基于環(huán)境外部性的風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

閆風(fēng)光，趙曉麗

(1.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京　102206；2.中國石油大學(xué)(北京)工商管理學(xué)院，北京　102249)

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基于環(huán)境外部性的風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

閆風(fēng)光1，趙曉麗2

(1.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京102206；2.中國石油大學(xué)(北京)工商管理學(xué)院，北京102249)

0　引　言

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局《2014年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》可知，2014年中國火電裝機(jī)達(dá)9.16億kW，占總裝機(jī)容量的67%，火力發(fā)電量為4.2萬億kWh，占總發(fā)電量的76.92%。以煤為主的資源稟賦，決定了中國火力發(fā)電中燃煤發(fā)電占了絕大部分比例。隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，近年來中國極力推進(jìn)清潔能源發(fā)電。其中，風(fēng)電在中國獲得了快速發(fā)展。2000～2005年，中國風(fēng)電裝機(jī)容量平均每年以20%的速度遞增。2007～2010年4年間，中國風(fēng)電裝機(jī)容量由126萬kW增長到1 217萬kW，以每年翻一番的速度發(fā)展[1]。國家能源局《2014年風(fēng)電產(chǎn)業(yè)監(jiān)測(cè)情況》指出，2014年風(fēng)電上網(wǎng)電量1 534億kWh，占全部發(fā)電量的2.78%，成為繼火電和水電之后的第三大電源。

目前，隨著風(fēng)電的快速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電的一些問題逐漸被暴露出來。由于風(fēng)力發(fā)電單位投資成本高、風(fēng)力發(fā)電隨機(jī)性和間歇性的問題，有許多人對(duì)風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性提出了質(zhì)疑。此外，在不考慮環(huán)境外部成本的情況下，風(fēng)電發(fā)電成本仍高于煤電發(fā)電成本，為了促進(jìn)風(fēng)電發(fā)展，國家每年要拿出大量的財(cái)政補(bǔ)貼，這無疑不利于風(fēng)電的大規(guī)模發(fā)展。因此，在考慮環(huán)境外部性情景下，研究風(fēng)電和煤電發(fā)電成本，進(jìn)而分析基于環(huán)境外部成本內(nèi)部化的風(fēng)電與煤電的競(jìng)爭(zhēng)力問題是本文的研究目的。

目前針對(duì)電廠環(huán)境外部性的問題，已經(jīng)有不少學(xué)者做出了相關(guān)研究。郝麗芬等[2]、曉彬等[3]、狄向華等[4]、劉敬堯等[5]運(yùn)用生命周期評(píng)價(jià)方法，通過對(duì)燃煤電廠各個(gè)階段的排放物計(jì)算和分析，研究了燃煤電廠在整個(gè)生命周期污染排放的環(huán)境外部性問題。鄒治平等[6]、祝偉光等[7]、高成康等[8]、邵瀟等[9]運(yùn)用生命周期評(píng)價(jià)方法，通過對(duì)風(fēng)電場(chǎng)各個(gè)階段的排放物計(jì)算和分析，研究了風(fēng)電場(chǎng)在整個(gè)生命周期階段與燃煤火電相比各污染物減排量的問題。王曉天[10]運(yùn)用生命周期評(píng)價(jià)方法，對(duì)風(fēng)電和燃煤火電的生命周期環(huán)境的環(huán)境外部性進(jìn)行了比較分析。但是，上述文獻(xiàn)只分析了煤電廠或風(fēng)電場(chǎng)的環(huán)境外部性，沒有對(duì)這些環(huán)境影響進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。周浩等[11]、孫可[12]和丁淑英等[13]對(duì)燃煤發(fā)電過程中排放污染物的環(huán)境外部性做出了經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算，但是他們只是計(jì)算了發(fā)電環(huán)節(jié)火電的環(huán)境外部性問題。趙曉麗等[14]采用生命周期方法，在考慮CO2環(huán)境外部成本和發(fā)電的經(jīng)濟(jì)成本條件下，對(duì)風(fēng)電和煤電單位發(fā)電的綜合成本進(jìn)行了比較分析。但是，這一研究沒有考慮粉塵(PM)、二氧化硫和氮氧化物的排放。本文研究的創(chuàng)新之處是：基于生命周期方法，綜合考慮溫室氣體排放和污染排放，對(duì)風(fēng)電和煤電的環(huán)境影響進(jìn)行分析，并進(jìn)一步對(duì)環(huán)境影響的經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行了估算，在此基礎(chǔ)上，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)和燃煤電廠的綜合發(fā)電成本(含經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境外部成本)進(jìn)行了比較。

