平準化度電成本是不同發電技術經濟性評價的通用參數

楊云霞，牛海峰，李永迎，劉靜靜，許昌

(1.深圳中廣核工程設計有限公司，廣東 深圳 518124； 2.中廣核新能源控股公司，北京 100070；3.中廣核新能源控股公司華南分公司，廣東 深圳 518038；4.河海大學，南京 211106)

海電和光伏等新能源產業面臨產能和需求不匹配，研發、生產與利用脫節，新能源發電保障性收購制度尚未落實等諸多挑戰，中國新能源與可再生能源的開發利用面臨不少困難。在此背景下，平準化度電成本(levelized cost of electricity，以下簡稱LCOE)作為清潔電力成本核算中的核心概念，對完善電力定價體系、深化電力體制改革和促進中國電力行業的高質量發展具有非常重要的意義。

平準化度電成本，最早由美國國家可再生能源實驗室(NREL)于 1995年提出，作為一種核算工具，主要用于對比和評估不同發電技術的平均發電成本[1]，是國際上通用的評估不同區域、不同規模、不同投資額和不同技術的成本核算方法，并推廣到政策分析和學術建模等方面。LCOE 計算并不需要預測未來每年的現金流入，大大增加了對發電成本預測的準確性，因而在國際上廣泛應用。

關于LCOE的文獻數量正迅速增長，且LCOE已實際應用于中國企業的電力成本核算中。但目前為止，國內尚未對LCOE做系統性的梳理與評述。文中從LCOE的理論內涵、核算機制、主要觀點及研究前沿出發，系統梳理了LCOE目前的進展及存在的不足，簡要評述了LCOE中國化面臨的困難，并對未來的研究方向進行了展望。

1 LCOE的概念界定

1.1 LCOE的內涵及計算公式

度電成本，是從項目全壽命周期經濟性出發的單位電能成本，通常從發電角度出發，一般不包括電網側的輸電成本：

(1)

基于既有文獻，度電成本有2種計算思路：1)不考慮時間成本的度電成本(cost of energy，以下簡稱COE)，指全生命周期的總成本與全生命周期的總發電量之比。優勢在于計算公式簡單明了，其變化趨勢可以反映電力成本的變化趨勢。但由于未考慮資金時間價值，COE并不等于電力成本。例如COE達到0.4元/(kW·h)時，并不意味著可以實現平價上網。2)考慮資金時間價值的度電成本，即平準化度電成本(LCOE)。LCOE是對項目生命周期內的成本和發電量進行平準化后計算得到的發電成本，即生命周期內的成本現值與發電量現值之比[2]。測算時以資金成本率作為折現率，將不同時間點的成本、發電收入和發電量等折算為現值。由于將資金的時間價值納入測算體系，LCOE通常高于COE，高出部分通常記為財務成本：

(2)

式(2)中，I0為項目初始建設投資，n為項目經濟評價壽期，At為項目t期年度總運營成本，Mt,el為項目運營t期運營期年度發電量，i為項目預期收益率，是項目核算的關鍵指標。

1.2 LCOE國內外核算差異

在LCOE的實際測算過程中，國內外對公式分母，即發電量的計算基本一致。但對生命周期內的成本，特別是對年度總運營成本的測算差異較大。

國外文獻通常將年度總運營成本分解為固定成本和變動成本，其中變動成本包括燃料成本、稅務成本和碳排放成本等[3]，此外，固定資產殘值和項目拆除成本也包含在年度總運營成本中。

國內通用的計算方法，也是一般的財務分析軟件使用的公式，是引入固定資產折舊導致的所得稅和固定資產殘值在成本中的意義，對LCOE公式進行修正，如下式所示：

(3)

式(3)中，DP和r分別為固定資產折舊和所得稅稅率，RV對應于固定資產殘值。如果在實際應用當中，考慮增值稅和所得稅優惠政策，計算比較繁瑣，相對簡單的方法是僅引入增值稅抵扣和固定資產殘值在成本中的意義，對LCOE公式進行修正，如公式(4)式所示[4]，稅務成本則綜合考慮在各因素成本當中。

(4)

式(4)中，VATt為項目t期固定資產增值稅抵扣，RVt為項目t期固定資產殘值，n'為固定資產增值稅抵扣年限，t為項目全壽期運行年份(t=1、2、...)。

LCOE是國際通用的發電經濟性評價指標，國內比較通用的是財務內部收益率(Internal rate of return，IRR)。IRR實質上是項目的凈現值為零時的折現率，也是項目投資實際期望達到的收益率。

