 0 0 兆瓦的大型抽汽、冷凝两用机组在运行【1 6 】。 热电联产正在迅速地向全国各城市发展。 虽然我国的热电联产事业已经有了5 0 多年的发展历史，具有了相当的规模， 但这远远不能满足经济建设的需要，随着我国城市化的进一步发展，热电联产会 得到更加广阔的发展空间。 另一方面，我国的电力市场改革正在有条不紊的进行，热电联产企业作为市 场中部分电能的供应者，在未来也会参与到电力市场的竞争中，通过参与竞价上 网，热电联产将会迎来更加广阔的发展空间。 2 1 3 热电联产原理介绍 9 l t 塞塞遂塞堂殛圭垡篷淦奎 电能和热能联合生产豹方式称为热电联产，它是乖j 用汽轮机中做过功的蒸汽 辩外供熬，将燃j l 幸的纯学麓转纯为裔晶位的热能甭戬发电，黼时将己经在汽轮机 中檄了豁分功静低品往热能焉戳对井供热。散了功的男i 部分排汽燕量没有传给“冷 源”，霭憝供绘了熬曩l 户，邵电能是奁供燕的鏊穑上生产豹，这是热电联产的一个 慕本特 垂。 摄据热电联产癀攘煞能源及熬力添动梳形式的不同，热电联产胃戳分为蒸汽 轮捉热电联产、燃气轮撬热电联产、核毫熬电联产窝内燃梳熬电联产圈稃基本形 式【1 7 1 。本文将主要会绍蒸汽轮极熬电联产。 蒸汽轮援热电联产燃用款是煤炭等纯石燃料，逶逑汽轮撬把热能转换残电麓 并且对步 供热，这秘形式豹热瞧联产念业爨蔫仍然是黧内辨发展热亿事监煞基础， 是热魄联产集中供热豹最主要形式。慰终同孵供热秘发电鲍蒸汽轮极穰为供熬式 汽轮枫，装有供热式汽轮枧的发电厂兹为热嗽厂。供热式汽轮糗提供麴动力瑁 予驱动恒速运霉的发电机发电或穆动变速运移的袈、皴照规等机械，提供熬热毙 可用予工业生产或民月取暖。应用供热式汽轮枧霹以较走分域利斓蒸汽懿热能。 供热式汽轮机可以分为背压式( b 型) 、抽汽凝汽式( c 堕，c c 型) 、抽汽背压式 ( c a 型) 和低真空凝汽式等。背娠式汽轮机用发瞧后的刳 汽供热；抽汽凝汽鼓汽 轮机从汽轮机中间级抽出舆有定压力的蒸汽供绘热用户，一般又分为单抽汽( c 型) 和双抽汽( c c 型) 两种。其中双抽汽式汽轮机可供给热用户勰秘不同压力的 蒸汽；抽汽背压式汽轮机则以一定压力的抽汽和一定压力的摊汽阉时对外供热； 低真空凝汽式汽轮机的凝结水温度较高，凝汽器作为热网加热器，热阚出水温度 达8 0 摄氏度左右，可直接用予供暖。 抽汽式汽轮机是将做过功的一部分蒸汽从汽轮机中间环节抽出供给热用户使 用，其余的蒸汽继续膨胀做功，最后排至凝汽器。相当于将并列运行的背压式汽 轮机与凝汽式汽轮机合并，可以同时满足热、电两种负荷的需要。二次调节抽汽 凝汽式汽轮机由高压部分、中压部分和低压部分组成。新蒸汽通过调节阀在机组 的高压部分膨胀做功詹，分成两股，一股通过逆止阀和截止阀供给高温高压热用 户，另一股通过中压调节阀进入汽轮机的中压部分继续膨胀做功。蒸汽在中联部 分膨胀做功后，荐分成两殿，般通过逆止阀和截止阀供给中温中压热用户，另 一股通过低压调节f 两迸入汽轮机的低压部分继续膨胀做功。蒸汽在低压部分膨胀 骰功后，便可以在定的排汽参数下供应低温低压的热用户。由于有了调节抽汽， 使流经商联缸、中压缸和低压缸的蒸汽流爨相差较大，在调节阀中有较大的截流 损失，而且工况变化范围也较大。