1　研究方法與模型

1.1生命周期法

電力系統(tǒng)的各個(gè)生產(chǎn)階段，都會(huì)對(duì)于外部環(huán)境帶來一定的影響。因此，我們?cè)诜治鲭娏ο到y(tǒng)的環(huán)境外部性時(shí)，宜采用生命周期評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析。生命周期評(píng)價(jià)(LAC)是一種用于評(píng)估產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期內(nèi)，即從原材料的獲取、產(chǎn)品的生產(chǎn)直至產(chǎn)品使用后的處置，對(duì)環(huán)境影響的技術(shù)和方法[15]。按照生命周期特點(diǎn)，電力系統(tǒng)的生命周期評(píng)價(jià)分為如下階段：原料獲取階段、建設(shè)階段、運(yùn)行階段、廢棄處置階段。

原料獲取階段主要包括燃料獲取階段和建筑原料獲取階段。在該階段燃料的獲取包括燃料的開采和運(yùn)輸，原料的獲取包括建材、水泥、鐵、鋁、鋼等建筑原料的生產(chǎn)和運(yùn)輸。建設(shè)階段包括電場(chǎng)及輔助設(shè)施建造、廠房的建設(shè)、相關(guān)設(shè)備的安裝等。電廠運(yùn)行階段指電力生產(chǎn)，主要涉及相關(guān)原料的消耗和相關(guān)廢物的處理。電場(chǎng)報(bào)廢回收階段包括相關(guān)設(shè)備的回收及廠房的解體。相關(guān)階段如圖1所示。

圖1　電廠生命周期階段圖

1.2研究模型

1.2.1電廠環(huán)境外部性的核算模型

針對(duì)電力系統(tǒng)的環(huán)境外部性特點(diǎn)，對(duì)于污染物及溫室氣體的排放我們主要考慮PM、SO2、NOx、CO2等。電廠生命周期環(huán)境外部性的核算主要考慮3個(gè)方面：生命周期所處階段、不同階段材料的消耗量、材料的污染物排放因子。通過計(jì)算某種污染物不同階段的產(chǎn)出量之和，得出生命周期內(nèi)污染物的排放總量。具體模型如下式(1)所示。

(1)

式中：Emission為生命周期內(nèi)某種污染物排放；Emissioni為第i階段某污染物的排放;Consumptionij為第i階段第j種材料的消費(fèi)量；EmissionFactori j為第i階段第j種材料的某污染物排放因子。

1.2.2電廠環(huán)境外部性的經(jīng)濟(jì)核算模型

對(duì)環(huán)境外部性的經(jīng)濟(jì)核算，我們需要依次得出單位發(fā)電量不同污染物的排放、單位發(fā)電量的不同污染物的環(huán)境外部性成本、單位發(fā)電量污染物總的環(huán)境價(jià)值。具體模型如下式(2)所示。

(2)

式中：C表示總環(huán)境外部成本；Emissionm表示生命周期內(nèi)第m種污染物單位發(fā)電量的排放量；Pm表示第m種污染物的單位環(huán)境價(jià)值；n表示要核算污染物的種類。

2　風(fēng)電與煤電環(huán)境外部性的核算與比較

2.1風(fēng)電環(huán)境外部性核算

為了選擇具有代表性的風(fēng)電場(chǎng)，我們對(duì)2013年中國風(fēng)電的總的裝機(jī)情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。根據(jù)《電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)資料匯編2013》可知：2013年中國新開工的風(fēng)電場(chǎng)總數(shù)為202座，其中裝機(jī)容量在47.5～50MW的風(fēng)電場(chǎng)為176座，占總開工風(fēng)電場(chǎng)的比例為87.13%。因此，選取49.5MW的風(fēng)電裝機(jī)容量來分析其生命周期的環(huán)境外部性具有較好的代表性。本文以大唐扎魯特旗風(fēng)電場(chǎng)一期工程為研究對(duì)象，該風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為49.5MW，風(fēng)機(jī)及塔架選取東汽FD77-1500型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)使用年限為20a，年設(shè)計(jì)上網(wǎng)電量1.175 7億kWh。

