火力發(fā)電行業(yè)用水計劃核定下達方法研究

火力發(fā)電行業(yè)用水計劃核定下達方法研究

李敏，陳雅芬(水利部珠江水利委員會珠江水利綜合技術(shù)中心，廣東廣州510611)《中華人民共和國水法》(以下簡稱《水法》)《取水許可和水資源費征收管理條例》等法律法規(guī)，明確規(guī)定中國實行計劃用水管理制度，且由水利部印發(fā)了《計劃用水管理辦法》[1]?！队媱澯盟芾磙k法》第十五條用水單位具有下列情形之一的，管理機關(guān)應(yīng)當核減其年計劃用水總量：“(一)用水水平未達到用水定額標準的；(二)使用國家明令淘汰的用水技術(shù)、工藝、產(chǎn)品或者設(shè)備的；(三)具備利用雨水、再生水等非常規(guī)水源條件而不利用的”，上述內(nèi)容僅為核定用水單位用水計劃的原則，不是用水計劃的核定標準；另外相關(guān)水行政主管部門也沒有出臺相關(guān)文件進一步明確和細化用水計劃的核定標準。目前，不同省市縣的水行政主管部門結(jié)合各自實際情況研究制定了相應(yīng)的用水計劃核定下達的規(guī)定，并執(zhí)行用水計劃核定工作?，F(xiàn)行水行政主管部門年度用水計劃核定下達，大多數(shù)以取用水戶上報數(shù)據(jù)和前3年實際用水量為依據(jù)，在不超過原審批取水量的前提下直接下達；另外國內(nèi)部分學(xué)者也開展了用水計劃核定下達方法方面的類似或相關(guān)研究，并提出多元回歸法和定額法[2-5]、聚類算法和用水預(yù)測算法[6]、水平衡法測試方法[7]等多種方法，但大部分方法并未充分考慮用水定額與實際用水水平，不太符合當下節(jié)水優(yōu)先、限額管理的要求。本研究在分析流域內(nèi)外部分省(區(qū))市水行政主管部門用水計劃核定下達現(xiàn)狀和部分學(xué)者相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，針對用水計劃核定下達方法體系不完善的現(xiàn)狀，歸納、總結(jié)、提煉已采用或提出的用水計劃核定下達方法的優(yōu)缺點，結(jié)合火力發(fā)電行業(yè)的特點，研究提出火力發(fā)電行業(yè)用水計劃核定下達的“前三年平均效率值法”，并建立數(shù)據(jù)計算模型，進一步完善用水計劃核定下達方法體系，同時促進了用水計劃核定下達的合理性。另外，將已有的以及新研究提出的核定下達方法應(yīng)用于火力發(fā)電行業(yè)的實際案例中進行適用性分析，并提出適用方法和結(jié)論。1用水計劃核定下達現(xiàn)狀對水利部珠江水利委員會(以下簡稱為珠江委)、珠江流域內(nèi)外部分省(自治區(qū))市以及國內(nèi)學(xué)者關(guān)于對用水計劃核定下達方法的現(xiàn)狀情況進行梳理。1.1珠江委珠江委根據(jù)各取用水單位的報送材料，統(tǒng)計近3年各個用水項目實際用水量，并結(jié)合用水單位報送的本年度用水計劃量、近3年實際平均用水量和取水許可批復(fù)水量，若申請下一年度用水量不超過前3年實際用水量120%的，直接核定下達；超過120%的，理由充分且合理的，采用申請用水量下達，但不能超過取水許可批復(fù)水量；理由不充分的采用近3年實際平均用水量的120%下達。對于水電站、灌區(qū)等用水項目，采用業(yè)主上報用水計劃量。對于未上報下一年度用水計劃的，依據(jù)審批的取水許可量和近3年實際用水量綜合核定后下達。1.2流域內(nèi)各省(區(qū))市云南省結(jié)合年度取用水總量控制指標、企業(yè)實際年度用水情況、用水定額、水平衡測試結(jié)果等，核定下達用水計劃。