基于社會(huì)效益和環(huán)境效益的水電綠色定價(jià)方法研究

楊 冰，胡延龍，黃煒斌

(1. 四川大學(xué)水利水電學(xué)院，成都 610065；2. 四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，成都 611231；3. 中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，成都 610072)

0 引 言

水電是中國最主要的，也是開發(fā)技術(shù)最為成熟的清潔能源?！笆濉逼陂g，我國水電實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。截至2015年底，全國水電裝機(jī)容量已達(dá)到3.2億kW，較2010年增加近1億kW，“十二五”期間年均增速達(dá)到8.4%[1]，在水電開發(fā)中，水電價(jià)格是影響水電企業(yè)生存發(fā)展的重要因素。在目前的政府定價(jià)機(jī)制下，水電上網(wǎng)電價(jià)水平普遍較低，隨著未來水電開發(fā)逐步向上游轉(zhuǎn)移，電價(jià)水平過低將會(huì)嚴(yán)重影響水電開發(fā)的積極性。此外，水電作為清潔能源，其減排效益、調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)卻未能在當(dāng)前的價(jià)格中得到體現(xiàn)。在當(dāng)前電力體制改革的大背景下，完善以水電為主的可再生能源定價(jià)機(jī)制，建立平等的市場競爭環(huán)境，對我國電力市場的發(fā)展具有重要意義。

如何將水電社會(huì)效益和環(huán)境效益體現(xiàn)在電價(jià)水平中，不少學(xué)者都做過相關(guān)研究。李金穎等人最先提出在制定上網(wǎng)電價(jià)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮環(huán)境成本[2]。曹海霞等人建議按固定電價(jià)加溢電價(jià)為主的方式制定可再生能源的電力價(jià)格[3]。張秋菊等人將水電站產(chǎn)生的灌溉、供水、減排等社會(huì)環(huán)境效益轉(zhuǎn)換為環(huán)境影子成本計(jì)入水電站生產(chǎn)成本中[4]。劉悅等人采用ACM0002方法學(xué)對基于碳交易的CO2減排電價(jià)進(jìn)行了建模計(jì)算，并以此為基礎(chǔ)研究了藏電外送的定價(jià)機(jī)制[5]。曹未等人則將水電的清潔能源價(jià)值分解為CO2、SO2、NOx和煙塵的減排效益[6]。以上文獻(xiàn)對水電社會(huì)和環(huán)境效益的研究缺少一個(gè)系統(tǒng)、全面的量化模型。因此，本文在分析當(dāng)前我國水電定價(jià)機(jī)制和方法的基礎(chǔ)上，提出一種將水電正外部效益內(nèi)部化的綠色定價(jià)方法，為新一輪電力體制改革下的水電定價(jià)機(jī)制提供參考。

1 當(dāng)前我國水電上網(wǎng)電價(jià)定價(jià)機(jī)制和方法

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，我國水電上網(wǎng)電價(jià)形成機(jī)制先后經(jīng)歷了無上網(wǎng)電價(jià)、還本付息電價(jià)、經(jīng)營期電價(jià)、標(biāo)桿電價(jià)和過渡時(shí)期的模擬市場定價(jià)五個(gè)階段[7]。目前各省水電上網(wǎng)電價(jià)的制定主要是依據(jù)《關(guān)于完善水電上網(wǎng)電價(jià)形成機(jī)制的通知》(發(fā)改價(jià)格【2014】61號，以下簡稱《通知》)提出的原則進(jìn)行，定價(jià)方法存在以下4種情景：

(1)適用于跨省(區(qū))外送電站的市場倒推電價(jià)。市場倒推定價(jià)模式主要應(yīng)用于參與跨省(區(qū))外送的電源組，目前已在三峽、龍灘、錦屏等電站得到了成功應(yīng)用。市場倒推上網(wǎng)電價(jià)按受電區(qū)落地價(jià)扣減輸電價(jià)格(含線損)后確定。其中，受電區(qū)落地價(jià)格一般為當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的平均購電價(jià)格或火電脫硫標(biāo)桿電價(jià)，而輸電價(jià)格由國家發(fā)改委價(jià)格主管部門核定。計(jì)算方法所下：

Pb=(Pl-Pt) (1-k)

(1)

式中：Pb為水電的市場倒推電價(jià)；Pl為受電地區(qū)的落地電價(jià)；Pt為輸電電價(jià)；k為綜合線損率。

(2)適用于在本省消納水電站的標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)。對于在本省上網(wǎng)消納的水電站，其上網(wǎng)電價(jià)按所屬省份的標(biāo)桿電價(jià)水平執(zhí)行。而各省標(biāo)桿電價(jià)的制定主要以當(dāng)?shù)厥〖夒娋W(wǎng)平均購電價(jià)為基礎(chǔ)，綜合考慮市場供求和水電開發(fā)成本制定。