2.1.1風(fēng)電場(chǎng)原料獲取階段核算

風(fēng)電場(chǎng)原料獲取階段的環(huán)境外部性的核算，包括風(fēng)機(jī)制造和風(fēng)機(jī)運(yùn)輸階段。對(duì)于風(fēng)機(jī)制造階段的相關(guān)排放計(jì)算，首先需要明確風(fēng)機(jī)各部件質(zhì)量及組成材質(zhì)。由東汽FD77-1500型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)可確定風(fēng)機(jī)各部件質(zhì)量，結(jié)合文獻(xiàn)[16]我們可知各主要部件的材料組成，具體數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1　單個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要部件及質(zhì)量　t

表2　單個(gè)機(jī)組各主要部件的材料組成　t

為了計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各部件在生產(chǎn)過程中的環(huán)境外部性，我們首先得出各種材料單位產(chǎn)量的環(huán)境外部性。根據(jù)表2機(jī)組各部分材料組成，結(jié)合文獻(xiàn)[17-21]中各材料生命周期環(huán)境外部性數(shù)據(jù)，我們可得到風(fēng)電機(jī)組在制造階段的排放量，具體結(jié)果如表3所示。

表3　單個(gè)機(jī)組制造階段總的排放量　t

根據(jù)趙曉麗等[14]可知，風(fēng)機(jī)原料運(yùn)輸需要2 500km 鐵路和400km的公路。假設(shè)風(fēng)機(jī)原料30%采取鐵路運(yùn)輸，70%采取公路運(yùn)輸[8]。結(jié)合鐵路和公路運(yùn)輸過程排放量數(shù)據(jù)[22]，可知風(fēng)機(jī)原料運(yùn)輸過程中的排放如表4所示。

表4　單風(fēng)機(jī)原料運(yùn)輸階段排放量　t

根據(jù)表3和表4的計(jì)算結(jié)果，我們可知該風(fēng)電場(chǎng)33臺(tái)機(jī)組在風(fēng)機(jī)原料獲取階段總的排放量，具體核算結(jié)果如表5所示。

表5　33臺(tái)風(fēng)機(jī)原料獲取階段排放量　t

2.1.2風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)階段核算

風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)階段主要包括風(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)工程施工、風(fēng)機(jī)安裝、電氣設(shè)備安裝、變電所施工等。參考文獻(xiàn)[18-19]和[23-26]關(guān)于材料生命周期環(huán)境外部性研究，結(jié)合趙曉麗等[14]對(duì)該電場(chǎng)建設(shè)過程中原料消耗計(jì)算，可知風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過程主要材料的消耗及排放量如表6所示。

表6　主要原材料的消耗量及排放量　t

2.1.3風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營階段核算

在運(yùn)行與維護(hù)階段，主要的環(huán)境外部性來源于損壞零部件的更換和維修。同時(shí)也包括由于運(yùn)營與維護(hù)的目的往返于風(fēng)電場(chǎng)的材料和人員的運(yùn)輸。假設(shè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)有效使用壽命20a，趙曉麗等[14]計(jì)算得出大唐扎魯特旗風(fēng)電場(chǎng)一期在該階段需要耗費(fèi)柴油1 495.44L，郭敏曉[27]認(rèn)為在整個(gè)壽命運(yùn)行期間風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)要更換1個(gè)葉片和15%的機(jī)組。根據(jù)表5單個(gè)機(jī)組獲取階段排放，結(jié)合Mart nez E等[16]確定的葉片質(zhì)量及組成，參考文獻(xiàn)[19]和[21]材料生命周期環(huán)境外部性可知，該階段的環(huán)境外部性如表7所示。

表7　電場(chǎng)運(yùn)行與維護(hù)階段排放量　t

2.1.4風(fēng)電場(chǎng)廢棄處置階段核算

在風(fēng)電場(chǎng)的報(bào)廢回收階段，主要包括風(fēng)電機(jī)組組件的拆解和回收，相關(guān)廢棄物的運(yùn)輸和循環(huán)處理、掩埋等。在該階段一般認(rèn)為葉片的98%，機(jī)艙的90%和塔架的90%將被回收利用[8]。因此，根據(jù)估計(jì)可知整個(gè)廢棄處置階段環(huán)境外部性排放為生產(chǎn)階段的10%。通過上述核算，該階段的環(huán)境外部性如表8所示。

