電能替代項(xiàng)目中用戶的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)與分析

楊 杰，何永秀，葉鈺童，余 蕾

（華北電力大學(xué)，北京 102206）

0 引言

隨著電能替代項(xiàng)目的不斷開展，越來(lái)越多的電能替代方式進(jìn)入到人們生活中。電能替代是否具有經(jīng)濟(jì)性決定了項(xiàng)目能否為人們所接受。

在電能替代的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方面，學(xué)者們進(jìn)行了大量研究。王東等對(duì)電能替代可行性進(jìn)行了研究，并分析效益，進(jìn)而證明了電能替代具有實(shí)施潛力［1］。陳蓉珺針對(duì)西氣東輸加壓站進(jìn)行電能替代研究，分析電能替代的必要性以及西氣東輸電能替代的技術(shù)實(shí)現(xiàn)［2］。武中等基于能耗及經(jīng)濟(jì)成本等因素，建立分析模型得出采用地源熱泵作為主供暖設(shè)施、電鍋爐作為輔助供暖設(shè)施是目前電能供暖綜合最佳解決方案［3］。

結(jié)合以往研究成果可知，學(xué)者們多從其中某一方面對(duì)電能替代項(xiàng)目進(jìn)行研究，為了反映實(shí)際項(xiàng)目中用戶費(fèi)用情況，從財(cái)務(wù)指標(biāo)和臨界電價(jià)兩個(gè)角度建立模型，對(duì)電能替代中用戶效益進(jìn)行分析。從財(cái)務(wù)角度上用戶可以直觀知曉費(fèi)用情況，從臨界電價(jià)方面，用戶可以了解電價(jià)的臨界點(diǎn)，即電價(jià)在哪一范圍內(nèi)，替代項(xiàng)目仍然經(jīng)濟(jì)。

1 電能替代經(jīng)濟(jì)型分析模型

1.1 基于增量分析的電能替代互斥方案

電能替代前的方案和電能替代后的方案構(gòu)成了互斥方案，在對(duì)多個(gè)互斥方案進(jìn)行比選時(shí)，只能選取其中之一。在對(duì)電能替代前后方案費(fèi)用年值進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從差額凈現(xiàn)值和差額內(nèi)部收益率兩個(gè)方面進(jìn)行增量分析，比較電能替代前后方案的經(jīng)濟(jì)性。

1.1.1 電能替代前后費(fèi)用年值分析

1）電能替代前后用戶費(fèi)用流。

在電能替代前，用戶付出的費(fèi)用大致有一次性的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、傳統(tǒng)化石能源每年使用費(fèi)用、設(shè)備每年的維護(hù)費(fèi)用等。此外，考慮到傳統(tǒng)設(shè)備存在CO2、SO2等污染物排放問(wèn)題，對(duì)部分企業(yè)而言，還存在每年的污染治理費(fèi)用。電能替代前費(fèi)用流如圖1所示。

圖1 電能替代前費(fèi)用流

在用戶實(shí)施電能替代后，往往要更換原有設(shè)備，存在一定的設(shè)備投資成本，設(shè)備的安裝也會(huì)產(chǎn)生一定的費(fèi)用流出，歸到設(shè)備投資成本部分；此外還有每年需要支付的用電費(fèi)用及設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，也需要考慮在內(nèi)。電能替代后費(fèi)用流如圖2所示。

圖2 電能替代后用戶費(fèi)用流

2）電能替代前后費(fèi)用年值分析。

費(fèi)用年值是一種以貨幣單位計(jì)量的動(dòng)態(tài)價(jià)值型經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，在評(píng)價(jià)時(shí)不僅計(jì)入了資金的時(shí)間價(jià)值，而且考察了項(xiàng)目在整個(gè)壽命期內(nèi)支出的全部經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，相比靜態(tài)指標(biāo)更全面、更科學(xué)［5］。