(3)適用于特殊電站的單站經(jīng)營期電價(jià)。當(dāng)前部分水電站除發(fā)電外，還兼顧防洪、灌溉、航運(yùn)等功能，而這些功能往往并不能帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益。因此，此類電站往往按照經(jīng)營期電價(jià)方法對其上網(wǎng)電價(jià)水平進(jìn)行單獨(dú)核定。經(jīng)營期電價(jià)通過設(shè)定一定的資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率IRR，使得企業(yè)的現(xiàn)金流在電站生命周期中滿足如下公式：

(2)

式中：CI為現(xiàn)金流入，主要包含發(fā)電銷售收入、固定資產(chǎn)余值、流動(dòng)資金和其他收入；CO為現(xiàn)金流出，主要包含資本金投入、經(jīng)營成本(不含折舊)、長貸本息；t(t=1, 2,…,T)為時(shí)間序列，T為電站生命周期。

(4)適用于省內(nèi)同一流域梯級電站的流域統(tǒng)一電價(jià)。水電出力受來水影響較大，當(dāng)河流中有大型調(diào)節(jié)性水庫電站存在時(shí)，其生產(chǎn)運(yùn)行會(huì)對下游電站產(chǎn)生較大影響。而實(shí)施流域統(tǒng)一電價(jià)，有利于梯級電站的聯(lián)合運(yùn)行，減少因調(diào)度問題產(chǎn)生的棄水。流域統(tǒng)一電價(jià)定價(jià)方法與經(jīng)營期電價(jià)類似，即使得梯級各電站的現(xiàn)金流在電站生命周期中滿足公式(3)：

(3)

式中：i(i=1, 2, 3,…)為流域各梯級電站，其余參數(shù)與式(2)相同。

2 考慮水電社會(huì)效益和環(huán)境效益的綠色定價(jià)模型

2.1 水電社會(huì)效益量化模型

水電社會(huì)效益包括調(diào)峰、調(diào)頻、防洪、灌溉等。由于不同電站對以上功能的要求各不相同，將這些效益逐一量化，不僅難度較大，且不易于應(yīng)用。一般調(diào)節(jié)性能較好的水電站能兼顧的調(diào)峰、調(diào)頻、防洪等效益。因此，本文用水電站調(diào)節(jié)性能來綜合反映電站提供社會(huì)效益的能力。

由于調(diào)節(jié)性水電站在電網(wǎng)中需承擔(dān)更多的調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)，故其裝機(jī)容量利用系數(shù)一般低于徑流式電站。此外，承載防洪、灌溉、航運(yùn)等功能的工程部分，其建設(shè)施工需要大量的投資，因此調(diào)節(jié)性電站單位千瓦造價(jià)往往要高于徑流式電站。故本文采用裝機(jī)容量利用系數(shù)和單位千瓦造價(jià)來計(jì)算水電社會(huì)效益的價(jià)格浮動(dòng)系數(shù)。

水電站調(diào)節(jié)性能的分類主要依據(jù)電站庫容系數(shù)，其分類標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 水庫調(diào)節(jié)性能分類標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Classification criteria of reservoir regulation performance

令kd、ks、ka、kp分別為徑流式電站、季調(diào)節(jié)電站、年調(diào)節(jié)電站和多年調(diào)節(jié)電站的電價(jià)浮動(dòng)系數(shù)，各類電站電價(jià)浮動(dòng)系數(shù)集合為K。Ka和Kb為各類電站分別基于裝機(jī)容量利用系數(shù)和單位千瓦造價(jià)的價(jià)格浮動(dòng)系數(shù)集合。則K滿足：

K=αKa+βKb

(4)

且滿足：

(5)

(6)

式中：τd、τs、τa、τp分別為各類電站的裝機(jī)容量利用系數(shù)；Id、Is、Ia、Ip分別為各類電站的單位千瓦造價(jià)；α、β為相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。

2.2 水電環(huán)境效益量化模型

本文主要分析水電開發(fā)對CO2、SO2、NOx和煙塵的減排效益。令Ps為環(huán)境效益的附加電價(jià)，則：

Ps=PCO2+PSO2+PNOx+Pdu

(7)