因此，应该在税组设计乏前，详细了解该机组 豹主要运行工况，合理确意各汽缸的设计流量。 二次诵节摘汽式汽轮机可戳在两种不蔺的驻力下供热，加上最后的背骶环节， 1 0 ： 蕊整嚣兰菇壅襞裁 最终w 以向外部提供三种不同压力、不同温度的热能，满越多种热负荷的需要。 2 2 热电联产的成本与费用 热电联产企业旋生产经营避程孛，必然要发生各静耗费，知枧器设锯等劳动 手段的耗费移入王等劳动力静耗费戳及其它的有关耗费。费用是指在金娩的生产 经营过程中发生的器项耗费。 成本是按特定生产目的归集的费用。企业为生产一定种类和数量的产晶所发 生豹务瑷费矮瓣惫秘豁为产磊残零。成本蠢费矮郝是生产资辩豹漕耗。赞弱与一 定的时期相联系，成本与一定的计算对象相联系，成本是对象化了的费用，即生 产产晶所发生的费用。 成本作为生产巾鹣各项费臻支逝，是商菇生产豹“投入”。借助成本w 以反殃 燕电联产企业经济活动孛“投入”耱“产出”觞关系。它穗楚衡量热电联产企业 生产缀营管理水平的一项综合指标，它可以反映热电联产众业劳动生产率高低， 原料棚剪动力的消耗状况，设备刹用率，生产技术和经营鬻理水平高低。在市场 震求稳定、产磊蛰橇芩交翡壤嚣下，成奉下海，嚣润裁剪戮旋毫，企照缀济效益 就会增加。 成本按其经济用途可以分为嫩产成本和非生产成本。对于热电联产众业，其 生产成本又可以蔹穆为热电割造残零，是指生产过程中荛铡逑窀力产瑟秘热宓产 品丽发生的成本。 热电联产企业的生产成本主癸包括：燃料赞、购入电力费、购入热力费、水 费、材料费、工资、职工福利费、折旧费、修理费、其它费用等。 ( 1 ) 燃辩费；撵燕龟联产众渡壹接矮予黧产窀力、熬力产菇所耗矮瓣各静燃 料。如煤炭、石油、天然气等。 ( 2 ) 购入电力赞：指热电联产企业为了自身的生产和销售活动而从其他企业 魏入鸯凌毫量所嚣支键熬费瑗。 ( 3 ) 购入热力赞：指热毫联产企业为了翻身的生产和销售活动而觚獒他企业 购入热量( 包括热蒸汽和热水) 所需支付的费用。 ( 4 ) 永费：攒热电联产企业为生产电量和热量面向外支幸寸的水费。包括磐购 隶羹、瘩资源费等。 ( 5 ) 材料费：指热电联产企业在发电、供热生产运行及维修所耗用的消耗性 材料、事故备用品以及不应计入“燃料”项目的其他各种生产用原料。 ( 6 ) 工资：撵热毫联产金照友舒给生产、警理罄门孛豹强定职工、会嗣巷l 职 工、耩时工、学徒置、经批准的计划外用工( 指经县、县以上劳动部门暇式批准 j b 瘟蛮遵盍堂毯堂筵途塞 常年参加企业生产的亦工办农人员和个别企业集体瘊蠢割戆摆工指撂据收黪人 员) 的正资和津贴。包括基数i 资葶效箍增长王资。 ( 7 ) 职工福利费：指按规定的工资总额范围和提取比例提取的职羔福利费。 ( 8 ) 折旧赞：指热电联产企业按搜定计提灼生产，管理部门和疆剥部门的固 定资产折旧费，是根据应计提折旧的固定资产原值j 襁搜定拆l b 搴计提的资产折旧 费。 ( 9 ) 修理赞：指热电联产企业生产经赞过程中发生的备项修理费用，飘定资 产修理过程中发生的材料、人工( 指修理作业中发生的外委人工费) 及其他费用 等，包括固定资产重大项目修理费和一般修理费。重大项目修理费采用颓提办法。 ( 1 0 ) 其它费用：指不属予以上各项而应计入生产成本的各种费用。 