基于多主體的電炊具電能替代經(jīng)濟性分析

付成然，陳蓉珺，何永秀

(華北電力大學經(jīng)濟與管理學院，北京 102206)

2013年以來，我國頻繁發(fā)生嚴重霧霾，引起全社會對環(huán)境保護的高度關注以及對我國能源發(fā)展方式的深刻反思。國家電網(wǎng)公司2013年8月15日印發(fā)《電能替代實施方案》，這標志著我國開始了能源消費的新模式[1]。電能替代主要指的是利用電力能源替代煤炭、石油、天然氣等常規(guī)終端能源，通過大規(guī)模集中轉化提升燃料使用效率、降低污染物排放，改善終端能源消費結構，推動環(huán)保取得實質性的效果。電炊具的推廣是電能替代的一個重要方向，電炊具具有熱效率高、無污染、使用方便、靈活可靠等特點，是進行“以電代氣”的重要措施。

目前已有一些學者對電能替代進行了相關分析，文獻[2]提出了以電炊具替代傳統(tǒng)燃氣炊具的方案,根據(jù)用戶的不同分類，采用一種較為簡單的測算方法來測算可替代空間，并進行替代方案的可行性分析；文獻[3]分析了北京市終端能源消費發(fā)展現(xiàn)狀和消費結構,并在此基礎上建立灰色能源需求預測模型,對北京市主要終端能源未來需求進行分析預測,針對預測結果研究了各行業(yè)以電能替代煤炭、石油的潛力；文獻[4]研究北京地區(qū)能源消費情況，研究不同用戶的能源消費成本，并提出電炊具應用主要存在的問題，得出電炊具在各個領域應用的優(yōu)勢和劣勢；文獻[5]主要論述了關于電能替代的相關推廣措施。以上研究未提出電炊具電能替代各個主體間的經(jīng)濟性。

1 電能替代參與主體及相關政策

1.1 電能替代內(nèi)涵

2016年5月，國家發(fā)改委，國家能源局等8個部門聯(lián)合推動印發(fā)《關于推進電能替代的指導和意見》(發(fā)改能源〔2016〕1054號)，在此背景形勢下，電能替代項目的推進工作被提上重點日程[6]。電能替代具體包括“以電代煤，以電代油，電從遠方來，來的是清潔電”。電能替代能源消費形式、替代環(huán)節(jié)、方式方法如圖1所示。

1.2 電能替代相關政策

圖1 電能替代基本內(nèi)涵

近年來，國家和河北省政府發(fā)布出臺了多部關于電能替代的相關政策。從價格、補貼、環(huán)保及規(guī)劃4個角度明確提出關于電能替代的政策和一系列促進電能替代技術推廣應用的措施。

a. 電價政策

電價是進行電能替代的關鍵因素。2014年，國家發(fā)展改革委發(fā)布《關于進一步疏導環(huán)保電價矛盾的通知》(發(fā)改價格〔2014〕1908號)，指出降低有關省(自治區(qū)、直轄市)燃煤發(fā)電企業(yè)脫硫標桿上網(wǎng)電價；2017年，《關于清潔供暖有關價格政策的通知》(冀發(fā)改價格〔2017〕1376號)指出要完善電采暖電價政策，延長供暖期居民采暖用電谷段時間，優(yōu)化居民階梯電價政策，探索上網(wǎng)側峰谷分時電價政策；2017年《國家能源局關于河北省張家口2017年風電清潔供暖示范有關事項的復函》(國能函新能〔2017〕34號)提出探索建立符合市場化原則的風電清潔供暖商業(yè)模式，構建四方協(xié)作機制，將風電企業(yè)保障小時數(shù)以外的增發(fā)電量部分用于供暖，上網(wǎng)電價由市場形成，輸配電價暫按已核定的輸配電價執(zhí)行。

b. 電價政策補貼政策

補貼政策是進行電能替代的重要因素。近年來河北省政府及各市出臺了多部補貼政策，主要包括對新能源汽車的補貼政策和對燃煤鍋爐的補貼政策。2014年，河北省印發(fā)《關于加快新能源汽車發(fā)展和推廣應用的實施意見》(冀政〔2014〕73號)，《意見》指出:一要支持發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè);二要加大新能源汽車推廣應用力度;三要加快充換電等輔助設施建設;四要完善運行監(jiān)測和服務保障體系。2016年，廊坊市人民政府關于全市氣代煤和電代煤工程的實施意見提出給予設各購置安裝投資85%補貼，每戶最高不超過7 400元，由省級出資3 700元，市、縣(市、區(qū))出資3 700元，其余由用戶承擔。