簡單而言，計算LCOE需要的輸入條件有建設期投資、運營期成本、運營期發電量與給定的折現率等。由于IRR本身就是折現率，因此計算IRR的輸入條件就是建設期投資、運營期成本、運營期發電量與給定的電價等。事實上，LCOE與IRR在計算過程中所需外部變量類似，區別在于是否明確上網電價，給定上網電價時可以計算IRR，無法給定上網電價時則只能計算LCOE。而由于國內外制定上網電價時的系統差異，導致LCOE與IRR在國內外應用習慣上也有所不同：國內上網電價一般是標桿電價，以投產或審批時間為節點，上網電價在整個運營期內維持不變，因此可以用IRR作為經濟評價的指標。而諸如德、英等發達國家，上網電價大多采用競價上網方式，最終電價為“市場結清電價”或“市場結清電價+政府補貼”。因此在項目前期，無法給定上網電價，開展經濟評價時無法計算IRR，故僅采用LCOE作為評價指標。但伴隨如風電競價上網政策等新能源政策的逐步推行，LCOE也愈發受到業內關注。

1.3 LCOE核算的邊界條件

LCOE主要邊界條件包括初始建設期投資、運營期成本、運營期發電量與給定的折現率。

初始建設成本對LCOE的影響最為顯著。對多數發電項目而言，初始建設成本均占總成本比例50%以上。而與初始建設成本密切相關的固定資產折舊、殘值、固定資產增值稅抵扣等均為項目總成本的一部分。故總成本當中，與建設期投資相關的要素合計占比約為75%。

運營期成本對LCOE影響較為顯著。運營期費用包括發電場運營維護成本及燃料成本。其中發電場日常運營維護成本包括人員工資及福利費、日常運營維護、設備折舊費、維修費和業務費等，因項目不同而不同，后期運維費用大約占總成本費用的10%～25%。

發電能力在一定程度上影響LCOE。發電量、裝機容量與年發電小時數(國外一般以容量系數表示)相關。如果不能提升發電量，僅靠節約運維費用，對降低度電成本作用有限。

LCOE與預期收益率相關。設置合理的折現率是項目度電成本正確核算的重要前提。預期收益率受資本成本、杠桿比例、股本金成本和貸款利息等影響。在LCOE核算中，IRR類似于加權資本成本(以下簡稱WACC)，故IRR通常以WACC取值。

與傳統能源項目相比，新能源項目LCOE核算的邊界條件有所側重，例如與煤電、天然氣發電等發電技術相比，核電廠初始建設成本占總成本比例更大[5]，海上風電相對運維成本較高，占比約20%～24%，而傳統能源發電中燃料成本則是主要的成本構成。

2 LCOE的相關研究進展

2.1 不同發電技術的LCOE比較

不同發電技術LCOE的構成要素有所不同，一般可以歸入建設期投資和運營期費用2大類，傳統能源發電技術還包括燃料成本。在發電量與給定的折現率情況下，LCOE廣泛應用于不同發電技術的成本效益比較。基于既有文獻可以發現，不同發電技術LCOE比較如圖1所示，在目前可再生能源發電項目中，綜合而言陸上風電成本最低[6]；而傳統能源發電中，天然氣發電成本最高。

圖1 不同發電技術LCOE比較

隨著技術進步和各國在政策方面的支持，可再生能源的發電成本正大幅降低。以德國為例，在火力發電、水力發電、核電、風力發電、光伏發電、生物質發電和潮汐發電等不同形式的發電項目中，2018年海上風電為7.49～13.79歐分/(kW·h)，褐煤為4.59～7.98歐分/(kW·h)，無煙煤為6.27～9.86歐分/(kW·h)，海上風電、生物天然氣發電的LCOE較煤電高；在考慮技術進步與碳排放價格情況下，預計2025年海上風電LCOE接近煤電，2035年降至5.67～10.07歐分/(kW·h)，可直接參與市場競爭[2]，德國不同發電技術LCOE的預測如圖2所示。

圖2 德國不同發電技術LCOE的預測

2.2 LCOE的敏感性要素探討

影響LCOE的敏感性因素主要包括初始投資、燃料成本、資本成本(折現率)、可再生能源發電技術和政策性補貼等。本文主要探討對LCOE影響最為顯著的燃料成本、政策性補貼和資本成本3大要素：