式中：PCO2、PSO2、PNOx、Pdu分別為CO2、SO2、NOx、煙塵的附加電價(jià)。

在計(jì)算公式中，CO2、SO2、NOx及煙塵的減排效益可通過ACM0002方法學(xué)、環(huán)境退化成本核算法等得到，水電環(huán)境效益計(jì)算模型公式具體如下。

CO2減排效益：

PCO2=ABCO2/Q

ERy=BEy-PEy-Ly

BEy=EGy×CM

CM=wOM×OM+wBM×BM

式中：PCO2為二氧化碳減排效益電價(jià)；ABCO2為經(jīng)營期內(nèi)水電項(xiàng)目所產(chǎn)生的二氧化碳年平均減排效益；Q為計(jì)算期內(nèi)的水電年均上網(wǎng)電量；p為碳交易價(jià)格；ERy為水電項(xiàng)目年CO2減排量；BEy為ACM0002方法學(xué)規(guī)定的CO2基準(zhǔn)線排放量；PEy為水電運(yùn)行排放的CO2總量；Ly為水電運(yùn)行泄漏的CO2總量；EGy為第y年份的水電項(xiàng)目上網(wǎng)電量；GM為水電項(xiàng)目所在電網(wǎng)的排放因子；OM為電量邊際排放因子；BM為容量邊際排放因子；wOM、wBM為OM和BM的權(quán)重系數(shù)。

SO2減排效益：

PSO2=ABSO2/Q

BSO2y=UECSO2y×RSO2y

UECSO2y=ECSO2y/VSO2,y

ECSO2y=ECy×Ap,SO2/(Ap,NO2+Ap,SO2+Ap,du)

式中：PSO2為二氧化硫減排效益電價(jià)；ABSO2為經(jīng)營期內(nèi)水電項(xiàng)目所產(chǎn)生的二氧化硫年平均減排效益；BSO2y為第y年的SO2減排效益；RSO2y為第y年因水電而減少的SO2排放量；UECSO2y為第y年SO2污染造成的單位退化成本；VSO2y為全國第y年的SO2排放量；ECSO2y為第y年由SO2污染的環(huán)境退化成本；ECy為第y年的大氣環(huán)境退化成本；Ap,SO2為SO2的污染物當(dāng)量數(shù)；Ap,NOx為NOx的污染物當(dāng)量數(shù)；Ap,du為煙塵的污染物當(dāng)量數(shù)。

NOx減排效益：

PNO2=ABNO2/Q

BNOxy=UECNOxy×RNOxy

UECNOxy=ECNOxy/VNOxy

ECNOxy=ECy×ApNOx/(Ap,NOx+Ap,SO2+Ap,du)

式中：符號意義同前。

煙塵減排效益：

pdu=ABdu/Q

Bduy=UECdu,y×Rduy

UECduy=ECduy/Vduy

ECduy=ECy×Ap,du/(Ap,NOx+Ap,SO2+Ap,du)

式中：符號意義同前。

2.3 綜合效益電價(jià)

設(shè)考慮社會(huì)和環(huán)境效益后的水電綜合電價(jià)為P，水電基礎(chǔ)電價(jià)為P0，則：

P=kP0+θPs

(8)

式中：k為待評價(jià)電站的社會(huì)效益電價(jià)浮動(dòng)系數(shù)，且滿足k∈K；θ為平衡系數(shù)，其一方面用于平衡因方法本身可能導(dǎo)致的計(jì)算偏差，另一方面用以體現(xiàn)各地區(qū)對清潔能源發(fā)展的支持力度。

在當(dāng)前新一輪電力體制改革的過渡時(shí)期，水電基礎(chǔ)電價(jià) 暫按照《通知》中確定的定價(jià)原則取值。當(dāng)水電參與市場競爭后，基礎(chǔ)電價(jià)的取值則應(yīng)根據(jù)市場供需情況確定。

3 實(shí)例分析

本文采用四川省某在建電站A，對本文提出的定價(jià)模型進(jìn)行實(shí)例分析。電站A裝機(jī)容量為200萬kW，多年平均年發(fā)電量約77.07億kWh，水庫正常蓄水位2 500 m，總庫容為28.97億m3，調(diào)節(jié)庫容19.17億m3，具有年調(diào)節(jié)能力，電站總投資約370億元。