c. 電價政策環(huán)保政策

大氣環(huán)境保護事關人民群眾根本利益，事關經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展。國務院2013年印發(fā)了《大氣污染防治行動計劃》，要求控制煤炭消費總量，加快推進集中供熱、“煤改氣”、“煤改電”工程建設，大力推廣新能源并加快調整能源結構，增加清潔能源供應，通過環(huán)保政策的發(fā)布，推進煤炭清潔利用、加快清潔能源替代利用率。

d. 電價政策規(guī)劃政策

由于電能替代戰(zhàn)略對于構建現(xiàn)代能源保障體系、推動能源與社會經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展、促進生態(tài)文明社會建設具有深遠意義，國家及河北省已出臺多部相關政策，如《關于推進電能替代的指導意見》(發(fā)改能源〔2016〕1054號)涉及居民采暖、工業(yè)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、電力供應與消費等眾多領域，以分布式應用為主。2014年唐山提出《關于實施電能替代工作的指導意見》，河北省地方政府也為重點部門劃分工作方案，對工業(yè)、交通業(yè)、商業(yè)等行業(yè)實施污染物綜合治理，并調整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，為推進電能替代提供了政策支持。

2 電炊具經(jīng)濟性分析模型

第一部分主要介紹臨界電價的經(jīng)濟性分析模型，臨界電價是指當電價到達某一臨界點時，電能對其他能源的替代具有經(jīng)濟性，該臨界點的電價即為基于被替代能源的臨界電價；第二部分是基于財務指標的經(jīng)濟性分析，分別從用戶和電網(wǎng)的角度出發(fā)，從內(nèi)部收益率、凈現(xiàn)值以及投資回收期3個角度考察項目的經(jīng)濟性。

2.1 基于臨界電價的經(jīng)濟性分析

根據(jù)用能前后年費用流相等的原則，算出電能替代后的額年均用能費用：

(1)

式中:i為折現(xiàn)率;UIa、UIb分別為實施非電能替代項目、實施電能替代項目的初始投資額;na、nb分別為電能替代前后設備使用壽命;Fa、Fb分別為電能替代前后的年均用能費用。

根據(jù)電能替代前后供能效果相等的原則，求出臨界電價：

Ha=Hb

(2)

(3)

(4)

式中:a表示電能替代前;b表示電能替代后;Ha、Hb分別為電能替代前后的年均供熱量;Va、Vb分別為電能替代前后的用氣和用電的熱值;ηa、ηb分別為炊具用氣和用電的效率;Pa、Pb分別為電能替代前用能價格和電能替代后用電價格。

因此，可推算出電能替代項目的臨界銷售電價。當臨界電價高于實際銷售電價時，則說明對用戶來說應用電能替代具有經(jīng)濟性；若臨界電價低于銷售電價，則說明對用戶來說應用電能替代不具有經(jīng)濟性。

2.2 基于財務指標的經(jīng)濟性分析

a. 用戶角度

分別選取內(nèi)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(jīng)濟性，三者計算公式如下：

(5)

式中:NPV為凈現(xiàn)值;CI為現(xiàn)金流入;CO為現(xiàn)金流出;i為基準折現(xiàn)率。

內(nèi)部收益率即為NPV=0時的貼現(xiàn)率，通過式(6)計算：

(6)

投資回收期是從項目投建之日起，用項目各年的凈收入將全部投資收回所需的年限：

(7)

式中:Tp為投資回收期;K為投資總額。

b. 電網(wǎng)角度

(8)

式中:GR為電能替代后的電網(wǎng)新增收益;P為實際的銷售電價。

3 算例分析

電炊具用于家庭烹飪，目前最常用的家庭烹飪方式是燃氣灶具，因此對電炊具的電能替代方案經(jīng)濟性分析主要研究“以電代氣”的經(jīng)濟性。目前我國最常用的電炊具為電飯煲、電磁爐，本節(jié)以張家口市某戶居民為例，通過計算各個電炊具的臨界電價與現(xiàn)行的電價進行比較，分析其經(jīng)濟性。此外結合電能替代前后費用流，評價電炊具的財務指標，分析給電網(wǎng)帶來的經(jīng)濟效益，并計算其環(huán)保效益。