表8　電場(chǎng)廢棄處置階段排放量　t

2.1.5風(fēng)電場(chǎng)各階段排放強(qiáng)度核算

根據(jù)上述各階段的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合該風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行年限20a，電場(chǎng)每年的發(fā)電量為1.175 7億kWh，可以算出風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)整個(gè)生命周期的排放量如表9所示。

表9　風(fēng)力發(fā)電單位電力排放量　g/kWh

表9顯示：基于生命周期角度,風(fēng)電場(chǎng)的SO2排放主要集中于風(fēng)機(jī)制造階段和電廠建設(shè)階段，分別約占單位發(fā)電排放量的57.14%和24.29%；NOx在風(fēng)機(jī)制造階段和電廠建設(shè)階段排放量較大，分別約占單位發(fā)電排放量的58.62%和26.90%；CO2的排放主要集中于制造階段和電廠建設(shè)階段，分別約占單位發(fā)電排放量的56.99%和30.80%；PM的排放在電場(chǎng)建設(shè)階段和風(fēng)機(jī)制造階段較多，分別約占單位發(fā)電排放量的75.24%和17.62%。

2.2煤電環(huán)境外部性核算

為了有效計(jì)算燃煤電廠的生命周期環(huán)境外部性問題，我們選取目前具有代表性的燃煤機(jī)組進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)《2013年電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)資料匯編》，全國單機(jī)6 000kW及以上的火電機(jī)組共有7 223臺(tái)，其中超過600MW的機(jī)組有522臺(tái)，占總機(jī)組數(shù)量的7.2%，這說明600MW及以上的發(fā)電機(jī)組具有較高的技術(shù)水平，分析該類型機(jī)組的生命周期環(huán)境外部性具有較好的代表性。

本文選取的煤電廠分析對(duì)象為華能九臺(tái)二期工程。該二期工程設(shè)計(jì)機(jī)組容量為2×660MW，年利用小時(shí)數(shù)為5 500h，年耗煤量4.213×106t。煙氣除塵效率約為99.7%，脫硝效率82.3%，脫硫效率為90%。為了不失一般性，我們選取機(jī)組運(yùn)行煤耗為全國平均煤耗率302g/kWh。

2.2.1煤原料獲取階段排放核算

火電廠原料獲取階段主要包括燃料獲取和主要發(fā)電設(shè)備獲取。燃料的獲取主要指煤炭的獲取，煤炭的獲取包括煤炭的開采和運(yùn)輸。主要發(fā)電設(shè)備獲取包括發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)和運(yùn)輸，發(fā)電設(shè)備主要包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等。結(jié)合狄向華等[4]計(jì)算的煤炭獲取排放強(qiáng)度和該電廠的年耗煤量4.213×106t，煤炭獲取階段的相關(guān)排放量如表10所示。

表10　煤炭獲取相關(guān)排放物排放量　t

燃煤電廠主要發(fā)電設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等。電廠主要設(shè)備的材料消耗均以耗鋼量來估算，各部位鋼材需求量可以根據(jù)《上海600～660MW級(jí)發(fā)電機(jī)說明書》確定。根據(jù)王臘芳等[17]鋼材生產(chǎn)過程的生命周期排放核算，可知發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)過程中排放量如表11所示。

表11　主要發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)排放量　t

為了和風(fēng)電保持一致，假定發(fā)電設(shè)備30%采取鐵路運(yùn)輸，70%采用公路運(yùn)輸[8]。根據(jù)《中國統(tǒng)計(jì)年鑒(2014)》可知，2013年全國鐵路運(yùn)輸?shù)钠骄嚯x為735km，公路平均運(yùn)輸距離為181km。根據(jù)郜曄昕[22]所做的鐵路和公路運(yùn)輸過程中單位質(zhì)量距離的排放強(qiáng)度，結(jié)合發(fā)電設(shè)備的運(yùn)輸距離與質(zhì)量，該運(yùn)輸階段的排放如表12所示。