(1)燃料是影響傳統能源發電技術LCOE的重要因素，燃料成本對LCOE的影響如圖3所示。由圖3可知，燃料成本對天然氣發電項目的影響程度高于煤電和核電[6]。

圖3 燃料成本對LCOE的影響

(2)政策支持是促進可再生能源發電技術的重要支撐，政策性補貼對LCOE的影響如圖4所示。針對可再生能源發電技術，政策補貼情況下發電企業成本下降，因此政策性支持是促進可再生能源發電技術的重要支撐。

圖4 政策性補貼對LCOE的影響

(3)財務成本是影響LCOE的重要因素，財務成本對LCOE的影響如圖5所示。從資金來源不同，財務成本可分為債務資本成本和權益資本成本。WACC為二者不同融資比例及資本成本率的加權平均。通常情況下，債務資本成本較權益資本成本低，債務資本比例越高，杠桿效應越大，財務成本在LCOE中占比較大[7]。以海上風電為例，單位造價為4 353美元/kW、容量因子為43%，若綜合資本成本為4%，LCOE為100美元/(MW·h)，若綜合資本成本為8%，LCOE為140 美元/(MW·h)。

圖5 財務成本對LCOE的影響

2.3 社會環境等外部性成本對LCOE的影響

社會福利與生態環境具有極強的公共物品屬性，在充分市場競爭條件下，存在市場失靈、供給不足等問題。為此，借鑒科斯定理和諾德豪斯環境損害曲線等相關理論，將社會環境成本納入LCOE核算中，可以使LCOE更為全面的反映各項成本，有利于完善中國電力市場定價機制。在減排形勢下，外部社會環境成本是發電項目的重要考慮因素，在完全競爭市場上，碳成本可以通過電價向下游傳遞從而達到成本有效的二氧化碳減排[8]。

在歐盟的支持下，NEEDS (New Energy Externalities Developments for Sustainability) 和CASES (Costs Assessment for Sustainable Energy Systems) 項目針對能源系統的社會成本進行研究，并進行量化。測算了2005年-2010年期間所有發電技術的外部成本，不同發電技術的社會環境成本見表1，其中核電與可再生能源(水電、風電和太陽能發電等)的外部社會環境遠遠低于傳統能源，而煤電的社會環境成本最高[9]。我國有學者研究了電力行業區域環境效率，顯示電力行業長期以燃燒煤炭等化石燃料為主的火力發電為主，是我國CO2、SO2和氮氧化物等溫室氣體的主要來源，而技術進步對電力行業環境效率有著顯著的正相關，提升發電環境技術能有效提高發電效率，減少能源消耗和環境污染[10]。

當前，大量文獻探討了發電項目的社會福利及環境成本，但受限于社會環境成本難以量化，該要素仍未納入實際的LCOE核算體系中。

3 中國LCOE的研究方向

LCOE可以作為不同區域、不同規模、不同投資額和不同技術的經濟評價參數，但同時LCOE的計算包含了很多前提假設，假設條件會嚴重影響LCOE的測算結果。為此，在構建LCOE的過程中，需要充分考慮中國國情，指定合理的假設條件，使LCOE發揮其價值挖掘與價值導向作用。

3.1 LCOE成本組成納入標準的邊界需要清晰化

LCOE成本構成中包括建設期投資和運營期費用。不同發電技術的邊界不同，相同發電技術在不同國家的邊界也不同。如果站在發電企業的角度，承擔的電力成本責任邊界就不同。以海上風電為例，歐洲海上風電接入系統和國內海上風電的電網并網點完全不同，責任邊界、成本支出的范疇也不同。在度電成本構成方面，發電企業的度電成本計算的納入范圍不同，建設成本的測算會根據不同需求進行。例如英國、德國，送出海纜的輸電是由電網公司負責，因此在測算建設成本時一般都會另行計算輸電成本以便日后核算，運維成本則由電網公司承擔[3,11]。國內外海上風電場開發建設范圍與成本構成如圖6所示。