貴州省主要根據(jù)取用水戶前3年實際產(chǎn)品產(chǎn)量、用水量和當年計劃產(chǎn)品產(chǎn)量核定用水計劃。廣西壯族自治區(qū)根據(jù)本行政區(qū)域年度用水總量控制指標、用水定額和用水單位近1～3年的實際用水量，核定用水單位的用水計劃。廣東省根據(jù)用水總量控制指標、用水定額、供水單位的供水能力，結(jié)合用水單位的用水計劃建議、用水項目情況、前3年同期抄表計費水量等用水情況核定用水計劃。海南省根據(jù)本行政區(qū)域年度用水總量控制指標、用水定額和用水單位的用水記錄核定用水單位的用水計劃，取用水單位年計劃取用水量最多不超過前3年平均值1.2倍，并小于許可取用水量。福建省將水平衡測試結(jié)果作為重要依據(jù)。江西省將用水定額作為主要依據(jù)，并結(jié)合實際情況進行核減。湖南省根據(jù)本行政區(qū)域用水總量控制指標、用水定額、供水單位的供水能力等，結(jié)合重點用水單位的用水計劃建議、用水項目情況、前3年同期抄表計費水量等用水情況核定用水計劃。其中廣西、江西有核減制度，但無具體的核減標準。廣州市規(guī)定水行政主管部門每半年下達1次月度用水計劃，用水計劃根據(jù)城市供水能力、以用水戶近3年同期抄表計費水量為基數(shù)計算的加權(quán)平均值、用水戶用水量增長趨勢確定。取月度抄表計費水量加權(quán)平均值、最近12個月內(nèi)月度用水計劃峰值兩者中的最大值作為月度用水計劃，其中月度抄表計費水量加權(quán)平均值=[(1×大前年同月抄表計費水量+2×前年同月抄表計費水量+3×去年同月抄表計費水量)/6]×(1+增長系數(shù))。深圳市用戶年度計劃用水總量根據(jù)水量平衡測試確定的合理用水水平系數(shù)、用水平均增長率以及最近3年年度實際用水總量的平均值確定。用戶有3年以上用水數(shù)據(jù)的：用戶年度計劃用水總量=合理用水水平系數(shù)×(1+前3年用水平均增長率)×前3年實際用水總量的平均值。1.3流域外部分省(區(qū))市江蘇省按照不低于用水定額的用水水平核定其年用水計劃總量，未制定用水定額的，根據(jù)該計劃用水戶近1～3年實際用水量的加權(quán)平均值并考慮適當?shù)脑鰷p系數(shù)核定其年用水計劃總量。山東省根據(jù)年度用水總量控制指標、用水定額、取用水戶近1～3年實際取用水量和繳費情況、取用水戶生產(chǎn)計劃等確定。吉林省根據(jù)用水定額、經(jīng)濟技術(shù)條件以及水量分配方案確定的可供本行政區(qū)域使用的水量，制定年度用水計劃，超計劃用水的，按照上一年度用水計劃核減其用水量。甘肅省根據(jù)本行政區(qū)域年度用水總量控制指標、用水定額和用水單位的用水記錄，按照總量控制、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、綜合平衡、留有余地的原則，核定用水單位的用水計劃。上海市以用水定額為基礎(chǔ)核定用水計劃并進行月度考核，尚無行業(yè)用水定額的，用水計劃指標參照用水單位上年度產(chǎn)值單耗和近3年實際用水量以及發(fā)展需求核定；未滿3年的，參照上年度產(chǎn)值單耗和實際用水量核定[8-9]。北京市根據(jù)區(qū)域年度用水計劃、相關(guān)行業(yè)用水定額、用水單位的生活、生產(chǎn)經(jīng)營需要輔以調(diào)整系數(shù)綜合核定[10-11]。天津市根據(jù)當年水資源總量，參照區(qū)(縣)節(jié)水辦上報的匯總平衡結(jié)果、非生活用水戶的用水定額和上一年度實際用水量確定。