配網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程全壽命周期經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法*

陸曉芬， 亓學(xué)成， 王 薇， 應(yīng)雨龍， 李靖超

(1. 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 戰(zhàn)略發(fā)展研究中心， 杭州 310008； 2. 浙江華云信息科技有限公司 數(shù)據(jù)應(yīng)用事業(yè)部， 杭州 310022； 3. 上海電力大學(xué) 能源與機(jī)械工程學(xué)院， 上海 200090； 4. 上海電機(jī)學(xué)院 電子信息學(xué)院， 上海 201306)

伴隨能源綜合服務(wù)體制新業(yè)態(tài)的發(fā)展，以及分布式發(fā)電技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與能源系統(tǒng)管控技術(shù)的成熟，基于配電網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程的綜合能源服務(wù)已在世界各國(guó)迅速開展，并成為戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)與合作的新焦點(diǎn).國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)、能源企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)也已經(jīng)開展了相關(guān)的課題研究、項(xiàng)目探索與商業(yè)實(shí)踐，如國(guó)內(nèi)的上海迪士尼度假區(qū)示范工程[3]、延慶縣示范工程[4]、崇明島示范工程等以及國(guó)外的歐盟E-DeMa項(xiàng)目、歐盟ELECTRA示范項(xiàng)目等.通過(guò)多能互補(bǔ)工程[5]可以充分利用清潔能源與可再生能源，是構(gòu)建配電網(wǎng)端綜合能源電力系統(tǒng)[6-7]的物理基礎(chǔ)，對(duì)于提高可再生能源比例和能源綜合利用效率具有重要意義[8].當(dāng)前亟待提出一種適于配網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程投資決策與工程管理的通用、有效的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法，以指導(dǎo)電網(wǎng)企業(yè)進(jìn)行合理科學(xué)投資與資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，為開展多能互補(bǔ)示范工程項(xiàng)目投資決策與成本收益管理提供理論依據(jù).因此，本文提出一種基于全壽命周期理論的配網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法，用于從全壽命周期的角度全面評(píng)價(jià)多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)收益.

1 全壽命周期成本理論

全壽命周期成本理論包含全壽命周期成本分析與全壽命周期成本管理這兩個(gè)方面[9].其中，基礎(chǔ)和前提是全壽命周期成本分析，需要在投資決策階段完成，它的主要功能是對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目的全壽命周期成本進(jìn)行分析；全壽命周期成本管理主要功能為采取各種有效措施控制工程項(xiàng)目全壽命周期成本.

通常而言，所有項(xiàng)目的全壽命周期均包含預(yù)研階段、研發(fā)階段、設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段、運(yùn)營(yíng)階段及報(bào)廢階段，而中間三個(gè)階段(設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段和運(yùn)營(yíng)階段)通常時(shí)間較長(zhǎng).對(duì)于配電網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目，其全壽命周期主要包含建設(shè)階段、運(yùn)維階段、報(bào)廢階段.將全壽命周期成本理論用于工程項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的優(yōu)點(diǎn)[10-11]在于：一方面，全壽命周期理論不僅從項(xiàng)目全局出發(fā)，也是從項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展角度分析，充分考慮項(xiàng)目所有階段(從項(xiàng)目開始到結(jié)束)的綜合成本；另一方面，全壽命周期成分分析的各個(gè)階段信息對(duì)企業(yè)管理具有重要意義，符合企業(yè)信息集成的核心要求，可以確保在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中人力、財(cái)力、物力資源投入到最需要的階段.

2 全壽命周期成本收益分析

2.1 多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目成本構(gòu)成模型

配電網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目的全壽命周期成本包括建設(shè)階段成本、運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段成本及報(bào)廢階段成本.

1) 建設(shè)階段成本.對(duì)于配電網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目，建設(shè)階段成本主要為裝機(jī)成本，包含多能互補(bǔ)工程組件成本、逆變器成本、安裝成本、組件支架成本、計(jì)量設(shè)備成本及電纜成本等.多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目的整個(gè)生命周期一般為20～30年.