該指標(biāo)可適用于對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行評(píng)優(yōu)。如果各方案產(chǎn)出價(jià)值相同，或能夠滿足同樣需要但其產(chǎn)出效益難以用價(jià)值形態(tài)（貨幣）計(jì)量時(shí)，可以通過(guò)對(duì)各方案費(fèi)用年值的比較進(jìn)行選擇。其判別準(zhǔn)則是費(fèi)用年值小的方案為優(yōu)。具體計(jì)算公式為

在“將博物館帶回家”的理念大為流行的今天，我們留意到，受眾群體對(duì)文化附加值的審美需求異常旺盛。“文創(chuàng)”產(chǎn)品的推陳出新，在吸引公眾眼球的同時(shí)，日益成為各大景點(diǎn)相得益彰的文化名片。比如故宮博物院，不以老大自居，在文創(chuàng)產(chǎn)品上下大功夫，目前已經(jīng)開發(fā)出幾千種文創(chuàng)紀(jì)念品，還建立了文化創(chuàng)意體驗(yàn)館，一時(shí)間成為時(shí)尚旅游地，使故宮這座百年宮廷建筑群落充滿了新時(shí)代的魅力。

式中：Aa、Ab分別為電能替代前、 后費(fèi)用年值；Ua、Ub分別為電能替代前、后用戶投資額；Na、Nb分別為電能替代前、后設(shè)備的使用壽命；i為折現(xiàn)率；Fa、Fb分別為電能替代前、后用能費(fèi)用；Ma、Mb分別為電能替代前、后維護(hù)費(fèi)用；分別為電能替代前、后的年值系數(shù)；Fc為年節(jié)省用能費(fèi)用；Mc為年節(jié)省維護(hù)費(fèi)用；Ac為費(fèi)用年值減少額。

比較Aa與Ab的大小，費(fèi)用年值小者為優(yōu)。并且從Fc、Mc、Ac3個(gè)數(shù)值中可以得到每年用能費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用以及費(fèi)用年值較少額。若涉及多個(gè)方案，不同方案的經(jīng)濟(jì)程度與費(fèi)用年值的大小成反相關(guān)。

1.1.2 基于差額凈現(xiàn)值的電能替代前后方案比選

當(dāng)互斥方案壽命不等時(shí)，一般情況下，各方案的現(xiàn)金流在各自壽命期內(nèi)的凈現(xiàn)值不具有可比性，因此必需設(shè)定一個(gè)共同的分析期。分析期的設(shè)定應(yīng)根據(jù)決策的需要和方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征來(lái)決定。考慮到電能替代項(xiàng)目在壽命期結(jié)束后按原來(lái)方案可重復(fù)實(shí)施若干次，研究采用壽命期最小公倍數(shù)法，取各備選方案壽命的最小公倍數(shù)作為共同的分析期。

設(shè)a、b分別代表投資額不等的電能替代互斥方案，a方案比b方案投資大，兩方案的差額凈現(xiàn)值為

式中：ΔQ為互斥方案的差額凈現(xiàn)值；Ia和Ib分別代表a方案和b方案的現(xiàn)金流入；Oa和Ob分別代表a方案和b方案的現(xiàn)金流出；t為方案分析期；Qa為a方案凈現(xiàn)值；Qb為b方案凈現(xiàn)值。

用增量分析法進(jìn)行互斥方案比選時(shí)，若ΔQ＞0，表明增量投資可以接受，投資（現(xiàn)值）大的方案經(jīng)濟(jì)效果好，即a方案經(jīng)濟(jì)效果好；若ΔQ＜0，表明增量投資不可以接受，投資（現(xiàn)值）小的方案經(jīng)濟(jì)效果好，即b方案經(jīng)濟(jì)效果好。

1.1.3 基于差額內(nèi)部收益率的電能替代前后方案比選

設(shè)a、b分別表示電能替代互斥方案，在滿足以下條件時(shí)可通過(guò)差額內(nèi)部收益率進(jìn)行方案的比選：初始投資額大的方案年均凈現(xiàn)金流大，且壽命期長(zhǎng)；初始投資額大的方案年均凈現(xiàn)金流小，且壽命期短。