計(jì)算步驟如下：

(1)計(jì)算電站基礎(chǔ)電價(jià)。根據(jù)電站A的基本參數(shù)，采用經(jīng)營期電價(jià)計(jì)算方法，資本金內(nèi)部收益率按8%計(jì)算，得出電站A經(jīng)營期電價(jià)為0.630元/kWh。由于電站A供電四川電網(wǎng)，且主要以發(fā)電為主，根據(jù)《通知》中的定價(jià)原則，電站A應(yīng)執(zhí)行0.39元/kWh的分類標(biāo)桿電價(jià)，該電價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電站的經(jīng)營期電價(jià)水平。由于分類電價(jià)已考慮了電站調(diào)節(jié)能力，為避免重復(fù)計(jì)算，本文采用四川省徑流式電站標(biāo)桿電價(jià)0.308元/kWh作為電站A的基礎(chǔ)電價(jià)。

(2)計(jì)算社會(huì)效益電價(jià)浮動(dòng)系數(shù)k。電站A具有年調(diào)節(jié)能力。根據(jù)四川電網(wǎng)2004-2013年的運(yùn)行結(jié)果，各類水電站裝機(jī)利用系數(shù)統(tǒng)計(jì)情況見表2所示。

表2 四川電網(wǎng)水電站運(yùn)行系數(shù)分析表Tab.2 Analysis table of operating coefficient of hydropower station in Sichuan power grid

根據(jù)可研成果，電站A裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)3 854 h，裝機(jī)利用系數(shù)為0.440，小于年(季)調(diào)節(jié)性電站的均值0.453。此外，根據(jù)投產(chǎn)計(jì)劃，電站A于2021年投產(chǎn)首臺機(jī)組。由于電站造價(jià)受物價(jià)、成本等因素影響較大，故對于投產(chǎn)時(shí)間相差較大的水電站，其單位千瓦造價(jià)不具可比性。本文以2021年為基準(zhǔn)，分析過去10年(2010-2020年)四川省新投產(chǎn)的不同類型水電站的單位千瓦造價(jià)水平。根據(jù)調(diào)查，四川省2010-2020年不同水電站平均單位千瓦投資情況見表3所示。

表3 四川省2010～2020年不同水電站平均單位投資統(tǒng)計(jì)表 元/kW

電站A單位千瓦造價(jià)為18 500 元/kW，較調(diào)節(jié)性電站加權(quán)平均水平(不含錦屏一級、二級和官地)15 200 元/kW高出21.7%。由于電站A地處偏遠(yuǎn)，自然條件惡劣，施工、運(yùn)輸、人力成本等因素是造成電站A單位kW造價(jià)較高的主要原因，故此處應(yīng)減小以上因素對計(jì)算結(jié)果的影響。參考電站A與調(diào)節(jié)性水電站單位千瓦投資均值的比值，公式(4)中α和β分別取0.7和0.3。此外，由于錦屏一級、二級、官地為外送電源，故在計(jì)算四川電網(wǎng)徑流式水電站單位kW造價(jià)時(shí)不考慮以上電站。

則根據(jù)式(4)、(5)、(6)，電站A的社會(huì)效益電價(jià)浮動(dòng)系數(shù)k為：

(3)計(jì)算環(huán)境效益電價(jià)Ps。電站A功率密度ω(裝機(jī)容量與水庫最高水位時(shí)的淹沒面積之比)為54.64 W/m2，裝機(jī)容量和功率密度滿足ACM0002方法學(xué)使用條件，故采用ACM0002方法學(xué)計(jì)算電站A二氧化碳減排效益附加電價(jià)。方法學(xué)中各項(xiàng)參數(shù)和取值依據(jù)如表4所示。

表4 電站A二氧化碳減排效益計(jì)算參數(shù)和取值依據(jù)Tab.4 Calculation parameters and values of carbon dioxide emission reduction benefits of power station A

根據(jù)以上參數(shù)可計(jì)算得到電站A在經(jīng)營期30年生命周期中年均二氧化碳減排效益為：

137 685 442(元)

根據(jù)水電環(huán)境效益計(jì)算模式公式，得到電站A的CO2減排效益附加電價(jià)為0.018 2 元/kWh。

根據(jù)水電環(huán)境效益計(jì)算模式公式建立的環(huán)境退化成本核算法模型計(jì)算SO2、NOx、煙塵減排的附加電價(jià)。由于《中國環(huán)境經(jīng)濟(jì)核算研究報(bào)告》中由大氣污染造成的環(huán)境退化成本數(shù)據(jù)僅更新到2008年，故本文以2008年大氣污染環(huán)境退化成本為基礎(chǔ)，計(jì)算各污染物2009～2014年的單位環(huán)境退化成本，各參數(shù)計(jì)算情況見表5。

