西氣東輸電能替代經濟性評估與模式研究

陳蓉珺，何永秀

（華北電力大學經濟與管理學院，北京 102206）

西氣東輸電能替代經濟性評估與模式研究

陳蓉珺，何永秀

（華北電力大學經濟與管理學院，北京 102206）

不合理的能源結構給中國帶來了許多環境問題，優化能源結構已經成為中國亟待解決的問題。隨著電力市場改革的推進，電能替代開始得到關注。電能替代戰略是改善環境、提升能源利用效率的重要方式。針對西氣東輸加壓站進行電能替代研究，分析電能替代的必要性以及西氣東輸電能替代的技術實現。通過對電加壓的經濟性測算得出不經濟的結論，并基于以上結論設計了電能替代模式，分析該模式下對于電網、用戶、新能源企業、政府等各方利益的影響情況，發現經濟性是由于電價優惠產生的，因而進一步完善大用戶直供電實施細則是推進電能替代的重點之一。

電能替代；經濟性；可再生能源

0 引言

隨著社會對環保的愈發重視，使用清潔能源替代化石能源來減少污染的需求也越來越大［1］，國內諸多學者對電能替代從效益評價、推廣策略、替代機遇與挑戰等多方面進行了廣泛而深入的研究［2-5］。隨著電力市場改革的推進，電能替代也成為研究熱點。

從電能替代政策的重要性與意義入手，論證西氣東輸電能替代在技術上的實現，并引入競爭性分析的指標，對西氣東輸電能替代的經濟性進行評估，最后設計了西氣東輸電能替代的模式，對政策制定者一定的參考價值。

1 理論分析

1.1 電能替代的內涵與意義

近年來隨著能源形勢的日趨緊張，國家電網公司提出了“以電代煤、以電代油、電從遠方來”的電能替代模式。電能替代是指以電能替代煤炭、石油、天然氣等化石燃料，提高電能在終端能源消費中的比重，從而改善能源利用的環境和經濟效益。加快推進電能替代能從一定程度上改善中國的用能結構。

提高能源利用效率。我國的能源轉換效率十分低下，與發達國家差距極大。提高電能在終端能源中的消費比重，提升能源的利用效率是一項極為關鍵且艱巨的任務。而風能、光伏等清潔能源具有傳輸迅速、利用效率高、清潔等特點，加快這些清潔能源的發展有助于提升能源利用效率。

改善環境。據統計，我國每年的燃煤超過8億t，遠遠高于發達國家，燃燒化石能源帶來的大氣污染使得人們的生活質量與健康水平受到極大的威脅，以清潔能源替代煤炭和石油能有效地改善污染物排放問題［6］。

1.2 電加壓技術

現有西氣東輸加壓站的驅動加壓模式多使用燃氣輪機。燃氣輪機作為熱力發動機，主要通過以下方式做功，首先空氣經由壓縮機進入燃燒室，同時將燃料與之混合燃燒，產生的煙氣進入燃氣輪機后膨脹，以此做功來推動動力葉片的高速旋轉［7］。

西氣東輸的電能替代方案主要集中在電加壓技術替代原有燃氣加壓技術。隨著電加壓相關技術的日趨成熟，電驅機組已經可以勝任長輸管道增壓驅動的工作。變頻調速驅動系統、壓縮機及輔助系統3個部分就構成一個電驅加壓機組。其額定功率為22MW，額定電壓 4.8kV，轉速為 3 120～4 800r／min，最高轉速可達 5 040r／min［8］。 電驅壓縮機具有諸多優勢，如可靠性高、加壓效率高、運行維護簡單，除此，電驅機組還有較高的環境效益和經濟效益。

2 西氣東輸電加壓的經濟性評估

2.1 評估指標

為了對電能替代方案的經濟性進行定量研究，建立以下競爭性分析模型，其中設電能替代其他能源的臨界電價為Ps，臨界電價與該行業所適用的實際電價差額為e，若e為正，則該種電能替代在電價上較為經濟。

式中：Qs為用電的熱值；Qv為所替代能源的熱值；ηs為用電的效率；ηv為所替代能源的效率；Pv為所替代能源的能源價格。

2.2 經濟性測算

電機驅動和燃氣輪機驅動的效率分別為95.8％和 35％，天然氣的熱值為 3.57×107J／m3，電的熱值為3.6×106J／kWh，天然氣的價格為 1.5 元 ／m3，基于上述數據，結合公式（1）可以得到電能替代的經濟性指標。

由于在高峰時段電價較高而西氣東輸加壓無法避免高峰時段用電成本，且天然氣熱值較高，西氣東輸中使用電能替代燃氣的經濟性不高［9］。

本文從投資、價格等角度設計西氣東輸電能替代模式，以促進電能替代的推廣。

3 西氣東輸電加壓模式設計

西氣東輸加壓站用能大，如果參與電能替代每年可替代用電量較大。設計了如圖1所示的撮合融資租賃模式鼓勵加壓站電能替代。

圖1 撮合融資租賃模式

首先使用電機驅動的加壓站可以申請免向電網公司繳納入網費，電網從未來的增量售電收入利潤中逐步補償配網改造成本。同時加壓站與融資公司簽訂協議，向融資公司租入其電驅設備，在合同結束后，設備所有權歸加壓站所有。其次，考慮到用電能替代天然氣后，企業的用能成本較高，在目前我國棄風棄光現象較為嚴重的背景下，應鼓勵加壓站與新能源企業簽訂直供電協議，促進風、光消納，改善雙方財務狀況。