德州市根據(jù)各用水戶近3年取用水情況、行業(yè)用水定額、用水效率情況以及取水許可水量綜合確定[12]。1.4國內(nèi)學(xué)者孫明[2]2004年提出可采用用水定額和水平衡測試法編制和核定取用水單位的用水計劃，同時指出即使采用用水定額下達用水計劃，水平衡測試也是其有益的必要的補充。賀娟[3]2013年采用定額法與多元回歸法對三亞市計劃用水進行了計算，并確定了規(guī)劃年限內(nèi)各年度內(nèi)各行業(yè)的計劃用水量。秦毅等[4]2000年提出現(xiàn)行用水定額在實際運用中存在的問題，并將城市用水定額分為規(guī)劃設(shè)計用水定額和計劃管理用水定額，并以此對計劃管理用水定額提出了計算方法。江亞菲[5]2014年通過構(gòu)建合理的數(shù)學(xué)模型，借鑒同類型城市的用水定額成果進行了調(diào)整，提出秦皇島市關(guān)于城市生活和工業(yè)生產(chǎn)的計劃用水定額，通過編制便于應(yīng)用的計劃用水指標體系，指導(dǎo)城市節(jié)制用水。陳興[6]2016年通過對各行業(yè)用水特點的了解分析，最后確定用水計劃的核定采用2個方向，一是與其他相似企業(yè)用水的對比，二是與企業(yè)自身歷史用水的對比；2個方向引用的方法分別為聚類算法和用水預(yù)測算法;聚類算法主要是利用SPSS19.0版中K-means分析模塊，找出同行業(yè)同類別中用水不合理的用水戶。胡海軍等[7]2014年選取中國長城葡萄酒有限公司作為測試對象，對企業(yè)水平衡測試方案、方法、測試時間及過程進行說明，最后得出測試結(jié)果，水平衡測試成果可為相關(guān)企業(yè)節(jié)水管理以及水利等相關(guān)部門合理管理水資源提供參考依據(jù)。韓國華等[13]2012年運用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算機模擬得出供水量與最高、最低、平均溫度等因素關(guān)系，并應(yīng)用該方法對未來一個月的供水量進行了預(yù)測。2已有核定下達方法的歸納和總結(jié)經(jīng)對目前流域內(nèi)外省、市已采用和部分研究學(xué)者提出的用水計劃核定下達方法的分析和歸納，對已有的方法主要總結(jié)為3種，分別為實際用水量平均值法、用水定額法和水平衡測試法，本研究明確提出3個方法的概念、計算公式，設(shè)計各種方法計算表格，并分析各個方法的適用條件和優(yōu)缺點。2.1實際用水量平均值法實際用水量平均值法，即計算前3年實際用水量的算數(shù)平均值或者加權(quán)平均值作為取用水戶當年的用水計劃，以2種方法計算的大值為最終確定值。確定的加權(quán)平均值計算公式為：3年加權(quán)平均用水量=(大前年用水量+2×前年用水量+3×去年用水量)/6，其中加權(quán)平均系數(shù)的選取參照流域內(nèi)廣州市月度用水計劃計算公式確定。2種方法的計算表格見表1、2。表1前3年用水量算數(shù)平均值計算建議用水計劃下達量表2前3年用水量加權(quán)平均值計算建議用水計劃下達量此方法要求有歷史數(shù)據(jù)即可，預(yù)測的用水計劃下達量較貼近實際，但根據(jù)實際用水年份、地區(qū)發(fā)達程度、不同行政級別等確定的加權(quán)系數(shù)具有較大的不確定性。當用水戶年度用水變化較大，或因年內(nèi)設(shè)備檢修或停產(chǎn)時間較長，造成用水量明顯下降時，加權(quán)平均法計算數(shù)據(jù)則不能代表取用水戶實際用水情況。2.2用水定額法用水定額法，即根據(jù)本行政區(qū)域內(nèi)的行業(yè)用水定額乘以用水戶近3年的實際生產(chǎn)能力平均值或者用水戶下一年的計劃生產(chǎn)能力，得到取用水戶用水計劃下達量。