基于環(huán)境效益的風電場經(jīng)濟效益分析

丁樂群，董術濤

（東北電力大學經(jīng)濟管理學院，吉林省吉林市 132012）

基于環(huán)境效益的風電場經(jīng)濟效益分析

丁樂群，董術濤

（東北電力大學經(jīng)濟管理學院，吉林省吉林市 132012）

0 引言

以煤炭、天然氣、石油、水力和核物質(zhì)為原料的傳統(tǒng)電力開發(fā)造成了大量的環(huán)境負擔，如環(huán)境污染、酸雨、氣候異常、放射性廢物處理和石油泄漏等。風力發(fā)電沒有任何污染物的排放，對環(huán)境的影響很小，所以稱之為清潔能源[1]。從生產(chǎn)者角度看，風電的經(jīng)濟成本要比火電的經(jīng)濟成本高（現(xiàn)階段而言），但從社會效益角度考慮，風電的綜合效益好于火電。其前提是治理火力發(fā)電所帶來的環(huán)境污染的費用，或使用潔凈煤技術的成本要高于風電與火電的成本差[2]。因此，要對風電項目進行恰當?shù)募夹g經(jīng)濟分析，有必要對治理火電環(huán)境污染的成本費用有一個正確的估計。

1 火電環(huán)境污染的成本費用

1.1 火電燃煤污染物排放率測算

火電的環(huán)境污染主要是燃煤產(chǎn)生的污染物，目前，中國的煤電占總電力的80%，其中高耗能、高污染的老煤電占30%以上，脫硫煤電的容量還不到2%。煤電的污染物排放率是指燃燒單位量的燃料（1t煤）所排放的污染物的質(zhì)量。一般來說，火力發(fā)電的污染物主要有SO2，NOx，CO2，CO，懸浮顆粒物，粉爐灰和爐渣等。

SO2是常規(guī)煤電的首要污染物。影響燃煤SO2排放量的主要因素是煤中的含硫量，其次是燃燒過程中煙氣硫的轉(zhuǎn)化率。煤電廠SO2排放量以下式計算[3]。

式中，GSO2為SO2排放量；B為耗煤量；Sy為燃煤應用基含硫率；KSO2為燃煤硫向煙氣硫的轉(zhuǎn)化率；λSO2為SO2與S的摩爾質(zhì)量比，約為2；η為脫硫效率。

如果取煤炭含硫率Sy=1%（環(huán)保要求發(fā)電用煤的含硫率不超過1%，而我國煤炭平均含硫率為1.74%），燃煤電廠平均煙氣硫轉(zhuǎn)化率為0.9，常規(guī)燃煤電廠的SO2排放率為18kg/t。如果電廠增加了煙氣脫硫裝置（FGD），脫硫效率η為0.87時，SO2的排放率為2.34kg/t。

NOx是常規(guī)煤電的第二大污染物。目前，燃煤電廠在常規(guī)燃燒方式下生成的NOx，NO占90%。國外KenOKazaki等學者采用多變量回歸方法，導出了NO轉(zhuǎn)化率公式[4]：

式中,CR為NO的轉(zhuǎn)化率，即燃燒過程中最終生成的NO濃度與燃料中的氮全部轉(zhuǎn)化為NO時的濃度之比；N為燃煤的氮含量；V為燃料中的揮發(fā)份含量；λ為氧與燃料化學當量比；Tmax為爐膛火焰最高溫度；RO2為空氣中初始氧含量。

CO2是常規(guī)煤電排放最多的污染物，也是重要的溫室氣體，其排放率公式如下[4]：

式中,GCO2為CO2的排放率，kg/t；B為耗煤量，kg；Q為煤炭的單位熱值，MJ/kg；E為單位熱值下潛在的碳排放量，kg/MJ；KCO2為燃料中碳的氧化率；λCO2為CO2與C的摩爾質(zhì)量比，約3.667。

中國煤炭實測平均數(shù)值:單位熱值Q為21.2MJ/kg；碳的潛在排放量E為24.74kg/MJ，碳的氧化率KCO2為0.9。根據(jù)此數(shù)據(jù)計算得到CO2的排放率GCO2為1731kg/t[4]。

根據(jù)目前的發(fā)電技術，發(fā)電廠燃燒1t煤所排放的污染物量和風電的污染物的排放率見表1。表中取煤質(zhì)單位熱值Q為21.2MJ/kg，硫含量Sy為1%，灰分為15%，靜電除塵效率為99%。

表1 燃煤污染物排放率 kg/t

1.2 發(fā)電燃煤污染物成本費用核算

根據(jù)《排污費征收標準及計算方法》規(guī)定，廢氣排污費按照排污者排放污染物的種類、數(shù)量以污染當量計算征收，每一污染當量征收標準為0.6元。根據(jù)我國2003年發(fā)布的《排污收費標準（試行）計算辦法》，火電廠常見的幾種污染物當量值見表2[5]。