加壓站采用燃驅機組與電驅機組的費用參數如表 1 所示［10］。

表1 燃驅機組與電驅機組參數比較

討論在現有政策的基礎上，分別改進投資模式、增加價格優惠力度對用戶、電網公司、政府以及新能源企業等的利益影響。

3.1 改進投資模式

加壓站與融資租賃公司簽訂融資租賃合同，合同周期為10年，加壓站每年付給融資租賃公司648萬元租金，合同到期后機組所有權歸加壓站所有。測算可得加壓站每年將向電網繳納電費2 282萬元；每年設備維修費用3 000元。年平均成本為電費、維修費以及將租賃費平攤至壽命周期每一年的費用之和，因而，采用電驅機組的年平均成本為2 282+648×10／15＋0.3＝2 714（萬元）。雖然相對于采用燃驅機組第一年免去支付高昂的設備費用，但是在以后年度的用電成本要顯著高于用天然氣的成本1 601萬元。

3.2 價格優惠模式

若加壓站可與新能源發電企業進行直購電交易，參考某省2016年大用戶直購電交易結果，在實際電價0.474 9元／kWh基礎上優惠 0.297 8元／kWh，實際優惠電價為0.177 1元／kWh，每年加壓站承擔電費850.82萬元。可以計算得出加壓站的年平均成本為1 283萬元，相對于采用燃驅機組每年可節省成本318萬元，即采用電驅機組具有經濟性。

由于加壓站采用電驅機組，每年可以新增48.05 GWh的電量，電網因此每年可以獲得新增851萬元電費收入。

表2給出了天然氣加壓站采用燃驅機組與價格政策變動后運用撮合融資租賃模式采用電驅機組的年成本比較。可以看出價格優惠后采用電驅機組比燃驅機組每年節省近1 000萬元的成本。

表2 天然氣加壓站考慮大用戶直供電后年成本 萬元

表3給出了加壓站、電網公司、融資租賃公司3方在采用撮合融資租賃模式后的利益情況，各方均可接受該情景下的利益分配。

表3 考慮大用戶直供電后各方利益

4 結語

加壓站需要不間斷用電，其用電成本略高于采用燃氣，政府應當鼓勵加壓站采用電機驅動，促進清潔能源的消納。

追求經濟效益是企業的經營目標，因此用電經濟性是成功推行電能替代的關鍵一步。

企業在加入了大用戶直供電后，用電成本顯著下降，若加以考慮國家、省政府給予的相應補貼，企業用電相對于用燃氣驅動具有顯著經濟性。

［1］ 宋勝荷，劉春華，李志賓，等.實施電能替代促進節能減排［J］.科技創業家，2013，4（21）：72.

［2］ 李作鋒.江蘇電能替代的研究與實踐［J］.電力需求側管理，2016，18（5）：1-3.

［3］ 金瑋.加快農村地區電能替代的步伐［J］.中國電力企業管理，2014，32（22）：46.

［4］ 康重慶，杜爾順，張寧，等.可再生能源參與電力市場：綜述與展望［J］.南方電網技術，2016，10（3）：16-23.

［5］ 張云.電能替代：走清潔、環保、可持續發展之路［J］.國家電網，2013，8（10）：36-40.

［6］ 劉進軍.電能系統未來發展趨勢及其對電力電子技術的挑戰［J］.南方電網技術，2016，10（3）：78-81.

［7］ 劉平.我國燃氣輪機發電技術的發展現況與展望［J］.大科技，2013（13）：68-69.

［8］ 林森，董昭旸，康焯，等.西氣東輸二線電驅壓縮機組驅動方式比選［J］.油氣儲運，2012，31（6）：470-472.

［9］ 陳蓉珺，何永秀.基于臨界電價的典型工業電能替代競爭力分析［J］.東北電力技術，2017，38（2）：15-17.

［10］盧祥林.白鶴加壓站壓縮機采用變頻電機驅動方式的可行性研究［J］.城市公用事業，2006，20（3）：26-29.

Economic Evaluation and Mode Study of Electricity Substitution for West-to-East Gas Transmission

CHEN Rongjun，HE Yongxiu
（School of Economics and Management，North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

The improper energy structure causes many environmental problems to China.Optimizing the energy structure becomes an urgent task to be fulfilled.Energy substitution is an important way to improve the environment and enhance energy efficiency.As the electricity market reform deepening，the energy substituion is attracting more and more attentions.This paper analyzes the necessity of the west-to-east gas transmission and the application of technologies associated with energy substitute to serve the program.In this paper，analysis is carried out on the effieciency of applying energy substitution to the west-east gas transmission station.The results shows that it is not economical.Based on this conclusion，this paper designs the mode of electric substitution，and analyzes the impact brought by this model on the profits of the grid，the users，the new energy enterprises，government and other parties and finding that the profit is mainly coming from price incentives.Therefore，further improvment on the implementation details about direct electric power supply to the large consumers is one of the key issues to promote electric substitution.

electric power substitution；economy；new energy

F426

：A

：1007－9904（2017）07－0025－03

2017-02-20

陳蓉珺（1994），女，碩士，研究方向為技術經濟及管理；

何永秀（1970），女，教授，博士生導師，研究方向為能源經濟評價。