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基于不确定性分析的火电机组经济性能指标计算方法革新与实践

一、引言

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

在全球能源结构中，火力发电始终占据着极为重要的地位。作为一种将化石燃料（如煤炭、石油、天然气等）的化学能转化为电能的发电方式，火力发电凭借其技术成熟、发电稳定、可调节性强等显著优势，长期以来为社会经济发展提供了坚实的能源保障。以中国为例，截至2024年6月，全国火电装机容量达到14.05亿千瓦，占发电装机总量比重的45.76%，2024年上半年我国火力发电量累计值达30052.7亿千瓦时，期末总额比上年累计增长1.7%，依然是最主要的发电形式。

传统的火电机组经济性能指标计算方法，多数是基于理论分析和精确数据构建的。这些方法在理想状态下能够提供较为准确的计算结果，为火电机组的运行和管理提供了一定的参考依据。在实际的火电机组运行过程中，存在着众多的不确定性因素。从燃料方面来看，燃料的品质会受到开采、运输、储存等多个环节的影响，导致其发热量、含硫量、水分等关键指标存在波动。在设备运行过程中，主要设备的故障率难以精确预测，设备的磨损、老化以及突发的故障等，都会对机组的性能产生影响。此外，发电效率也会受到运行工况、环境条件等因素的制约，呈现出不确定性。这些不确定性因素的存在，使得基于精确数据的传统计算方法的可靠性大打折扣，计算结果往往与实际情况存在较大偏差。

1.1.2研究意义

在火电机组经济性能指标计算方法中纳入不确定性分析，具有多方面的重要意义。其能够显著提高计算结果的准确性。通过对各种不确定性因素进行系统分析和量化处理，能够更真实地反映火电机组在实际运行中的性能状况，使计算结果更加贴近实际，为后续的决策提供更可靠的数据支持。

精确的经济性能指标计算结果，对于指导电厂的运行和调度起着关键作用。电厂可以依据考虑了不确定性因素的计算结果，制定更为科学合理的运行策略。在安排机组的启停计划时，可以充分考虑设备故障率的不确定性，合理安排维护和检修时间，降低设备故障带来的损失；在进行负荷分配时，可以结合发电效率的不确定性，优化负荷分配方案，提高机组的整体运行效率，降低能耗。

考虑不确定性因素的计算方法，有助于电厂更好地应对市场竞争和政策变化。随着能源市场的不断改革和环保政策的日益严格，火电厂面临着越来越大的压力。通过准确把握机组经济性能的不确定性，电厂能够提前做好应对措施，优化资源配置，提高自身的竞争力，实现可持续发展。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究进展

国外在火电机组经济性能指标计算方法及不确定性分析领域的研究起步较早，取得了一系列具有影响力的成果。在计算方法方面，美国电气与电子工程师协会（IEEE）旗下相关标准对火电机组性能测试和经济指标计算制定了详细规范，其中涉及到多种传统计算方法，如常规热平衡法，该方法作为最基本的热力系统分析计算方法，是热力学第一定律在火电厂热力系统计算中的直接表述，通过列出n级回热加热器的每一级热平衡式和全机流量平衡式，联立求解抽汽量等未知量，进而计算蒸汽在汽轮机内焓降做功总和、冷源损失和汽轮机热耗等热经济性指标，其概念清晰，自20世纪50年代被引入后应用较广。

随着研究的深入，国外学者开始关注不确定性分析在火电机组经济性能指标计算中的应用。美国能源部（DOE）资助的一些研究项目，运用蒙特卡罗模拟法对火电机组运行中的不确定性因素进行分析。蒙特卡罗模拟法通过对大量随机样本的模拟计算，得出各种可能的结果及其概率分布，能够全面地考虑燃料品质、设备故障率、发电效率等不确定性因素对经济性能指标的综合影响。在对某大型火电机组进行研究时，通过蒙特卡罗模拟法，对燃料发热量在一定范围内的随机波动进行模拟，结合设备运行状态的不确定性，得到了发电成本的概率分布，为电厂的成本控制和风险管理提供了更科学的依据。

在设备故障率不确定性分析方面，国际上广泛采用故障树分析（FTA）和失效模式与影响分析（FMEA）等方法。故障树分析通过建立逻辑模型，对导致设备故障的各种因素进行层层分解，找出故障的根本原因和传播途径，从而评估设备故障率的不确定性；失效模式与影响分析则侧重于分析设备各个部件的失效模式及其对整个系统性能的影响程度，为设备维护和改进提供方向。欧洲一些电力研究机构将FTA和FMEA方法应用于火电机组关键设备，如汽轮机、锅炉等，通过对设备历史故障数据的分析和专家经验的结合，构建故障树模型，量化设备故障率的不确定性，有效提高了机组运行的可靠性和经济性。

在发电效率不确定性研究上，国外研究人员考虑了运行工况、环境条件等多种因素。例如，丹麦的相关研究通过建立复杂的数学模型，将环境温度、湿度、大气压力以及机组负荷变化等因素纳入发电效率的计算中，分析这些因素对发电效率的影响规律