表12　發(fā)電設(shè)備運(yùn)輸階段排放量　t

由表10至12可知，原料在獲取階段的排放量情況(表13)。

表13　原料獲取階段的排放量　t

2.2.2燃煤電廠建設(shè)階段排放核算

燃煤電廠建設(shè)階段的環(huán)境外部性排放主要包括主要設(shè)備(鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī))安裝過程中的排放和廠房建設(shè)過程中的排放。其中，參考《2×660MW電廠廠區(qū)工程施工組織設(shè)計(jì)》和《2×600MW燃煤發(fā)電廠建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》可以分別確定主要設(shè)備安裝過程和廠房建設(shè)中的材料消耗量。參考王臘芳等[17]、阮仁滿等[18]、周曉霞等[25]、胡志遠(yuǎn)等[26]的材料生產(chǎn)環(huán)境外部性研究，可知電廠廠房建設(shè)過程相關(guān)排放量如表14所示。

表14　燃煤電廠建造階段排放量　t

2.2.3燃煤電廠運(yùn)營階段排放核算

燃煤電場(chǎng)運(yùn)營階段的排放主要來源于燃煤過程中排放，及廢棄物處置階段的運(yùn)輸產(chǎn)生的排放。燃煤過程中相關(guān)排放物的核算，可參考狄向華等[4]的各種排放物的排放強(qiáng)度，結(jié)合中國燃煤火電行業(yè)清潔改造后脫硫90%、脫硝82.3%、除塵99.7%情況計(jì)算；九臺(tái)電廠脫硫石膏生產(chǎn)量為4.86萬t/a，灰渣量為41.04萬t/a，灰場(chǎng)距離4.5km，結(jié)合郜曄昕[22]公路運(yùn)輸階段排放強(qiáng)度可計(jì)算廢棄物處置階段產(chǎn)生的排放。結(jié)合上述計(jì)算結(jié)果可知，煤電廠運(yùn)營階段的排放強(qiáng)度如表15所示。

表15　煤電廠運(yùn)營階段排放強(qiáng)度　g/kWh

2.2.4電廠煤廢棄處置階段排放核算

對(duì)于報(bào)廢回收階段的環(huán)境外部性，假設(shè)此階段的排放是火電廠建設(shè)階段排放的10%[5]。根據(jù)建設(shè)階段排放情況，可知該階段的排放量如表16所示。

表16　煤電場(chǎng)廢棄處置階段排放量　t

2.2.5燃煤電廠各階段排放強(qiáng)度核算

綜合上述各階段的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合該燃煤電場(chǎng)的年發(fā)電量7.26億kWh，我們可知火力發(fā)電生命周期的排放物的排放強(qiáng)度，具體如表17所示。

表17　煤炭發(fā)電單位電力排放污染物量　g/kWh

表17顯示：基于生命周期角度,燃煤發(fā)電廠的SO2排放主要集中于煤炭獲取階段和電廠運(yùn)營階段，分別約占單位發(fā)電排放量的55.84%和41.56%；NOx在煤炭獲取階段和設(shè)備獲取階段排放量較大，分別約占單位發(fā)電排放量的94.67%和5.33%；CO2的排放主要集中于電廠運(yùn)營階段和煤炭獲取階段，分別約占單位發(fā)電排放量的93.99%和5.60%；PM的排放在電廠運(yùn)營階段和煤炭獲取階段較多，分別約占單位發(fā)電排放量的50%和39.58%。

2.3風(fēng)電和煤電環(huán)境外部成本的比較

為了有效解決環(huán)境外部性的問題，需要量化環(huán)境外部性的經(jīng)濟(jì)成本。對(duì)于環(huán)境外部成本的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，目前比較流行的方式主要有兩種：一種主要側(cè)重于對(duì)環(huán)境的損害價(jià)值的估計(jì)，如ExternE模型方法、國際原子能機(jī)構(gòu)的UWM(the uniform world model)方法。其中，ExternE模型已經(jīng)在歐洲相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛的認(rèn)可與應(yīng)用；另一種主要側(cè)重于對(duì)人們?yōu)楸苊猸h(huán)境損害的支付意愿的評(píng)估，如條件價(jià)值評(píng)估法(CVM)和選擇模型法(CM)。該類方法在中國處于剛剛起步階段，目前研究應(yīng)用比較少?？紤]到兩種方法的特點(diǎn)與應(yīng)用程度，本文采用ExternE模型方法來作為環(huán)境外部性的經(jīng)濟(jì)成本評(píng)估方法。