式中：R為互斥方案差額內(nèi)部收益率；na和nb分別為a方案和b方案的壽命期；Ia為方案a在t年的現(xiàn)金流入；Oa為方案a在t年的現(xiàn)金流出；Ib為方案b在t年的現(xiàn)金流入；Ob為方案b在t年的現(xiàn)金流出。

方案比選的準(zhǔn)則為：基準(zhǔn)折現(xiàn)率為i0，在R存在的情況下，若R＞i0，則年均凈現(xiàn)金流大的方案為優(yōu)；若0＜R＜i0，則年均凈現(xiàn)金流小的方案為優(yōu)。

1.2 基于臨界電價(jià)的電能替代經(jīng)濟(jì)性分析

臨界電價(jià)指的是當(dāng)電能替代方案前后的費(fèi)用相等時(shí)，計(jì)算得到的電價(jià)值，當(dāng)臨界電價(jià)高于替代后電價(jià)時(shí)，代表用戶實(shí)施電能替代后總體費(fèi)用較之前的少，即電能替代具有較好的經(jīng)濟(jì)性［5］。在電能替代的經(jīng)濟(jì)性測(cè)算中，應(yīng)當(dāng)對(duì)新建和改造項(xiàng)目予以區(qū)分。電能替代新建項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)綜合考慮運(yùn)用傳統(tǒng)能源和電能全壽命周期中所有費(fèi)用。改造項(xiàng)目中，在改造時(shí)間點(diǎn)以前發(fā)生的所有費(fèi)用都視為沉沒(méi)成本，不再考慮。分新建項(xiàng)目與改造項(xiàng)目2種情況對(duì)電能替代臨界電價(jià)進(jìn)行測(cè)算，對(duì)于電能替代改造項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，其改造前的用戶投資、電網(wǎng)投資、政府建設(shè)補(bǔ)貼均取0。構(gòu)建基于臨界電價(jià)的電能替代經(jīng)濟(jì)性分析模型。

1）電能替代傳統(tǒng)化石能源均通過(guò)利用電能提供熱能或者動(dòng)能實(shí)現(xiàn)，根據(jù)電能替代前后供能效果相等的原則，可以得出：

因此：

式中：Ha、Hb分別為電能替代前、后的年均供熱（動(dòng)能）量；Va、Vb分別為電能替代前、后的用能及用電的熱值；ηa、ηb分別為電能替代前、后的能源轉(zhuǎn)化效率；Pa為電能替代前用能價(jià)格；Pb為臨界電價(jià)；Fc為基于此模型的電能替代后的虛擬用能費(fèi)用。

2）根據(jù)費(fèi)用年值前后相等的原則，可以得出：

式中：Ea為電能替代前年污染治理費(fèi)用；Rb為電能替代后效率提升帶來(lái)的年收益。 因此，基于式（10）、式（11），可以推算出電能替代項(xiàng)目的臨界銷售電價(jià)，即

2 算例分析

以某一購(gòu)物商場(chǎng)為例，該購(gòu)物商場(chǎng)面積為7萬(wàn)m2左右，以便商場(chǎng)的正常運(yùn)行，現(xiàn)在有兩種夏季制冷方案供用戶選擇，電能替代前使用普通中央空調(diào)，電能替代后使用冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)。比較電能替代前后的費(fèi)用流，分析冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

2.1.1 電能替代前后費(fèi)用年值分析

電能替代前，空調(diào)供應(yīng)面積為7萬(wàn)m2，現(xiàn)行市場(chǎng)7 350 W的空調(diào)供應(yīng)面積為140 m2，故此類中央空調(diào)需要500臺(tái)。每臺(tái)中央空調(diào)為17 500元，由此得出項(xiàng)目的初始建設(shè)投資費(fèi)用為875萬(wàn)元；由歷史數(shù)據(jù)可知，該購(gòu)物商場(chǎng)使用普通空調(diào)夏季制冷電量為150萬(wàn)kWh，按一般工商電價(jià)，每年電費(fèi)127.5萬(wàn)元；空調(diào)的維護(hù)費(fèi)用約400元/（臺(tái)·a），該項(xiàng)目每年的維護(hù)費(fèi)用為20萬(wàn)元。