表2 大氣污染物污染當量值 kg

大氣污染物污染當量數(shù)的計算：

排污收費標準 (PCS)不等同于環(huán)境價值標準(EVS)。環(huán)境價值是指污染物減排本身所蘊含的價值，排污收費只是環(huán)境價值的外在貨幣表現(xiàn)，并不是環(huán)境的實際價值。按照目前的排污收費標準，排污收費遠小于環(huán)境價值。

火電廠燃燒污染物氣體成本費用Cq計算公式如下：

式中,Gi為排放第i種氣體污染物所交納的排污收費。我國現(xiàn)行的火電廠排污收費標準是按照污染物當量收取排污費，即：

式中，λh為環(huán)境功能分區(qū)收費調(diào)整系數(shù) (三類取0.9，二類取1.0，一類取1.1)；λd為地區(qū)收費調(diào)整系數(shù)(不發(fā)達地區(qū)取0.8，一般地區(qū)取1.0，發(fā)達地區(qū)取1.2)；a為每當量污染物應交納的排污費(元/當量)(根據(jù)我國“排污費征收標準及計算方法”規(guī)定，a取0.6元/當量)；gi為第i種污染物的當量數(shù)和。

燃煤電廠產(chǎn)生的固體廢物目前還沒有做到循環(huán)利用或者只有部分被使用，其余的直接被堆放在露天環(huán)境下，容易對環(huán)境造成影響。根據(jù)《排污費征收標準及計算方法》規(guī)定：對無專用貯存或處置設施和專用貯存或處置設施達不到環(huán)境保護標準（即無防滲漏、防揚散、防流失設施）排放的工業(yè)固體廢物，一次性征收固體廢物排污費。每噸固體廢物的征收標準為：冶煉渣25元、粉煤灰30元、爐渣25元、其他渣（含半固態(tài)、液態(tài)廢物）25元。

在參照排污總量收費標準的基礎上，對比美國環(huán)境價值標準，評估出目前我國火力發(fā)電行業(yè)各種污染物的排放收費標準如表3[4]。

表3 火電行業(yè)各種污染物排放收費表 元/kg

從表3的估算的結果來看，火電廠的排污收費是很高的，而且不同的污染物其收費標準是不同的，在一定程度上反映了火電廠污染成本的成本費用。

2 風力發(fā)電的環(huán)境效益分析

評估風力發(fā)電的環(huán)境效益是相對火力發(fā)電而言的，以風力發(fā)電3×1010kW·h作為計算對象(按火力發(fā)電標煤350g/（kW·h），則每年可為國家節(jié)省標煤1.05×107t。結合表1、表3計算得到風力發(fā)電對火力發(fā)電的環(huán)境效益如表4所示，通過各種污染物的年排放量和排放收費標準，利用如下公式：

表4 風力發(fā)電牙對于火電的環(huán)境效益值

計算得到SO2，NOx，CO2的環(huán)境效益值分別為0.0378，0.0224，0.0266574元·（kW·h）-1，三者占所有污染物環(huán)境價值的絕大部分。風力發(fā)電的總環(huán)境效益值為0.0929264元·（kW·h）-1。

3 風力發(fā)電的經(jīng)濟效益分析

為了測算風力發(fā)電的電度成本，本文采用某風力發(fā)電廠的工程數(shù)據(jù)進行分析。該工程資本金按20%計商業(yè)銀行貸款80%，工程建設期貸款年利率為6.12%，償還期為7a，風電場的年運行成本為其初投資的3%；風力發(fā)電機的折舊按12.5a計算。

根據(jù)風電場風速、風向資料，利用國際通用的風資源評估軟件WASP8.1，計算得到10臺風力機理論年發(fā)電量為4.408×107kW·h，平均單機發(fā)電量為4.408×106kW·h?？紤]到風力機利用率、功率曲線修正、尾流影響、場內(nèi)能量損耗、控制及湍流、鹽霧及污染等因素對發(fā)電量的影響，推求得風電場的上網(wǎng)電量為3.312×107kW·h，平均單機年發(fā)電量為3.312×106kW·h，風電場裝機利用為2208h。

該項目計算期取23a，其中建設期為1a，生產(chǎn)期為22a。該工程部分經(jīng)濟指標參見表5。

表5 某風力發(fā)電廠部分經(jīng)濟指標 萬元

國內(nèi)單位度電運行成本研究較少，本文單位度電運行成本參考德國、西班牙、英國和丹麥的風電場在整個試用期里的運行和維護費用，大致為每千瓦時1.2～1.5歐分，按中國銀行2010年1月2日外匯折算價1歐元兌人民幣9.7796元，折算為0.117355～0.146694元。

