基于費用流的電能替代多主體經濟分析模型

周辛南，孫志杰，謝 楓，段麗榮，傅 軍，焦 哲

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

1 電能替代前后費用流對比分析

1.1 電能替代前后用戶費用流

在電能替代前，用戶付出的費用大致有一次性的設備購置費、傳統(tǒng)化石能源每年使用費用、設備每年的維護費用，此外，考慮到傳統(tǒng)設備存在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用。電能替代前費用流如圖1所示。

圖1 電能替代前費用流

在用戶實施電能替代后，往往要更換原有設備，存在一定的設備投資成本，設備的安裝也會產生一定的費用流出，歸到設備投資成本部分；此外每年需要支付的用電費用及設備維護費用也需要考慮在內。電能替代后費用流如圖2所示。

圖2 電能替代后用戶費用流

1.2 電能替代前后費用年值分析

費用年值是一種以貨幣單位計量的動態(tài)價值型經濟效果評價指標，其在評價時不僅計入了資金的時間價值，而且考察了項目在整個壽命期內支出的全部經濟數(shù)據(jù)，相比靜態(tài)指標更為全面科學。

該指標適用于對多個方案進行評優(yōu)，如果諸方案產出價值相同，或者諸方案能夠滿足同樣需要但其產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用年值的比較進行選擇，其判別準則是：費用年值小的方案為優(yōu)。具體計算公式如下所示：

電能替代前費用年值為

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

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

年節(jié)省用能費用為

年節(jié)省維護費用為

費用年值減少額為

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

2 電能替代多主體經濟分析模型

基于費用流的電能替代多主體經濟分析模型主要包括3個維度。第一個維度是以用戶為主體，系統(tǒng)考慮項目投資費用及用能費用，構建基于費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濟效益，構建基于財務指標的電能替代經濟分析模型。

2.1 基于費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目經濟性，利用費用年值分析法，將初始投資分攤到設備全壽命期，根據(jù)電能替代前后費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為能源轉化效率；F為年均用能費用。

其次，根據(jù)費用年值前后相等的原則，推算出電能替代項目的臨界銷售電價

式中：UI為項目的初始投資額；M為項目的運維費用；N為替代前設備使用年數(shù)；N為設備使用壽命；Ea為電能替代前年污染治理費用；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，構建環(huán)保效益模型，測算電能替代項目的減排量，分析電能替代項目的環(huán)保效益

式中：Cb為替代后新增電量，kWh；SStandardcoal為電能替代項目節(jié)能減排的標準煤量，每度電可減排標煤0.4 kg；SSoot為電能替代項目節(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；電能替代項目節(jié)能減排的NOX量，每度電可減排標氮氧化合物0.015 kg。

2.3 基于財務評價指標的電能替代經濟性分析模型

從電網和用戶2個角度，選取效率型指標、價值型指標和兼顧經濟性與風險性指標，對電能替代項目的財務經濟性進行分析評價。

2.3.1 基于財務評價指標的用戶經濟性分析模型

選取內部收益率、凈現(xiàn)值和投資回收期3個指標反映電能替代后經濟性，內部收益率反映項目壽命期的盈利能力，內部收益率越大代表著項目盈利能力越強，可通過下式表示

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

財務凈現(xiàn)值以貨幣金額來表示項目的盈利水平，可通過下式表示

式中：NPV為凈現(xiàn)值。

投資回收期是從項目投建之日起，用項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 基于財務評價指標的電網經濟性分析模型

電網公司收益主要為電費收益為

式中：INT為電網新增電費收益；P為實際向用戶收取的電費單價。

3 案例分析

選取華北地區(qū)C市Z村熱泵項目為例，應用基于費用流的電能替代多主體經濟分析模型進行分析。

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供熱散熱器改造為水源熱泵進行供暖。熱泵壽命周期為50年，制冷、制熱系數(shù)為3.5～4.4。經調研，電能替代前后費用流對比分析如圖4所示。

圖4 水源熱泵項目替代前后費用流對比圖

運用前述電能替代前后費用年值分析的公式，基于項目具體數(shù)據(jù)，從用戶角度來說，計算得替代前的費用年值為477.60萬元，替代后的費用年值為452.03萬元，根據(jù)費用最小的選優(yōu)準則，采用水源熱泵采暖更為經濟。電能替代項目初始投資為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，通過將實際電費與燃煤鍋爐供暖用能費用相比，得出財務評價指標如表1所示。取5%為項目基準收益率，取20年為標準投資回收期，由表1可知，水源熱泵項目年節(jié)省運維費用150.62萬元，壽命期內的內部收益率為6.61%，大于項目基準收益率，靜態(tài)投資回收期為12.92年，遠低于標準投資回收期。因此從用戶角度來說，水源熱泵項目具有較高的經濟性。

表1 水源熱泵采暖經濟性分析

基于臨界電價的電能替代經濟性分析模型，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 基于臨界電價的項目經濟性比較元/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目是經濟的。測算年增售電量888.11萬kWh，年增收電費最高可達317.25萬元?；诃h(huán)保效益分析模型，得到相應環(huán)保效益分析結果，如表3所示，可以看到其環(huán)保效益顯著。

表3 項目環(huán)保效益分析

4 結束語

電能替代項目的經濟性是影響電能替代推廣進程的重要因素，本文考慮多主體利益，構建電能替代經濟性分析綜合模型，包括臨界電價經濟性分析模型，財務評價指標經濟性分析模型，環(huán)保效益模型3個分類模型?；陔娔芴娲洕苑治鼍C合模型，結合具體電能替代案例，通過測算財務指標、臨界電價、環(huán)保指標等對用戶、電網、政府的電能替代經濟效益以及環(huán)保效益進行分析。D