ExternE模型方法來源于歐盟的EcoSense China/Asia計(jì)劃，該方法將環(huán)境外部性的影響分為3類：環(huán)境影響、全球變暖、意外事件[28]，將煤電行業(yè)的不同污染物的外部性影響轉(zhuǎn)換為貨幣價(jià)值。它是一種自下而上的方法，采用影響路徑方法(IPA)，按照污染物的排放、傳播、影響、成本損害的順序?qū)Νh(huán)境影響進(jìn)行量化分析。

目前已有學(xué)者采用ExternE模型方法，對(duì)中國煤電行業(yè)的環(huán)境外部成本進(jìn)行了相關(guān)研究。Kypreos S等[29]運(yùn)用ExternE模型方法在2003年對(duì)山東省火電行業(yè)的單位大氣污染物的環(huán)境外部性損害成本進(jìn)行了評(píng)估，運(yùn)用ExternE模型的人口密度調(diào)節(jié)方式，得到在中國SO2、NOx、PM的單位質(zhì)量外部成本分別為：1 602＄/t，1 039＄/t，1 142＄/t。文獻(xiàn)[30]指出CO2的單位治理成本約為19＄/t。參考2003年美元對(duì)人民幣平均匯率為8.28可知，CO2和其他污染氣體的環(huán)境價(jià)值如表18所示。

表18　單位排放的外部成本

表18確定了在2003年價(jià)格水平下，CO2和其他污染氣體的環(huán)境成本。我們需要將2003的環(huán)境成本根據(jù)中國消費(fèi)者價(jià)格指數(shù)折算成2013年的成本。根據(jù)《國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)年鑒2014》，2013年與2003年中國消費(fèi)者價(jià)格指數(shù)水平之比為1.36。由此，我們得到2013年SO2、NOx、CO2、PM的單位環(huán)境成本。具體結(jié)果如表19所示。

表19　單位排放的外部成本　元/kg

根據(jù)上述核算的火電和風(fēng)電生命周期各階段排放量，結(jié)合污染物單位環(huán)境價(jià)值的估算，可得出燃煤發(fā)電和風(fēng)電生命周期的環(huán)境外部性成本分別為0.20元和0.003元。計(jì)算公式分別為(3)和(4)。

(3)

(4)

本文燃煤發(fā)電環(huán)境外部性的研究結(jié)果0.20元/kWh與已有的研究相比，略偏高。周浩等[11]和孫可[12]根據(jù)電力行業(yè)環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算了煤電發(fā)電過程中SO2、NOx、CO2、CO等外部成本分別為0.139元/kWh和0.109元/kWh；丁淑英等[13]應(yīng)用ExternE模型的環(huán)境價(jià)值評(píng)估方法，對(duì)中國不同地區(qū)燃煤機(jī)組發(fā)電過程SO2、NOx、CO2、PM的外部性進(jìn)行了計(jì)算，得出外部成本在0.14～0.20元/kWh之間。這是由于上述研究沒有基于生命周期方法，他們只計(jì)算了發(fā)電階段煤電的外部性。因此，本文的研究結(jié)果具有合理性。

3　風(fēng)電和煤電綜合成本比較與分析

3.1風(fēng)電和煤電經(jīng)濟(jì)成本核算

為了對(duì)風(fēng)電和煤電生命周期成本進(jìn)行比較，我們還要考慮風(fēng)電和煤電單位發(fā)電的經(jīng)濟(jì)成本。電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)成本包括建設(shè)投資成本和運(yùn)營成本，其中建設(shè)投資成本包括機(jī)組購置成本、電場(chǎng)基礎(chǔ)建設(shè)成本、建設(shè)期利息等；年運(yùn)營成本包括材料費(fèi)、管理費(fèi)、修理費(fèi)用、工資及福利費(fèi)用等。根據(jù)發(fā)電成本構(gòu)成，電場(chǎng)單位發(fā)電經(jīng)濟(jì)成本如公式(5)所示。

(5)