热电联产企业的非生产成本是指生产成本以外的成本，包括管理费用和财务 费用等。 ( 1 ) 管理费用；指热电联产企业的行政管理部门为组织管理生产经营活动而 发生的各项费用。包括办公费、水电费、差旅费、低值易耗品费、劳动保护费、 外部劳务费、物业管理赞、运输费、绿化费、工会经费、职业教育经费、业务费、 保险费、租赁费、税金、实验研究歼发赞、燃、材料盘亏和毁损、取暖费、排污 费等。 ( 2 ) 雾手务费用：指热电联产企业为筹集资金而发生的各项费用。包括：坏帐 损失、住房公积金、失业保险费、势动保险赞、业务招待费、土地使用费、土地 损失补偻费、技术转让赞、中介费、广告费、董事会费、长期待摊费用摊镝、无 形资产摊销等。0 9 1 上述成本耪费溺，组成了燕电联产企韭日常运营的基本支出，热电联产企业 瘫该在不影桶生产酌情况下，尽量降低t 述各种费掰的支出，获而提高本企业的 收益。对于热毫联产企鼗未来参与电力市场竞价上两，除了细分上述成本井，还 应将这些成本与赞雳进一步分配为发电成本与供燕成本，这样才能在燕电联产众 烂形成自身收益函数辩，尽霹髭准确的表示穗垒妲静各瑗浚入和支出。 2 。3 热电联产成本分配 j 2 3 1 热毫联产成本分配方法 熬毫联产金妲嗣对生产电髭与热能两释产品。本文将要研究的怒燕电联产企 娩电能部分参与竞徐上隧，嚣要蓬煮考虑发电部分静成本。在对热电联产金韭的 簸本遴学分耩时，爨矮将热奄联产金鳖魄能都分豹玺产成本与热能部分静生产戒 本分开讨论，这样才能使热电联产企业在制定竞价策略时与其他发电企业处于相 对平等的竞争地位【2 0 】。由于热电联产机组存在抽汽环节，因此企业可以根据经营 需要调整机组的热电比( 2 l 】和电热比等参数，从而调整企业的发电量与供热量，在 满足地区热负荷与电负荷的前提下，使本企业的利润达到最大。 装有抽汽型供热机组的热电联产企业热力系统简图如图2 2 所示： 玑d 图2 2 装有抽汽型供热机组的热电联产企业热力系统简图 f i g u r e2 2c h ps y s t e mi n c l u d i n gp u m pc o g e n e r a t i o nu n i t s 热电联产企业的总热耗量为： q v = b q , q , t = 百q b = 熹( 川 【q p = q + q 其中： q 。：热电联产企业所用燃料的低位发热量； b 。：热电联产企业总的燃料消耗量； q 。：锅炉的热负荷； q 。：汽轮机设备的热耗量； 仇：锅炉效率； 仉：管道效率； q ：热电联产企业供热部分的热耗量； q 。，：热电联产企业发电部分的热耗量。 热电联产企业总热耗量q 分配的实质，是将q 。在热、电两种产品之间分配 为q 和q 通常先确定分配到供热方面的热耗量q 蚰，再根据 q 。，= q 十一q t 求出发电方面的热耗量。 l 囊銮瀵塞掌亟妻望燕盈塞 对燕电联产企簸总热耗量的分配方法的蔡求是：既要反映电、热两种产品的 箍位不溺，叉要反酸热电联产过程的技朱完善程度，且计算简便，并能为西家节 约稳源，促进热仡事韭的发展。 嚣薷，鼙内籍豹专家学者在煞电联产企监的煤耗分配方法上进行了诲多研究， 提出了多种不丽豹分配方法，较有代表髓静研究成栗包耩文献【2 2 】f 2 4 】簿，可戳 将这些分配方法 琏纳蔻三类，一类是熬奄联产效益l 角电法( 热量法) ，一类是燕龟 联产效熬羟热法 安舔烩降法) ，两者是q 。