確定的用水定額法計算公式為：用水計劃下達量=用水定額通用值×前3年平均產(chǎn)品產(chǎn)量或下一年的計劃產(chǎn)品產(chǎn)量，用水定額通用值取國家和地方標準中的小值。設(shè)計的計算表格見表3，2種方法計算結(jié)果根據(jù)取用水戶實際情況選定。表3用水定額法計算建議用水計劃下達量此方法要求用水定額標準完善且需及時更新，這是由于一方面隨著社會的進步，人民生活水平不斷提高，用水定額標準不斷調(diào)整；另一方面，用水涉及到方方面面，新的用水方式不斷涌現(xiàn)，因此該方法適用于生產(chǎn)和用水工藝合理、產(chǎn)品品種穩(wěn)定、計量完善、具有相應(yīng)用水定額標準的行業(yè)。當取用水戶用水水平較低，超出定額標準時，可利用定額限制取用水量，倒逼企業(yè)改造工藝，實現(xiàn)節(jié)水的目的。2.3水平衡測試法水平衡測試法，即按最新的水平衡測試成果和近3年的平均生產(chǎn)能力，推算本項目年用水量。確定的水平衡測試法計算公式為：下一年度用水計劃下達量=電廠滿發(fā)時每小時用水量×近3年平均年利用小時數(shù)或下一年計劃發(fā)電利用小時；或下一年度用水計劃下達量=單位發(fā)電量用水量×近3年平均發(fā)電量或下一年計劃產(chǎn)量。針對不同規(guī)模機組，分別計算并相加。計算表格見表4、5。表4水平衡測試發(fā)電利用小時數(shù)計算建議用水計劃下達量表5水平衡測試單位平均發(fā)電用水量計算用水計劃下達量此方法適用于定期開展水平衡測試并有相關(guān)數(shù)據(jù)的取用水戶，根據(jù)DL/T606.5—2009《火力發(fā)電廠能量平衡導(dǎo)則第5部分：水平衡試驗》，水平衡測試必須在機組的常規(guī)運行工況下進行，且機組的發(fā)電負荷應(yīng)占全廠總裝機容量的80%以上，最好為滿發(fā)工況。未按期完成水平衡測試工作，或水平衡測試條件不滿足相關(guān)要求的取用水戶，均不適用于此方法。3“前三年平均效率值法”火電行業(yè)既是高耗水行業(yè)，也是高能源供給行業(yè)，對生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有非常重要的作用。大部分火力發(fā)電用戶企業(yè)建立較早，用水工藝有待改進，具有較大的節(jié)水空間，同時火力發(fā)電取用水戶用水過程梳理和用水統(tǒng)計工作相對成熟，用水對象相對單一，用水數(shù)據(jù)來源準確，便于數(shù)據(jù)分析。在分析、歸納、總結(jié)已采用或提出的用水計劃核定下達方法基礎(chǔ)上，結(jié)合火力發(fā)電行業(yè)用水特點，研究提出火力發(fā)電行業(yè)用水計劃核定下達的“前三年平均效率值法”?！扒叭昶骄手捣ā?，即與實際用水效率和生產(chǎn)規(guī)模等因素相關(guān)的延伸預(yù)測法，是以過去“3年”的數(shù)據(jù)平均值作為下一年預(yù)測值的一種方法，具體數(shù)學(xué)計算模型為：(1)式中V——年度計劃用水量，萬m3；Q——下一年計劃產(chǎn)量或前3年平均發(fā)電量，MW·h；Vui——單位發(fā)電量用水量，m3/(MW·h)；Vui1、Vui2、Vui3——大前年、前年、去年的單位發(fā)電用水量。經(jīng)分析研究，該方法具有較好的普適性，既適用于單一規(guī)模及混合規(guī)模機組，也適用于產(chǎn)品缺乏定額標準、或具有多種產(chǎn)品但未分開統(tǒng)計水量的取用水戶，對用水水平條件沒有明確限制。