式中：C為單位發(fā)電經(jīng)濟(jì)成本，C1為單位發(fā)電建設(shè)投資成本，C2為單位發(fā)電年運(yùn)營成本。C1和C2的計(jì)算分別如公式(6)和公式(7)。

式中：I0為總投資額；IC為裝機(jī)容量；r為自有資金比率，一般為20%；h為電場(chǎng)運(yùn)營期內(nèi)年平均利用小時(shí)數(shù)；i為年利率；T1為電場(chǎng)建設(shè)期；T2為電場(chǎng)折舊年限；T3為電場(chǎng)有效使用年限。

(7)

式中：IC為裝機(jī)容量；h為電場(chǎng)運(yùn)營期內(nèi)年平均利用小時(shí)數(shù)；F1為年運(yùn)行燃料費(fèi)；F2年運(yùn)行管理費(fèi)、F3為年運(yùn)行修理費(fèi)、F4為年運(yùn)行工資及福利費(fèi)。

針對(duì)煤電和風(fēng)電單位發(fā)電經(jīng)濟(jì)性的核算，已有相關(guān)研究采取類似方法得到相關(guān)計(jì)算結(jié)果[14]。為避免重復(fù)計(jì)算，本文采取該研究結(jié)果。即煤電單位發(fā)電量的經(jīng)濟(jì)成本為0.307元/kWh，風(fēng)電單位發(fā)電量的經(jīng)濟(jì)成本為0.44元/kWh。

由于風(fēng)電出力的隨機(jī)性和間歇性特點(diǎn)，我們?cè)谟?jì)算風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)成本時(shí)還要額外考慮由于風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)致的系統(tǒng)輔助服務(wù)成本的增加。風(fēng)電的輔助服務(wù)成本主要包括調(diào)峰成本、調(diào)頻成本和旋轉(zhuǎn)備用成本[31]。根據(jù)何洋等[32]可知，大規(guī)模風(fēng)電接入系統(tǒng)時(shí)需要電力系統(tǒng)額外提供的輔助服務(wù)成本為0.084元/kWh。由此可知，考慮到風(fēng)電的使用成本，風(fēng)電單位發(fā)電量的經(jīng)濟(jì)成本為0.524元/kWh。

3.2風(fēng)電和煤電綜合成本核算

風(fēng)電和煤電單位發(fā)電量的綜合成本包括經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境外部成本。由上述計(jì)算結(jié)果及分析可知，風(fēng)電和煤電的綜合成本分別如式(8)與(9)所示。即在考慮環(huán)境外部成本的情形下，風(fēng)電的發(fā)電成本僅高于煤電發(fā)電成本0.02元/kWh。

Cw=0.003+0.524=0.527元/kWh

(8)

Cc=0.20+0.307=0.507元/kWh

(9)

4　結(jié)論與政策建議

本文采用生命周期分析方法，計(jì)算了考慮環(huán)境外部性的風(fēng)電和煤電單位發(fā)電的綜合成本。通過本文研究，可以得到以下結(jié)論：

① 在整個(gè)生命周期中，風(fēng)電和煤電的單位發(fā)電綜合成本分別為0.527元/kWh和0.507元/kWh。其中：風(fēng)電和煤電的單位經(jīng)濟(jì)發(fā)電成本分別為0.524元和0.307元，風(fēng)電和煤電的環(huán)境外部成本分別為0.003元和0.20元。即在考慮環(huán)境外部成本的情形下，風(fēng)電和煤電的發(fā)電成本基本相當(dāng)。

② 風(fēng)電的單位綜合成本中，經(jīng)濟(jì)成本占主要部分，約占綜合成本的99.43%。與風(fēng)電相比，煤電的環(huán)境外部成本占總成本比例很高，可以達(dá)到總成本的39.45%。

③ 對(duì)于整個(gè)生命周期的環(huán)境外部性，風(fēng)電主要集中于風(fēng)機(jī)制造階段和電廠建設(shè)階段，而煤電主要集中于電廠運(yùn)營階段和煤炭獲取階段。由于風(fēng)電整體的環(huán)境外部成本很低，其外部成本基本可以忽略；而煤電廠若減少環(huán)境外部成本，提高煤炭的清潔利用水平與煤炭使用效率是重點(diǎn)環(huán)節(jié)。