表1 不同發電技術的社會環境成本 歐元·(MW·h)-1

圖6 國內外海上風電場開發建設范圍與成本構成

3.2 LCOE的精算需要考慮中國因素

LCOE概念公式中并未考慮增值稅及附加、增值稅抵扣、增值稅優惠和所得稅減免等中國特有的因素，特別新能源領域享受所得稅稅率優惠能大幅減輕企業稅負[12]。考慮這些中國特有的因素，對LCOE的公式進行原理上的修正，那么成本包含的因素有初始建設、原料燃料費、維護成本(含維修、保險、人工和管理等成本)、增值稅及其附加(考慮抵扣與減免優惠)和實際繳納的所得稅(考慮政策性優惠)。

國內有學者[13]從風電場經濟性評估的原理入手，對LCOE計算方法進行改進：

式(5)中，Bt為年度原料燃料成本，Tt為考慮增值稅抵扣、優惠等要素的年度實際繳納的增值稅，Rt為考慮優惠政策(如風電的“三免三減半”政策)的年度實際繳納的所得稅，D為壽期結束后的拆除費用。

此時，LCOE將更接近于真實情況，但由于在所有影響因素中，初始建設成本、維護成本、原料燃料成本、殘值、拆除費用和電量不受電價影響，所得稅和增值稅及其附加受電價影響，而電價本身即是計算出的LCOE，故準確計算LCOE較為復雜，是一個反復迭代的過程，經過多次迭代后會無限趨近于的定值才是LCOE。

4 案例分析

選取某個陸上風電項目作為案例分析，比較不同的LCOE修訂公式的測算結果。

4.1 項目基本情況

某陸上風電項目總裝機容量為50 MW，年上網電量為11 000 萬kW·h。工程固定資產投資為37 729萬元，測算增值稅抵扣為2 774 萬元，5年抵扣完成。項目經濟評價的計算參數按照風電場項目經濟評價規范(NB/T 31085-2016)，折舊年限取15年，殘值率取5%；運行的前1～5年修理費率取為0.5%，第6～10年取1.0%，第11～15年取1.5%，第16～20年取2.0%；保險費率按固定資產價值的2.5‰計算；材料費定額取為10 元/kW，其它費用定額取為30 元/kW；工程定員6人，人均年工資10 萬元，福利勞保等費率以工資總額的50%計算。財稅成本按照現行風電政策執行，增值稅實行即征即退50%的優惠政策，設備所含的進項稅額可抵扣，所得稅享受“三免三減半”優惠政策。

4.2 不同計算公式得出的LCOE

折現率假定6%，分別用不同的上述公式計算LCOE，不同的公式計算的LCOE值見表2。四種公式計算出的LCOE值不同，因此在未能明確成本邊際條件的情況下，簡單進行不同發電技術的LCOE比較是無意義的。

表2 不同的公式計算的LCOE值

公式(2)測算的LCOE，直接引用國外公式簡化計算，沒有充分考慮中國具體政策影響。公式(3)測算的LCOE不包含增值稅及附加成本及所得稅成本，體現了技術方面的成本。公式(4)測算的LCOE考慮了增值稅抵扣，但簡單按照平均年限抵扣固定資產增值稅，未體現真實的抵扣金額。公式(5)計算的LCOE值，綜合考慮了所有影響因素，所得稅和增值稅按照年度實際繳納額為基準，通過反復迭代測算，LCOE將更接近于中國目前的真實情況，但財稅成本是基于當前的政策計算，對全壽期的預測準

(5)

確性有一定影響。以上這些公式計算都是從發電企業角度出發，并沒有考慮社會環境成本。

5 結語

(1)LCOE的概念合理剔除了不同發電技術的初始投資和發電量的差異，同時在一定程度上剔除了各種財務和稅收方面差異的影響，能夠真實地反映不同能源和產品下各種技術方案的經濟性，具有很強的實用意義。

(2)與傳統能源相比，可再生能源發電成本的競爭優勢較弱。但隨著技術進步、規模化和產業化，LCOE降低的趨勢明顯。考慮傳統能源引起社會環境成本，核電與可再生能源發電作為清潔能源，競爭優勢明顯。

(3) LCOE的定義公式無法具體指導和實現指標計算，需要落地到具體計算步驟；LCOE的計算包含了很多前提假設，在不明確假設條件的前提下，同一個項目不同假設條件下計算的度電成本是不同的。但這一細化過程目前尚無具體要求，拋開具體計算過程討論指標合理性和特點并不合理。已經公開的各種評價軟件均有自身特點，不同程度的簡化處理也導致各自缺點和結果的不準確。建立符合中國國情、適合不同發電技術的具體計算過程十分必要。