基于費(fèi)用流的電能替代多主體經(jīng)濟(jì)分析模型

周辛南，孫志杰，謝 楓，段麗榮，傅 軍，焦 哲

（1.國網(wǎng)冀北電力有限公司 冀北電力科學(xué)院，北京 100045；2.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京 100045；3.國網(wǎng)張家口供電公司，河北 張家口 075000；4.華北電力大學(xué)，北京 102206）

1 電能替代前后費(fèi)用流對比分析

1.1 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，此外，考慮到傳統(tǒng)設(shè)備存在CO2、SO2等污染物排放問題，對部分企業(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)備的安裝也會產(chǎn)生一定的費(fèi)用流出，歸到設(shè)備投資成本部分；此外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

1.2 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量的動態(tài)價值型經(jīng)濟(jì)效果評價指標(biāo)，其在評價時不僅計入了資金的時間價值，而且考察了項(xiàng)目在整個壽命期內(nèi)支出的全部經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，相比靜態(tài)指標(biāo)更為全面科學(xué)。

該指標(biāo)適用于對多個方案進(jìn)行評優(yōu)，如果諸方案產(chǎn)出價值相同，或者諸方案能夠滿足同樣需要但其產(chǎn)出效益難以用價值形態(tài)（貨幣）計量（如環(huán)保、教育、保健、國防）時，可以通過對各方案費(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)。具體計算公式如下所示：

電能替代前費(fèi)用年值為

式中：ACa為電能替代前費(fèi)用年值；UIa為電能替代前用戶投資額；Na為電能替代前設(shè)備的使用壽命；i為基準(zhǔn)折現(xiàn)率；Fa為電能替代前用能費(fèi)用；Ma為電能替代前維護(hù)費(fèi)用；為電能替代前的年值系數(shù)。

式中：ACb為電能替代后費(fèi)用年值；UIb為電能替代后用戶投資額；Nb為電能替代后設(shè)備的使用壽命；Fb為電能替代后用能費(fèi)用；Mb為電能替代后維護(hù)費(fèi)電能替代后費(fèi)用年值為用為電能替代后的年值系數(shù)。

年節(jié)省用能費(fèi)用為

年節(jié)省維護(hù)費(fèi)用為

費(fèi)用年值減少額為

綜上所述，通過比較ACa與ACb的大小，費(fèi)用年值小者為優(yōu)。并且從Fab、Mab、ACab這3個數(shù)值中可得每年用能費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用以及費(fèi)用年值較小值。若涉及多個方案，不同方案的經(jīng)濟(jì)程度與費(fèi)用年值的大小成反比。

2 電能替代多主體經(jīng)濟(jì)分析模型

基于費(fèi)用流的電能替代多主體經(jīng)濟(jì)分析模型主要包括3個維度。第一個維度是以用戶為主體，系統(tǒng)考慮項(xiàng)目投資費(fèi)用及用能費(fèi)用，構(gòu)建基于費(fèi)用年值分析的臨界電價測算模型；第二個維度是以政府為主體，構(gòu)建環(huán)保效益分析模型。第三個維度是綜合考慮不同主體的經(jīng)濟(jì)效益，構(gòu)建基于財務(wù)指標(biāo)的電能替代經(jīng)濟(jì)分析模型。

2.1 基于費(fèi)用年值分析的臨界電價測算模型

從用戶角度出發(fā)，通過測算臨界電價分析電能替代項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性，利用費(fèi)用年值分析法，將初始投資分?jǐn)偟皆O(shè)備全壽命期，根據(jù)電能替代前后費(fèi)用流相等原則得出臨界電價。

首先，根據(jù)熱能（動能）等值原則，求出電能替代后的年均用能費(fèi)用

式中：Ha和Hb分別為電能替代前后年均供熱（動能）量；Va和Vb分別為電能替代前后的用能及用電的熱值；P為用能單價；η為能源轉(zhuǎn)化效率；F為年均用能費(fèi)用。

其次，根據(jù)費(fèi)用年值前后相等的原則，推算出電能替代項(xiàng)目的臨界銷售電價

式中：UI為項(xiàng)目的初始投資額；M為項(xiàng)目的運(yùn)維費(fèi)用；N為替代前設(shè)備使用年數(shù)；N為設(shè)備使用壽命；Ea為電能替代前年污染治理費(fèi)用；Rb為電能替代后的年收益。

2.2 環(huán)保效益分析模型

從政府角度出發(fā)，政府部門分享電能替代的環(huán)保收益，構(gòu)建環(huán)保效益模型，測算電能替代項(xiàng)目的減排量，分析電能替代項(xiàng)目的環(huán)保效益

式中：Cb為替代后新增電量，kWh；SStandardcoal為電能替代項(xiàng)目節(jié)能減排的標(biāo)準(zhǔn)煤量，每度電可減排標(biāo)煤0.4 kg；SSoot為電能替代項(xiàng)目節(jié)能減排的煙塵量，每度電可減排煙塵0.272 kg；SCO2為電能替代項(xiàng)目節(jié)能減排的CO2量，每度電可減排CO20.997 kg；SSO2為電能替代項(xiàng)目節(jié)能減排的SO2量，每度電可減排SO2煤0.03 kg；電能替代項(xiàng)目節(jié)能減排的NOX量，每度電可減排標(biāo)氮氧化合物0.015 kg。