在有關(guān)環(huán)境退化成本的研究中，李娟偉和任保平指出污染物治理成本與PPI存在較強(qiáng)的相關(guān)性[8]，故本文利用2009-2015年中國的PPI指數(shù)來推算各污染物單位環(huán)境退化成本。計(jì)算結(jié)果見表6。

電站A年有效上網(wǎng)電量75.73億kWh，按2015年我國供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗315 g/kWh計(jì)算，電站A的投產(chǎn)每年可減少煤炭消耗約227.45萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，按當(dāng)前我國燃煤電廠污染物排放水平計(jì)算，每年可減少SO2排放量約7.278萬t、NOx排放量約1.365萬t、煙塵排放量約5.69萬t。根據(jù)SO22008-2015年的單位環(huán)境退化成本平均值，按表2模型，計(jì)算得到SO2減排的附加電價(jià)水平為：

表5 基于2008年環(huán)境退化成本的SO2、NOx、煙塵減排效益計(jì)算參數(shù)Tab.5 The calculation parameters of emission reduction efficiency by SO2, NOx, smoke based on the cost of environmental degradation in 2008

注：表中數(shù)據(jù)來源于《中國環(huán)境經(jīng)濟(jì)核算研究報(bào)告》。

表6 基于2008年環(huán)境退化成本的SO2、NOx、煙塵減排效益計(jì)算參數(shù) 元/t

同理，可得到NOx和粉塵減排的附加電價(jià)水平分別為0.016 7和0.030 2 元/kWh。

則環(huán)境效益電價(jià)為：

PS=PCO2+PSO2+PNDx+Pdu=0.173 4 (元/kWh)

(4) 計(jì)算綜合效益電價(jià)。為減少因算法和數(shù)據(jù)偏差的影響，本例取為0.5，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可計(jì)算得到電站A考慮社會(huì)效益和環(huán)境效益的綜合電價(jià)為：

P=kP0+θPs=

1.294×0.308+0.5×0.173 4=0.485 2 (元/kWh)

該電價(jià)水平高于當(dāng)前四川省年調(diào)節(jié)以上水電標(biāo)桿電價(jià)0.39 元/kWh和火電標(biāo)桿電價(jià)(含環(huán)保電價(jià))0.440 2 元/kWh，但與當(dāng)前四川省部分水電站，如寶珠寺(0.490 元/kWh)、亭子口(0.484 元/kWh)等電價(jià)水平相當(dāng)，電價(jià)水平仍在四川電力系統(tǒng)的可承受能力范圍之內(nèi)。此外，電站A綜合效益電價(jià)仍低于其經(jīng)營期電價(jià)水平0.630 元/kWh，這也說明了本文所提出的電價(jià)模型雖然能在一定程度上降低水電的投資風(fēng)險(xiǎn)，但并不能保證所有電站均能獲得一定的收益或維持正常的運(yùn)營，這也能在一定程度上引導(dǎo)我國水電的合理投資和健康發(fā)展。

在市場競爭環(huán)境下，決策者可進(jìn)一步調(diào)整θ的取值，使得水電的環(huán)境效益附加電價(jià)水平與火電的脫硫、脫硝、除塵、超低排放附加電價(jià)之和相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)水電與其他電源之間的公平競爭。

4 結(jié) 論

(1)綠色定價(jià)模型綜合考慮了水電的社會(huì)效益和環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)了以上正外部效益的內(nèi)部化，得出的價(jià)格水平并未對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)對電價(jià)承受能力造成較大的沖擊。此外，可根據(jù)不同地區(qū)電力系統(tǒng)特點(diǎn)對模型參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)整，增強(qiáng)模型自身的適應(yīng)能力。

(2)綠色定價(jià)模型可在一定程度上降低水電站投資風(fēng)險(xiǎn)，但并不保證所有待開發(fā)的水電站均能獲益或維持正常運(yùn)行，這符合我國有序開發(fā)水電的指導(dǎo)方針。

(3)雖然綠色定價(jià)模型提出了水電社會(huì)效益和環(huán)境效益的量化方法，但由于本模型主要以易操作為目的，故量化方法和采用的指標(biāo)仍然有不完善的地方，如用于反映水電社會(huì)效益的裝機(jī)利用系數(shù)和單位kW造價(jià)指標(biāo)偏于籠統(tǒng)，缺乏一定的針對性，大氣污染環(huán)境退化成本的計(jì)算缺乏足夠的數(shù)據(jù)和模型支持等。如何進(jìn)一步有針對性地建立各外部效益的量化模型，是未來研究的主要方向。

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[1] 中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì). 2016年度全國電力供需形勢分析預(yù)測報(bào)告[R]. 北京: 2016.

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