2) 運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段成本.對(duì)于配電網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目，運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段成本主要包含財(cái)務(wù)成本、運(yùn)維成本及折舊成本.

① 財(cái)務(wù)成本.對(duì)于配電網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目，財(cái)務(wù)成本主要是借款的利息費(fèi)用，它取決于貸款比率、還款方式、還款年限、項(xiàng)目建設(shè)總成本及還款利息.同時(shí)需要考慮資金的時(shí)間價(jià)值、折現(xiàn)因素，全壽命周期的總財(cái)務(wù)成本可表示為

(1)

式中：Pvf為總財(cái)務(wù)成本；Pvc為項(xiàng)目建設(shè)總成本；d為貸款比率；l為貸款利息；m為還款年限；r為折現(xiàn)系數(shù).

② 運(yùn)維成本.對(duì)于配電網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目，運(yùn)維成本的時(shí)間跨度為從項(xiàng)目建成到項(xiàng)目報(bào)廢，因此需考慮資金的時(shí)間價(jià)值.第i年的運(yùn)維成本表示為

Pvo，i=Pvck

(2)

式中：Pvo，i為第i年的運(yùn)維成本；k為運(yùn)維系數(shù).

當(dāng)前各類能源技術(shù)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)系數(shù)及壽命周期情況如表1所示.全壽命周期的總運(yùn)維成本計(jì)算表達(dá)式為

(3)

式中：Pvo為總運(yùn)維成本；n為能源技術(shù)設(shè)備的壽命周期.

表1 各類能源技術(shù)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)系數(shù)及壽命周期Tab.1 Operation and maintenance factors and life cycle of various energy technological equipment

③ 折舊成本.對(duì)于配電網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目，可以采用加速折舊法中的年數(shù)總和法來(lái)測(cè)算折舊成本.假設(shè)初始裝機(jī)成本為項(xiàng)目建設(shè)階段總成本；折舊年限為工程技術(shù)設(shè)備的全壽命周期，即n年；報(bào)廢之后工程技術(shù)設(shè)備不再具有使用價(jià)值，均為廢件，殘值為0，則第i年的折舊成本計(jì)算表達(dá)式為

(4)

式中：Pvz，i為第i年的折舊成本；z為設(shè)備殘值.

由于折舊的時(shí)間跨度也是從項(xiàng)目建成到項(xiàng)目報(bào)廢的全壽命周期，因此需要考慮折現(xiàn)因素，則全壽命周期的總折舊成本計(jì)算表達(dá)式為

(5)

3) 報(bào)廢階段成本.同樣需要考慮資金的時(shí)間價(jià)值，報(bào)廢階段成本計(jì)算表達(dá)式為

(6)

2.2 多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目收益構(gòu)成模型

配電網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目的全壽命周期的收益為經(jīng)濟(jì)收益與環(huán)境收益的總和，其中經(jīng)濟(jì)收益為多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目后續(xù)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效應(yīng).對(duì)于環(huán)境收益，主要體現(xiàn)在多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目在投入運(yùn)行時(shí)減少常規(guī)化石能源的消耗，體現(xiàn)在不排放任何有害氣體.本文通過(guò)引入小型碳排放權(quán)交易，將多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目的環(huán)境收益轉(zhuǎn)換為碳排放權(quán)交易所獲得的經(jīng)濟(jì)效益，可以定量研究其降低發(fā)電成本的作用.