2.3 基于財務(wù)評價指標(biāo)的電能替代經(jīng)濟(jì)性分析模型

從電網(wǎng)和用戶2個角度，選取效率型指標(biāo)、價值型指標(biāo)和兼顧經(jīng)濟(jì)性與風(fēng)險性指標(biāo)，對電能替代項(xiàng)目的財務(wù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析評價。

2.3.1 基于財務(wù)評價指標(biāo)的用戶經(jīng)濟(jì)性分析模型

選取內(nèi)部收益率、凈現(xiàn)值和投資回收期3個指標(biāo)反映電能替代后經(jīng)濟(jì)性，內(nèi)部收益率反映項(xiàng)目壽命期的盈利能力，內(nèi)部收益率越大代表著項(xiàng)目盈利能力越強(qiáng)，可通過下式表示

式中：IRR為內(nèi)部收益率；CI為現(xiàn)金流入；CO為現(xiàn)金流出；n為用電設(shè)備使用年限。

財務(wù)凈現(xiàn)值以貨幣金額來表示項(xiàng)目的盈利水平，可通過下式表示

式中：NPV為凈現(xiàn)值。

投資回收期是從項(xiàng)目投建之日起，用項(xiàng)目各年凈收入將全部投資收回所需的年限。計算公式如下

式中：Tp為投資回收期；K為投資總額。

2.3.2 基于財務(wù)評價指標(biāo)的電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性分析模型

電網(wǎng)公司收益主要為電費(fèi)收益為

式中：INT為電網(wǎng)新增電費(fèi)收益；P為實(shí)際向用戶收取的電費(fèi)單價。

3 案例分析

選取華北地區(qū)C市Z村熱泵項(xiàng)目為例，應(yīng)用基于費(fèi)用流的電能替代多主體經(jīng)濟(jì)分析模型進(jìn)行分析。

Z村所處地區(qū)冬季采暖期較長，共計4個月120天，將Z村原有燃煤鍋爐和室內(nèi)供熱散熱器改造為水源熱泵進(jìn)行供暖。熱泵壽命周期為50年，制冷、制熱系數(shù)為3.5～4.4。經(jīng)調(diào)研，電能替代前后費(fèi)用流對比分析如圖4所示。

圖4 水源熱泵項(xiàng)目替代前后費(fèi)用流對比圖

運(yùn)用前述電能替代前后費(fèi)用年值分析的公式，基于項(xiàng)目具體數(shù)據(jù)，從用戶角度來說，計算得替代前的費(fèi)用年值為477.60萬元，替代后的費(fèi)用年值為452.03萬元，根據(jù)費(fèi)用最小的選優(yōu)準(zhǔn)則，采用水源熱泵采暖更為經(jīng)濟(jì)。電能替代項(xiàng)目初始投資為1 944.6萬元。案例中日平均供暖時間為18 h，其中峰段8 h，谷段10 h，通過將實(shí)際電費(fèi)與燃煤鍋爐供暖用能費(fèi)用相比，得出財務(wù)評價指標(biāo)如表1所示。取5%為項(xiàng)目基準(zhǔn)收益率，取20年為標(biāo)準(zhǔn)投資回收期，由表1可知，水源熱泵項(xiàng)目年節(jié)省運(yùn)維費(fèi)用150.62萬元，壽命期內(nèi)的內(nèi)部收益率為6.61%，大于項(xiàng)目基準(zhǔn)收益率，靜態(tài)投資回收期為12.92年，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)投資回收期。因此從用戶角度來說，水源熱泵項(xiàng)目具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

表1 水源熱泵采暖經(jīng)濟(jì)性分析

基于臨界電價的電能替代經(jīng)濟(jì)性分析模型，得到考慮初始投資情景下水源熱泵采暖替代燃煤鍋爐的臨界電價，如表2所示。

表2 基于臨界電價的項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性比較元/kWh

從用戶角度來說，考慮初試投資的情況下，谷段電價低于臨界電價，峰段、平段電價高于臨界電價，故從谷段的角度來看項(xiàng)目是經(jīng)濟(jì)的。測算年增售電量888.11萬kWh，年增收電費(fèi)最高可達(dá)317.25萬元。基于環(huán)保效益分析模型，得到相應(yīng)環(huán)保效益分析結(jié)果，如表3所示，可以看到其環(huán)保效益顯著。

表3 項(xiàng)目環(huán)保效益分析

4 結(jié)束語

電能替代項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性是影響電能替代推廣進(jìn)程的重要因素，本文考慮多主體利益，構(gòu)建電能替代經(jīng)濟(jì)性分析綜合模型，包括臨界電價經(jīng)濟(jì)性分析模型，財務(wù)評價指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性分析模型，環(huán)保效益模型3個分類模型?；陔娔芴娲?jīng)濟(jì)性分析綜合模型，結(jié)合具體電能替代案例，通過測算財務(wù)指標(biāo)、臨界電價、環(huán)保指標(biāo)等對用戶、電網(wǎng)、政府的電能替代經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)保效益進(jìn)行分析。D