分配静两种极端方法，还有一类方法 是将热毫联产效蕴摄孛分摊在发毫，供熬两个方蔼，这类方法膏缀多种，蟊做功 鲢力法、净效益法等。 2 3 1 1 热量法 热量法楚驭熬力学第一定律为依据，只考虑能量的数量，不考虑能麓的质量 茬剃，简单盔观，便于应用。熟鹭法将熟电联产企敛总的热耗量按照生产热、电 两种能登产菇箍数量讫绢来分配。首先确定分配给供热方面韵热耗量。 分配给供热方面的热耗豢为： q t p , h 啬= 杀咄坠d o ( h o 出- h 知) ) 其孛； q 。：热电联产金业翔乡 供出驰热量； q ：热用户嚣要的热量； 瓠：热网效率； h 。：供热抽汽的比烩； h 。：叛蒸汽的比焓。 热量法把热化发电的冷源损失以热量的形式供绘热用户，并驮爻热像发电部 分不再有冷源损失，热电联声的节能效盏全部由发电部分独蠢，供热方魏仅获褥 了热电联产企业嵩效率大锅炉取代低效率小锅炉的好处，但以热阙效率军。表示懿 集中供热管网的散热损失，使之打了折扣。热量法的优点是简单壹鼹、便于应用； 缺点是未考虑联产供热气流在汽轮机中做功聪供热，品位降低的实醚情况，来考 虑热电两种产品之间的质量羞别，也不反映供热参数商低的影响( 因为q ；= q r 。， 是以热用户处的热负荷为依据的) ，不能调动热用户降低供热参数的积极饿，也不 能促进热电联产企业改进热工转换过程的积极性。热量法又被称为“效益归电法” 或“好处归电法”。 1 4 2 3 1 2 实际焓降法 实际焓降法分配给供热方面的热耗量，是按联产供热气流在汽轮机中少做的 内功占新蒸汽所做内功的比例来分配的( 以分产供热量q ： = o 为前提) 。 分配给供热方面的热耗量为： q t p , b - - - - q 。琢d h ( f h h - 可h c ) ( 卜3 ) 其中： d 。：热电联产企业的供热蒸汽量； d 。：汽轮机设备的蒸汽量。 实际焓降法考虑了供热抽汽品质方面的差别，热用户要求的供热参数越高， 供热方面分摊的热耗量越大，可以鼓励热用户降低用热参数，提高热电联产的节 能效果。这种方法把热化发电的冷源损失无偿供给了热用户，热电联产的好处全 部归供热部分所有，因此又被称为“好处归热法”。实际焓降法将冷源损失全部划 归了发电方面，联产气流却因供热引起实际焓降不足少发了电，且抽汽式供热机 组不可避免地要有一部分凝汽发电量，使热电联产企业发电方面不但得不到好处， 反而多耗煤，可见此方法不十分合理。 2 3 1 3 做功能力法 做功能力法分配给供热方面的热耗量，是以热电联产气流的最大做功能力占 新蒸汽的最大做功能力的比例来分配的( 以分产供热量q = o 为前提) 。 分配给供热方面的热耗量为： q i p , h = q 舻器= q 。面d h ( h f h - - t 丽“s h ) ( 卜4 ) 其中： h 。：新蒸汽的比焓； h ：供热抽汽的比焓； e 。：新蒸汽的比火用； e 。：供热抽汽的比火用o s 。：新蒸汽的比熵； s 。：供热抽汽的比熵； t 二：环境温度。 做功能力法以热力学第一定律和第二定律为依据，考虑了热能的