電能替代項目中用戶的經濟性評價與分析

楊 杰，何永秀，葉鈺童，余 蕾

（華北電力大學，北京 102206）

0 引言

隨著電能替代項目的不斷開展，越來越多的電能替代方式進入到人們生活中。電能替代是否具有經濟性決定了項目能否為人們所接受。

在電能替代的經濟性評價方面，學者們進行了大量研究。王東等對電能替代可行性進行了研究，并分析效益，進而證明了電能替代具有實施潛力［1］。陳蓉珺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［2］。武中等基于能耗及經濟成本等因素，建立分析模型得出采用地源熱泵作為主供暖設施、電鍋爐作為輔助供暖設施是目前電能供暖綜合最佳解決方案［3］。

結合以往研究成果可知，學者們多從其中某一方面對電能替代項目進行研究，為了反映實際項目中用戶費用情況，從財務指標和臨界電價兩個角度建立模型，對電能替代中用戶效益進行分析。從財務角度上用戶可以直觀知曉費用情況，從臨界電價方面，用戶可以了解電價的臨界點，即電價在哪一范圍內，替代項目仍然經濟。

1 電能替代經濟型分析模型

1.1 基于增量分析的電能替代互斥方案

電能替代前的方案和電能替代后的方案構成了互斥方案，在對多個互斥方案進行比選時，只能選取其中之一。在對電能替代前后方案費用年值進行分析的基礎上，從差額凈現值和差額內部收益率兩個方面進行增量分析，比較電能替代前后方案的經濟性。

1.1.1 電能替代前后費用年值分析

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、傳統化石能源每年使用費用、設備每年的維護費用等。此外，考慮到傳統設備存在CO2、SO2等污染物排放問題，對部分企業而言，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；此外還有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

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價值型經濟效果評價指標，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據，相比靜態指標更全面、更科學［5］。

該指標可適用于對多個方案進行評優。如果各方案產出價值相同，或能夠滿足同樣需要但其產出效益難以用價值形態（貨幣）計量時，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。具體計算公式為

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式中：Aa、Ab分別為電能替代前、 后費用年值；Ua、Ub分別為電能替代前、后用戶投資額；Na、Nb分別為電能替代前、后設備的使用壽命；i為折現率；Fa、Fb分別為電能替代前、后用能費用；Ma、Mb分別為電能替代前、后維護費用；分別為電能替代前、后的年值系數；Fc為年節省用能費用；Mc為年節省維護費用；Ac為費用年值減少額。

比較Aa與Ab的大小，費用年值小者為優。并且從Fc、Mc、Ac3個數值中可以得到每年用能費用、維護費用以及費用年值較少額。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相關。

1.1.2 基于差額凈現值的電能替代前后方案比選

當互斥方案壽命不等時，一般情況下，各方案的現金流在各自壽命期內的凈現值不具有可比性，因此必需設定一個共同的分析期。分析期的設定應根據決策的需要和方案的技術經濟特征來決定。考慮到電能替代項目在壽命期結束后按原來方案可重復實施若干次，研究采用壽命期最小公倍數法，取各備選方案壽命的最小公倍數作為共同的分析期。

設a、b分別代表投資額不等的電能替代互斥方案，a方案比b方案投資大，兩方案的差額凈現值為

式中：ΔQ為互斥方案的差額凈現值；Ia和Ib分別代表a方案和b方案的現金流入；Oa和Ob分別代表a方案和b方案的現金流出；t為方案分析期；Qa為a方案凈現值；Qb為b方案凈現值。

用增量分析法進行互斥方案比選時，若ΔQ＞0，表明增量投資可以接受，投資（現值）大的方案經濟效果好，即a方案經濟效果好；若ΔQ＜0，表明增量投資不可以接受，投資（現值）小的方案經濟效果好，即b方案經濟效果好。

1.1.3 基于差額內部收益率的電能替代前后方案比選

設a、b分別表示電能替代互斥方案，在滿足以下條件時可通過差額內部收益率進行方案的比選：初始投資額大的方案年均凈現金流大，且壽命期長；初始投資額大的方案年均凈現金流小，且壽命期短。

式中：R為互斥方案差額內部收益率；na和nb分別為a方案和b方案的壽命期；Ia為方案a在t年的現金流入；Oa為方案a在t年的現金流出；Ib為方案b在t年的現金流入；Ob為方案b在t年的現金流出。