3 應(yīng)用與分析

本文以華鼎工業(yè)園分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目為例，開展基于全壽命周期理論的配網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，以驗(yàn)證本文所提算法和模型的有效性.華鼎工業(yè)園分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目是附加式(BAPV)分布式光伏項(xiàng)目，該項(xiàng)目位于杭州市余杭區(qū)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)北沙東路56號(hào)華鼎工業(yè)園區(qū)內(nèi)，分別安裝于華鼎工業(yè)園區(qū)6座(金城絲綢、富豪時(shí)裝、富成時(shí)裝、華鼎時(shí)裝、華明制衣、菲尼迪)辦公廠房屋面上.該分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目采用“自發(fā)自用，余量上網(wǎng)”方式，每年的發(fā)電量約為3 035.721 MWh.根據(jù)周邊電網(wǎng)情況、并網(wǎng)方案及相關(guān)技術(shù)規(guī)定，參考《國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于印發(fā)分布式電源并網(wǎng)相關(guān)意見(jiàn)和規(guī)范》(國(guó)家電網(wǎng)辦[2013]1781號(hào)文)，該分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目考慮通過(guò)高壓10 kV電壓等級(jí)并網(wǎng).根據(jù)太陽(yáng)能豐富程度劃分表，杭州市屬于III類區(qū)，即“資源豐富帶”，有一定的開發(fā)潛力，具備中小規(guī)模發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電的資源條件.

3.1 成本分析模型

1) 建設(shè)階段成本.建設(shè)階段成本主要是裝機(jī)成本(1 831.5萬(wàn)元)，包含光伏組件成本、支架基礎(chǔ)成本、逆變器成本、安裝成本、組件支架成本、計(jì)量設(shè)備成本、電纜成本等等，該工程項(xiàng)目全壽命周期約為25年.

2) 財(cái)務(wù)成本.財(cái)務(wù)成本主要是由借款的利息費(fèi)用產(chǎn)生.本算例中，假設(shè)貸款利率為6.05%，還款年限為10年，貸款比率為1/4.從第1年到第10年均需要支付277 014元(1 831.5×6.05%/4×10 000)的利息，第10年以后將不再產(chǎn)生財(cái)務(wù)成本，并在第10年一次性需還本金4 578 750元(1 831.5/4×10 000)，財(cái)務(wù)成本如表2所示.

表2 全壽命周期財(cái)務(wù)成本Tab.2 Financial costs of whole life cycle

3) 運(yùn)維成本.假設(shè)該工程項(xiàng)目的運(yùn)維率為0.5%，同樣，考慮資金的時(shí)間價(jià)值，則每年的運(yùn)維成本如表3所示.

4) 折舊成本.對(duì)于該工程項(xiàng)目，采用加速折

表3 全壽命周期運(yùn)維成本Tab.3 Operation and maintenance costs of whole life cycle

舊法中的年數(shù)總和法來(lái)測(cè)算折舊成本.初始裝機(jī)成本為項(xiàng)目建設(shè)階段總成本1 831.5萬(wàn)元；折舊年限為該工程項(xiàng)目全壽命周期，即25年；報(bào)廢之后工程技術(shù)設(shè)備不再具有使用價(jià)值，均為廢件，殘值為0，則第1年的折舊成本計(jì)算表達(dá)式為

第2年的折舊成本計(jì)算表達(dá)式為

由于折舊的時(shí)間跨度是也為從項(xiàng)目建成到項(xiàng)目報(bào)廢的全壽命周期，因此需要考慮折現(xiàn)因素，則該工程項(xiàng)目每年的折舊成本如表4所示.

表4 全壽命周期折舊額Tab.4 Depreciation of whole life cycle

3.2 收益分析模型

1) 經(jīng)濟(jì)收益.多年平均日照時(shí)間為1 800～2 100 h，實(shí)際并網(wǎng)發(fā)電功率約為1 556.78 kW，可以得到分布式光伏發(fā)電每年的發(fā)電量約為3 035 721 kWh.假設(shè)年發(fā)電量為50%上網(wǎng)，50%自用，其中，50%上網(wǎng)部分的發(fā)電量根據(jù)余電上網(wǎng)的收購(gòu)價(jià)格核算；50%自用部分的發(fā)電量節(jié)省了大電網(wǎng)外購(gòu)電量，因此這部分節(jié)省成本應(yīng)算作該工程項(xiàng)目的收益部分，并根據(jù)當(dāng)?shù)厝济好摿驒C(jī)組標(biāo)桿電價(jià)核算.綜上所述，該工程項(xiàng)目每年的經(jīng)濟(jì)收益如表5所示.