基于上述研究結(jié)論，為促進(jìn)中國風(fēng)電的大規(guī)模發(fā)展，本文提出如下政策建議：

第一，在考慮環(huán)境外部成本情形下，風(fēng)電綜合成本和煤電基本相當(dāng)；未來隨著風(fēng)電成本的進(jìn)一步降低，可以認(rèn)為，促進(jìn)風(fēng)電的大規(guī)模發(fā)展，不僅具有社會(huì)價(jià)值，也具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；即使從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，風(fēng)電也應(yīng)該成為中國未來能源戰(zhàn)略中的一個(gè)重要內(nèi)容。

第二，在考慮環(huán)境成本時(shí)，風(fēng)電已經(jīng)具有和煤電進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的能力。因此，如果電力行業(yè)的環(huán)境管制政策能夠充分體現(xiàn)環(huán)境外部成本，則可以減少或在時(shí)機(jī)成熟時(shí)取消對(duì)風(fēng)電的補(bǔ)貼，風(fēng)電可以憑借其綜合成本的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)獲得快速發(fā)展機(jī)會(huì)。因此，以環(huán)境管制政策逐漸取代政府補(bǔ)貼政策，應(yīng)該逐漸成為促進(jìn)風(fēng)電大規(guī)模發(fā)展的管制政策的重要選擇。

第三，環(huán)境管制政策的制定一方面要反映環(huán)境外部成本，另一方面也要考慮燃煤電廠的承受能力。由于短期內(nèi)風(fēng)電等可再生能源發(fā)電還難以完全取代燃煤發(fā)電，因此，應(yīng)在兼顧環(huán)境外部成本和企業(yè)技術(shù)進(jìn)步條件下，制定合適的環(huán)境管制政策；既要促進(jìn)可再生能源的發(fā)展，又要實(shí)現(xiàn)燃煤電廠向綠色生產(chǎn)方向的轉(zhuǎn)變。

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(責(zé)任編輯：林海文)

Economic Evaluation of Wind Power Generation by Considering Environmental Externality

YAN Fengguang1，ZHAO Xiaoli2

(1.College of Economics and Management,North China Electric Power University,Beijing 102206,China;2.College of Business Administration,China University of Petroleum (Beijing),Beijing 102249,China)

中國實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長需要解決能源供應(yīng)和環(huán)境約束問題。因此，促進(jìn)可再生能源發(fā)展，是中國能源戰(zhàn)略的一項(xiàng)重要內(nèi)容。由于風(fēng)力資源豐富性和風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)比較成熟，近幾年風(fēng)電在中國獲得快速發(fā)展，已成為繼火電和水電之后的第三大電源。為了分析風(fēng)電的競(jìng)爭(zhēng)力問題，本文在考慮溫室氣體和污染氣體環(huán)境外部性的條件下，對(duì)風(fēng)電與煤電發(fā)電成本進(jìn)行了比較?；谏芷诜ǖ?，得出在考慮環(huán)境外部成本情況下，風(fēng)電每千瓦時(shí)綜合成本只比煤電高0.02元。

環(huán)境外部性；風(fēng)電；煤電；經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)；生命周期法

The energy supply and environmental constraints need to be solved for China’s economic sustainable growth.Therefore,it is an important energy strategy to promote the development of renewable energy.Duing to the abundant wind resources and relatively mature wind power generation technology,wind power develops rapidly in recent years,and becomes the third major power after the thermal power and hydropower.In order to analyze the competitiveness of wind power,the cost of wind power and coal power generation is compared by considering such environmental externalities as greenhouse gas and pollution gas in this paper.Based on the life cycle method,the overall cost of wind power is higher than coal power by only 0.02 yuan per kilowatt hour by considering environmental costs.

environmental externality; wind power; coal power; economic evaluation; life cycle assessment

1007-2322(2016)04-0079-08

A

TM-9

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(71573273；71373078)

2015-10-17

閆風(fēng)光(1989—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)槟茉唇?jīng)濟(jì)與環(huán)境政策，E-mail: 15101119759@163.com；

趙曉麗(1970—)，女，教授，研究方向?yàn)槟茉唇?jīng)濟(jì)與政策，可再生能源發(fā)電，環(huán)境外部性評(píng)評(píng)價(jià)等，E-mail: email99zxl@vip.sina.com。