3.1 電炊具基于臨界電價的經(jīng)濟性分析

電炊具選取電飯煲與電磁爐與傳統(tǒng)的燃氣烹飪作對比，分析電炊具的經(jīng)濟性。

a. 電能替代前

建設投資費用：以蘇泊爾QB506燃氣灶為例，購置成本為559元。設備使用年限為8年，燃氣炊具的電效率為40%。

用能費用：根據(jù)張家口市物價局的規(guī)定，居民生活用氣價格為3.31元/m3，平均每戶每年用180 m3的天然氣，則燃氣炊具年用能費用為595.8元。

b. 電能替代后

①若采用電飯煲

建設投資費用：以蘇泊爾CFXB50FC832-75球釜電飯煲為例，購置成本為399元，設備使用壽命6年，全部由用戶投資。電飯煲的電效率為87%。

用能費用：根據(jù)電能替代前后費用流相等原則，若按照計算的電飯煲的臨界電價征收，年用電費用為517.5元。

②若采用電磁爐

建設投資費用：以美的C21-WK2102電磁爐為例，購置成本為199元，設備使用壽命6年，全部由用戶投資。電磁爐的電效率為86%。

用能費用：根據(jù)電能替代前后費用流相等原則，若按照計算的電磁爐的臨界電價征收，年用電費用為556.9元。

c. 基于臨界電價的電炊具經(jīng)濟性分析

選取電飯煲以及電磁爐與傳統(tǒng)的燃氣烹飪進行對比，分析電飯煲以及電磁爐的經(jīng)濟性。

針對電炊具改造項目，在電能替代前后年費用相等的約束條件下，采用基于臨界電價的電能替代經(jīng)濟性分析模型，可以得到電炊具替代燃氣炊具的臨界電價。具體結果分別如表1和表2所示。

表1 電飯煲電能替代經(jīng)濟性分析表 元/kWh

注：競爭性比較=臨界電價-實際銷售電價。

由表1、表2可知，在考慮初始投資的情景下，居民用戶在不同時段的實際電價都低于電飯煲和電磁爐的臨界電價，因此電飯煲和電磁爐的經(jīng)濟性都好于燃氣炊具。綜上分析，像電飯煲、電磁爐等這些電炊具在技術上實現(xiàn)電能替代是完全可行的。此外，電炊具具有廣泛的應用，目前張家口市城鎮(zhèn)居民主要還是使用傳統(tǒng)的炊具，以燃氣為主，因此張家口市電炊具的使用有很大的發(fā)展空間。

表2 電磁爐電能替代經(jīng)濟性分析表 元/kWh

3.2 電炊具基于財務指標的經(jīng)濟性分析

該部分從用戶角度和電網(wǎng)角度出發(fā)，基于構建的財務指標經(jīng)濟性分析模型，分析各主體的經(jīng)濟效益。

a. 用戶角度

以電熱煲和電磁爐為例，電飯煲電能替代后初始投資額為399元，年節(jié)省用能費用為176.5元，替代后的維護費用為0。通過測算得到電熱煲的內(nèi)部收益率IRR為37.77%，大于基準折現(xiàn)率4.9%；凈現(xiàn)值NPV為476.55元，大于0；靜態(tài)投資回收期為2.26年，小于電飯煲的生命周期。通過測算得到電磁爐的內(nèi)部收益率IRR為86.61%，大于基準折現(xiàn)率4.9%；凈現(xiàn)值NPV為667.20元，大于0；靜態(tài)投資回收期為1.13年，小于電磁爐的生命周期。因此從這3種經(jīng)濟性指標來看，該電能替代項目都是經(jīng)濟的。

b. 電網(wǎng)角度

電網(wǎng)年增售電量1 651 kWh，年增收電費最高可達833.76元。

4 結束語

通過對兩種典型電炊具的經(jīng)濟性進行分析，通過計算出的臨界電價與實際銷售電價間的差值以及3個財務指標的分析，可看出對用戶來說，電炊具具有很強的經(jīng)濟性；從電網(wǎng)的角度看，若張家口市電炊具電能替代形成規(guī)模，則每年新增電量不容忽視，張家口光伏、風能資源豐富，若將其用于電能替代則會促進風光的消納。

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