表5 全壽命周期經(jīng)濟(jì)收益Tab.5 Economic benefits of whole life cycle

2) 環(huán)境收益.該工程項(xiàng)目每年的發(fā)電量約為3 035 721 kWh，則按照每千瓦時(shí)減少排放CO2的質(zhì)量為0.884 kg計(jì)算，該工程項(xiàng)目每年預(yù)計(jì)可以減少排放CO2質(zhì)量為2 683 880.936 kg.通過(guò)引入小型碳排放權(quán)交易將多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目的環(huán)境收益轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)收益，假設(shè)碳排放初始價(jià)格為25元/t，考慮碳排放權(quán)交易價(jià)格變化及通貨膨脹等因素，可以計(jì)算得到該工程項(xiàng)目每年的環(huán)境收益如表6所示.

通過(guò)上述計(jì)算，可以得到引入環(huán)境收益因素前后該工程項(xiàng)目在全壽命周期內(nèi)所有階段(從項(xiàng)目開始到結(jié)束)的綜合成本和綜合收益情況，如表7、8所示.同時(shí)，圖1所示為引入環(huán)境收益因素前后全壽命周期內(nèi)的凈現(xiàn)金流累加值.

表6 全壽命周期環(huán)境收益Tab.6 Environmental benefits of whole life cycle

表7 不計(jì)及環(huán)境收益因素時(shí)全壽命周期綜合成本和綜合收益Tab.7 Comprehensive costs and benefits of whole life cycle without considering environmental benefits

表8 計(jì)及環(huán)境收益因素時(shí)全壽命周期綜合成本和綜合收益Tab.8 Comprehensive costs and benefits of whole life cycle considering environmental benefits

圖1 全壽命周期內(nèi)的凈現(xiàn)金流的累加值Fig.1 Cumulative value of net cash flow in whole life cycle

由于本算例中，還款年限為10年，第10年以后將不再產(chǎn)生財(cái)務(wù)成本，并在第10年一次性需還本4 578 750元，因此表7、8及圖1中第10年的凈收益會(huì)出現(xiàn)突變.從圖1中可以得知，計(jì)及環(huán)境收益因素時(shí)全壽命周期凈收益為2 348.403萬(wàn)元，不計(jì)及環(huán)境收益因素時(shí)全壽命周期凈收益為2 235.177萬(wàn)元，可以計(jì)算得到兩者的全壽命周期凈現(xiàn)值分別為

NPVkl=2 348.403萬(wàn)元-1 831.5萬(wàn)元=

516.903萬(wàn)元

NPVhl=2 235.177萬(wàn)元-1 831.5萬(wàn)元=

403.677萬(wàn)元

引入環(huán)境收益因素前后，該工程項(xiàng)目全壽命周期凈現(xiàn)值增幅為

100%=28%

由計(jì)算結(jié)果可知，考慮環(huán)境收益情況下項(xiàng)目盈利能力明顯提高，項(xiàng)目全壽命周期的凈現(xiàn)值提高比例達(dá)28%左右.

通過(guò)實(shí)例計(jì)算結(jié)果表明，所提算法和模型可以有效、全面地評(píng)估多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)收益.此外，基于本文所提算法和模型可以進(jìn)一步分析配電網(wǎng)端多能互補(bǔ)工程項(xiàng)目投資回收期、內(nèi)含報(bào)酬率等指標(biāo)，并可以開展初始投資、初始補(bǔ)貼額、環(huán)境收益(碳排放價(jià)格)等對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)收益的敏感性分析.

4 結(jié) 論