電能替代后，該項(xiàng)目的建設(shè)投資費(fèi)用為2 670萬(wàn)元；普通空調(diào)的能效比為2.7，冰蓄冷空調(diào)的能效比為3.9，可推斷該項(xiàng)目的年替代電量為1 038 462 kWh，用電電費(fèi)是35.75萬(wàn)元；冰蓄冷空調(diào)廠家表明冰蓄冷空調(diào)年維護(hù)費(fèi)用幾乎為0。

電能替代前后費(fèi)用年值對(duì)比如圖3所示，電能替代前的費(fèi)用年值為282.33萬(wàn)元，電能替代后的費(fèi)用年值為189.23萬(wàn)元，該購(gòu)物中心使用冰蓄冷空調(diào)更為經(jīng)濟(jì)。年用能費(fèi)用減少91.75萬(wàn)元，年維護(hù)費(fèi)用減少20萬(wàn)元，費(fèi)用年值減少93.1萬(wàn)元。

圖3 電能替代前后費(fèi)用年值對(duì)比

2.1.2 電能替代前后差額凈現(xiàn)值分析

電能替代前的壽命期為8年，電能替代后的壽命期為40年，故選取共同的分析期40年，模型計(jì)算得出項(xiàng)目的差額凈現(xiàn)值為1 544.02萬(wàn)元，即投資額大的項(xiàng)目為優(yōu)，故實(shí)施電能替代具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

2.1.3 電能替代前后差額內(nèi)部收益率分析

使用差額內(nèi)部收益率的判別條件為，投資額大的項(xiàng)目，年均凈現(xiàn)金流大，壽命期長(zhǎng)。該項(xiàng)目實(shí)施電能替代后，由相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得出，項(xiàng)目的差額內(nèi)部收益率為10%，大于基準(zhǔn)折現(xiàn)率，所以年均現(xiàn)金流大的項(xiàng)目為優(yōu)，即實(shí)施電能替代具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

2.1.4 臨界電價(jià)及競(jìng)爭(zhēng)力比較

該項(xiàng)目在電能替代前后年費(fèi)用相等的約束條件下，采用基于臨界電價(jià)的電能替代經(jīng)濟(jì)性分析模型，可以得到考慮初始投資情境下冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)替代普通空調(diào)的臨界電價(jià)。該項(xiàng)目的臨界電價(jià)為1.240 8元/kWh，項(xiàng)目建成后實(shí)際采用的雙蓄電價(jià)（電蓄熱采暖及電蓄冰制冷用戶的用電價(jià)格）為0.344 3元/kWh，競(jìng)爭(zhēng)力比較如圖4所示。

圖4 臨界電價(jià)及競(jìng)爭(zhēng)力比較

冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)采用10 kV電壓等級(jí)的線路供電，根據(jù)河北省一般工商業(yè)電價(jià)表，將測(cè)算出的臨界電價(jià)與現(xiàn)行的雙蓄電價(jià)進(jìn)行比較，可知臨界電價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于雙蓄電價(jià)，因此從臨界電價(jià)的角度看，用冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)替代普通空調(diào)是經(jīng)濟(jì)的。

3 結(jié)語(yǔ)

從財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)的角度來(lái)講，實(shí)施電能替代后，項(xiàng)目的費(fèi)用年值降低，費(fèi)用年值少者為優(yōu)；差額凈現(xiàn)值為正，投資額大的項(xiàng)目為優(yōu)；差額內(nèi)部收益率大于基準(zhǔn)折現(xiàn)率，年均凈現(xiàn)金流大的為優(yōu)。從臨界電價(jià)的角度來(lái)講，實(shí)施電能替代的臨界電價(jià)大于現(xiàn)行執(zhí)行的雙蓄電價(jià)，實(shí)施電能替代項(xiàng)目為優(yōu)。綜上所述，實(shí)施電能替代具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

隨著電能替代的逐步推廣，大量的互斥方案需要用戶自己選擇。本文僅對(duì)其中一類項(xiàng)目進(jìn)行了探索，可為其他類似互斥項(xiàng)目的選擇提供借鑒與參考。