風力發(fā)電單位電度成本計算分為3個階段，即還貸折舊期和還貸后折舊期以及還貸后折舊后分別計算。其計算公式如下[6]：

綜上，還貸折舊期(第1年至第7年)的風力發(fā)電單位電度成本為：

還貸后折舊期(第8年至第12年)的風力發(fā)電成本為：

還貸后折舊后(第13年至第22年)的風力發(fā)電：

從計算的結果可以看出：在還貸折舊期(第1年至第7年)，風力發(fā)電單位電度成本相對較高，達到0.6307352元·（kW·h）-1；在還貸后，第2階段的還貸后折舊期(第8年至第12年)，沒有利息壓力的風電電度成本降到0.4364675元·（kW·h）-1，這一成本已經(jīng)可以和核電相競爭，但還是高于火電的電度成本；但到了第3階段，即還貸后折舊后(第13年至第22年)，風力發(fā)電的電度成本只剩下電度運行成本，為0.1190366元·（kW·h）-1，已經(jīng)完全低于火電的電度成本。如果將上述3階段的電度成本進行加權平均，則得到風力發(fā)電在生產(chǎn)期內(nèi)的單位電度成本為：生產(chǎn)期內(nèi)的單位電度成本＝

由于風電的單位電度成本較高，導致其上網(wǎng)電價相對火電、水電等能源高很多，火電的平均上網(wǎng)電價為0.28～0.40元·（kW·h）-1，而風電的平均上網(wǎng)價格[7]為0.56元·（kW·h）-1。風電的上網(wǎng)價格平均比火電的平均上網(wǎng)價格高出0.22元·（kW·h）-1。但是如果考慮到風力發(fā)電的環(huán)境效益，火電的平均上網(wǎng)電價將變?yōu)?.3729264～0.4929264元·（kW·h）-1，風電的平均上網(wǎng)電價格將變?yōu)?.4670736元·（kW·h）-1，此時兩者的電價基本平行，而且如果火電的單位電度成本大于0.2610668元·（kW·h）-1（用風電場生產(chǎn)期內(nèi)的單位電度成本減去環(huán)境效益值）時，則風電場的電度成本要比火電的低。由此可見，如果考慮風電的環(huán)境效益，從長遠來看，其經(jīng)濟效益要優(yōu)于火電的[8]。

4 結語

本文主要研究火電廠的污染物排放費用，在此基礎上，對風力發(fā)電進行環(huán)境效益分析，計算出其環(huán)境效益值0.0929264元·（kW·h）-1，接著對具體的風電場實例進行經(jīng)濟效益分析，計算出其生產(chǎn)期內(nèi)的單位電度成本0.3539932元·（kW·h）-1，在考慮風電的環(huán)境效益的前提下，當火電廠的單位電度成本小于前兩者之差0.2610668元·（kW·h）-1時，則風力發(fā)電具有較好的經(jīng)濟性和廣闊的前景。筆者認為組織力量對火電污染帶來的成本進行評估和風電環(huán)境效益定量化是提高對風電進行技術經(jīng)濟評價的科學性的一個重要問題。

[1]郭昆.內(nèi)蒙古太仆寺旗貢寶拉格風電場項目綜合效益評價研究[D].華北電力大學，2008.

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[3]吳宗香，陳文穎.以煤為主多元化的能源清潔戰(zhàn)略[M].2001.

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Analysis on Economic Benefits of Wind Farms Based on Environmental Benefits

DING Le-qun，DONG Shu-tao
(School of Economics and Management,Northeast Dianli University,Jilin 132012,Jilin Province,China)

To deepen the current understanding of the economical benefits of wind power,the paper,based on the present emission and sewage discharge cost rate and the U.S standard of environmental values,estimates the total cost of the emission and sewage discharge for a certain thermal power plant according to its own emission and sewage conditions.With this estimation,the environmental benefit of a wind power is calculated.Considering the environmental benefit of wind power,if the unit cost of a thermal power plant is greater than the difference between the unit cost for one KWH during the operation life and the unit environmental benefit,wind power will have better economic benefit and prospects for development.

wind power;thermal power;emission charges for pollutants;environmental benefit analysis;economic benefit analysis

為了對風力發(fā)電的經(jīng)濟性有進一步的認識，在現(xiàn)有排污收費標準和美國環(huán)境價值標準的基礎上，從火電廠的污染物排放出發(fā)，測算出火電廠的污染物排放費用，進而推算出風電場的環(huán)境效益值，通過實例計算得到某風電場的環(huán)境效益值，如果考慮風電的環(huán)境效益，當火電廠的成本大于兩者（生產(chǎn)期內(nèi)單位電度成本與環(huán)境效益值）之差時，風力發(fā)電具有較好的經(jīng)濟性和廣闊的發(fā)展前景。

風力發(fā)電；火力發(fā)電；污染物排放費用；環(huán)境效益分析；經(jīng)濟效益分析

1674-3814（2010）09-0044-04

TM614

A

2010-03-24。

丁樂群（1947—），男，教授，博士,主要研究方向是電力技術經(jīng)濟、電力市場、博弈論、項目管理等；

董術濤（1984—），男，碩士,主要研究方向電力技術經(jīng)濟、項目管理、電力企業(yè)財務管理等。

（編輯 徐花榮）