當取用水戶年度用水或產(chǎn)量差異較大時可采用此方法，適用范圍較廣，有利于促進取用水戶提高用水水平，減少單位產(chǎn)品用水量。同時該方法的計算成果更符合實際用水情況，避免出現(xiàn)實際用水量和核定下達水量差距較大的情況，且更符合當前“節(jié)水優(yōu)先”的相關(guān)要求。但當取用水戶用水水平較低，單位產(chǎn)品用水量超出定額標準時，不適用于此方法。另外，鑒于數(shù)據(jù)獲取的難易程度，以及數(shù)據(jù)年份過長時，會涉及到取用水戶工藝改造，用水效率及用水水平變化較大的實際情況，綜合考慮認為數(shù)據(jù)計算系列不宜過長，故計算方法研究主要以前3年相關(guān)數(shù)據(jù)為主，具體計算年份可以取用水戶實際情況加以調(diào)整。4案例分析4.1案例基本情況選取火力發(fā)電行業(yè)的1個取用水戶作為案例分析對象。大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司(以下簡稱貴州發(fā)耳電廠)位于貴州省六盤水市水城縣，成立于2005年8月24日，是國家實施“西電東送”戰(zhàn)略重要的后續(xù)電源，為亞臨界燃煤機組，總裝機容量4×600MW，屬于典型坑口電廠。項目設(shè)計年利用小時數(shù)為6000h，設(shè)計年發(fā)電量為144億kW·h。4.2案例實際取用水情況項目取水水源為北盤江大渡口河鄧家寨段，取水地點為貴州省六盤水市水城縣發(fā)耳布依族苗族彝族鄉(xiāng)鄧家寨河段，取水方式為提水(發(fā)耳電廠泵站)。項目年最大取水許可量為3154萬m3，取水用途為發(fā)電取水，水源類型為地表水，機組冷卻形式為循環(huán)冷卻，取水許可有效期為2013年1月1日至2022年12月31日。貴州發(fā)耳電廠發(fā)證以來取用水情況見表6。從表6看出，電廠近幾年計劃下達量均等于申請用水量，年實際用水量未超計劃和許可水量，用水量先減少后增加并趨于平穩(wěn)，年發(fā)電量未超設(shè)計發(fā)電量；電廠用水水平變化處于穩(wěn)定階段，單位發(fā)電用水量基本不變，接近貴州省用水定額先進值。表6貴州發(fā)耳電廠2013—2020年取用水情況統(tǒng)計4.3案例適用方法及結(jié)論貴州發(fā)耳電廠2017—2019年逐月用水情況分析見表7，2017—2019年均出現(xiàn)月度實際用水量超計劃量的情況，除2018年年實際用水量超計劃下達量外，其余年份兩者之間差異不大；電廠用水水平較穩(wěn)定，逐月單位發(fā)電用水量均未超定額標準，且接近先進值標準。電廠近3年裝機年利用小時數(shù)分別為4085.15、4774.81、4728.01h。該電廠2019年9月進行了水平衡測試，測試結(jié)果為每小時實際取水量為2538.0m3/h，全廠實際平均單位發(fā)電量用水量為1.98m3/(MW·h)。本次采用實際用水量平均值法、用水定額法、水平衡測試法和“前三年平均效率值法”的計算結(jié)果對比見表8。表8貴州發(fā)耳電廠建議用水計劃下達量不同方法計算成果對比單位：萬m3電廠為單一裝機規(guī)模取用水戶，從表7、8看出，近3年用水、產(chǎn)量變化不明顯，用水水平穩(wěn)定，因此前3年實際用水量算術(shù)平均值以及“前三年平均效率值法”計算的結(jié)果接近，實際用水量加權(quán)平均方法計算結(jié)果偏大；由于單位發(fā)電用水量小于定額標準較多，因此采用用水定額法計算結(jié)果偏大。由于水平衡試驗期間，2臺機組的發(fā)電總