方案比選的準則為：基準折現率為i0，在R存在的情況下，若R＞i0，則年均凈現金流大的方案為優；若0＜R＜i0，則年均凈現金流小的方案為優。

1.2 基于臨界電價的電能替代經濟性分析

臨界電價指的是當電能替代方案前后的費用相等時，計算得到的電價值，當臨界電價高于替代后電價時，代表用戶實施電能替代后總體費用較之前的少，即電能替代具有較好的經濟性［5］。在電能替代的經濟性測算中，應當對新建和改造項目予以區分。電能替代新建項目應當綜合考慮運用傳統能源和電能全壽命周期中所有費用。改造項目中，在改造時間點以前發生的所有費用都視為沉沒成本，不再考慮。分新建項目與改造項目2種情況對電能替代臨界電價進行測算，對于電能替代改造項目來說，其改造前的用戶投資、電網投資、政府建設補貼均取0。構建基于臨界電價的電能替代經濟性分析模型。

1）電能替代傳統化石能源均通過利用電能提供熱能或者動能實現，根據電能替代前后供能效果相等的原則，可以得出：

因此：

式中：Ha、Hb分別為電能替代前、后的年均供熱（動能）量；Va、Vb分別為電能替代前、后的用能及用電的熱值；ηa、ηb分別為電能替代前、后的能源轉化效率；Pa為電能替代前用能價格；Pb為臨界電價；Fc為基于此模型的電能替代后的虛擬用能費用。

2）根據費用年值前后相等的原則，可以得出：

式中：Ea為電能替代前年污染治理費用；Rb為電能替代后效率提升帶來的年收益。 因此，基于式（10）、式（11），可以推算出電能替代項目的臨界銷售電價，即

2 算例分析

以某一購物商場為例，該購物商場面積為7萬m2左右，以便商場的正常運行，現在有兩種夏季制冷方案供用戶選擇，電能替代前使用普通中央空調，電能替代后使用冰蓄冷空調系統。比較電能替代前后的費用流，分析冰蓄冷空調系統的經濟性。

2.1.1 電能替代前后費用年值分析

電能替代前，空調供應面積為7萬m2，現行市場7 350 W的空調供應面積為140 m2，故此類中央空調需要500臺。每臺中央空調為17 500元，由此得出項目的初始建設投資費用為875萬元；由歷史數據可知，該購物商場使用普通空調夏季制冷電量為150萬kWh，按一般工商電價，每年電費127.5萬元；空調的維護費用約400元/（臺·a），該項目每年的維護費用為20萬元。

電能替代后，該項目的建設投資費用為2 670萬元；普通空調的能效比為2.7，冰蓄冷空調的能效比為3.9，可推斷該項目的年替代電量為1 038 462 kWh，用電電費是35.75萬元；冰蓄冷空調廠家表明冰蓄冷空調年維護費用幾乎為0。

電能替代前后費用年值對比如圖3所示，電能替代前的費用年值為282.33萬元，電能替代后的費用年值為189.23萬元，該購物中心使用冰蓄冷空調更為經濟。年用能費用減少91.75萬元，年維護費用減少20萬元，費用年值減少93.1萬元。

圖3 電能替代前后費用年值對比

2.1.2 電能替代前后差額凈現值分析

電能替代前的壽命期為8年，電能替代后的壽命期為40年，故選取共同的分析期40年，模型計算得出項目的差額凈現值為1 544.02萬元，即投資額大的項目為優，故實施電能替代具有較好的經濟性。

2.1.3 電能替代前后差額內部收益率分析

使用差額內部收益率的判別條件為，投資額大的項目，年均凈現金流大，壽命期長。該項目實施電能替代后，由相關數據計算得出，項目的差額內部收益率為10%，大于基準折現率，所以年均現金流大的項目為優，即實施電能替代具有較好的經濟性。

2.1.4 臨界電價及競爭力比較

該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濟性分析模型，可以得到考慮初始投資情境下冰蓄冷空調系統替代普通空調的臨界電價。該項目的臨界電價為1.240 8元/kWh，項目建成后實際采用的雙蓄電價（電蓄熱采暖及電蓄冰制冷用戶的用電價格）為0.344 3元/kWh，競爭力比較如圖4所示。

圖4 臨界電價及競爭力比較

冰蓄冷空調系統采用10 kV電壓等級的線路供電，根據河北省一般工商業電價表，將測算出的臨界電價與現行的雙蓄電價進行比較，可知臨界電價遠遠高于雙蓄電價，因此從臨界電價的角度看，用冰蓄冷空調系統替代普通空調是經濟的。

3 結語

從財務評價的角度來講，實施電能替代后，項目的費用年值降低，費用年值少者為優；差額凈現值為正，投資額大的項目為優；差額內部收益率大于基準折現率，年均凈現金流大的為優。從臨界電價的角度來講，實施電能替代的臨界電價大于現行執行的雙蓄電價，實施電能替代項目為優。綜上所述，實施電能替代具有較好的經濟性。

隨著電能替代的逐步推廣，大量的互斥方案需要用戶自己選擇。本文僅對其中一類項目進行了探索，可為其他類似互斥項目的選擇提供借鑒與參考。