基于平準化度電凈現值模型的軌道交通光伏發電儲能一體化項目的經濟效益分析*

張宇翔 何海艷 黃駿飛 李浩鋒

(1.鐵科院(北京)工程咨詢有限公司, 100081, 北京;2.成都大學建筑與土木工程學院, 610106, 成都;3.國鐵建信資產管理有限公司, 100036, 北京∥第一作者, 助理研究員)

0 引言

為貫徹落實中國共產黨第二十次全國代表大會報告中“推動能源清潔低碳利用,推進工業、建筑、交通等領域清潔低碳轉型”的要求,各地響應國家雙碳發展戰略部署,積極利用余地、余熱、余壓資源,推動熱電聯動、分布式能源及軌道交通光伏發電儲能一體化項目的建設。我國太陽能資源相對豐富,軌道交通基礎設施和沿線空間具有充足的空間資源,能夠實現光伏發電儲能一體化系統的建設。

文獻[1]介紹了目前國內城市軌道交通光伏發電系統的應用現狀,對光伏并網方案及拓撲結構進行了分析,指出了并網后面臨的技術難題。文獻[2]表明采用光伏發電技術后,蓄電池組將太陽能電池發出的電能進行存儲,并將其隨時與列車充電機進行電耦合共同為列車供電。文獻[3]通過調研太陽能光伏發電系統在城市軌道交通中的應用,對其未來發展趨勢進行了預測,認為城市軌道交通光伏發電系統亟需拓展新的應用場景。文獻[4]對高架車站與光伏發電系統的結合類型,高架區間光伏發電系統中的“光污染”治理、高架區間光伏發電系統集成及車輛基地光伏發電系統的安裝方式等關鍵技術進行了分析。文獻[5]認為光伏發電系統接入城市軌道交通供電系統具有交流并網和直流并網2種模式,交流并網模式具有控制策略簡單、成熟的優點,直流并網模式通過控制策略優化補償牽引網電壓減少的接觸網損耗,具有提高城市軌道交通牽引供電質量和節能的雙重作用。文獻[6]認為光伏發電系統選址的光資源分布情況、可供開發利用的閑置土地資源、牽引負荷功率、行車密度及地方政府支持力度等因素與光伏出力、系統裝機容量及電量消納率等密切相關,而這些量又會直接影響到系統效益。文獻[7]從高架車站光伏建筑一體化,光伏發電系統的并網方案、監控方案、附屬設施等方面介紹了分布式光伏發電系統及其應用情況。文獻[8]對光伏發電項目的經濟風險進行了科學和細致的分析與評價。

綜上可知,上述文獻從不同角度對光伏發電系統在軌道交通領域的應用進行了分析和探討,但目前鮮有對軌道交通光伏發電儲能一體化項目經濟效益的深入研究,且尚無對影響該項目經濟效益的因素以及這些因素影響程度的系統研究。本文以LCOE(平準化度電成本)模型為基礎,建立LNPVE(平準化度電凈現值)模型,用于分析軌道交通光伏發電儲能一體化項目的經濟可持續性。

1 軌道交通光伏發電儲能一體化項目經濟效益模型

1.1 模型參數

在文獻[9-10]的研究基礎上,本文將基于LCOE的軌道交通光伏發電儲能一體化項目經濟效益模型的主要參數歸納為以下四部分:

1) 投資和運營成本參數。主要是指項目初期的靜態投資和運營期的經營成本等。

2) 財務成本參數。主要是指因項目融資而償還的債務資金的利息支出。

3) 稅務成本參數。主要是指項目運營期內的稅金支出,包括增值稅、營業稅金及附加、企業所得稅。

4) 效益參數。項目的效益參數包括:①光伏發電收入和儲能收入,光伏發電收入是指項目自發自用和余電上網帶來的收入,儲能收入是指通過儲能系統進行電力負荷調峰的收入;②補貼收入,主要是指依據國家相關政策,在購買固定資產等過程中享受的稅收優惠;③固定資產余值,項目達到設計運營年限后,由于終止項目運營產生的固定資產余值收入。

1.1.1 投資和運營成本

軌道交通光伏發電儲能一體化項目的建設投資為:

I=Is+Ic+Id

(1)

式中:

I——項目總的建設投資;

Is——光伏發電設備投資;

Ic——儲能設備投資;

Id——充電設備投資。

軌道交通光伏發電儲能一體化項目的總運營成本為:

Ct=Cr,t+Co&m,t

(2)

式中:

Ct——項目在第t年總的運營成本;

Cr,t——項目在第t年的場地租賃成本;

Co&m,t——項目在第t年的運營成本。

1.1.2 財務成本

光伏發電儲能一體化項目的LCOE分析對象不同,是否將利息支出納入LCOE存在差異。文獻[9]未提及融資和利息等相關內容,但文獻[10-11]在需要考慮融資影響時會根據情況加入融資和利息相關的成本分析項。本文參考文獻[10]將貸款利息納入LCOE分析。

1.1.3 稅務成本

軌道交通光伏發電儲能一體化項目在第t年的稅務成本Tt為:

Tt=Tav,t+Tabb,t+Tinc,t

(3)

式中:

Tav,t——第t年的增值稅稅金;

Tabb,t——第t年的營業稅及附加;

Tinc,t——第t年的所得稅。

軌道交通光伏發電儲能一體化項目中各項稅金為:

(4)

式中:

Pt——項目第t年的收入;

Rav,t——項目第t年的增值稅稅率;

Rabb,t——項目第t年的營業稅及附加稅的稅率;

Rinc,t——項目第t年的所得稅稅率;

Dt——項目在第t年償還的貨款利息。

1.1.4 效益

軌道交通光伏發電儲能一體化項目第t年的效益參數為:

Pt=Pm,t+Ps,t+Pc,t

(5)

其中:

(6)

式中:

Pm,t——項目第t年自產自用的電費收入(含稅);

Ps,t——項目第t年余電上網的收入(含稅);

Pc,t——項目第t年的儲能服務收入;

Ft——項目第t年的發電量;

Jm,t、Js,t——項目第t年的綜合電價和上網電價;

Bt——項目第t年的自用消納比例;

Ff,t和Fc,t——項目第t年的儲能放電電價和儲能電價。

1.2 基于LNPVE的軌道交通光伏發電儲能一體化項目經濟效益模型

1.2.1 LCOE模型

LCOE模型是國際上通用的用于評估不同區域、不同規模、不同投資額及不同發電技術的發電成本方法[10]。考慮了時間價值的度電成本,即凈現值為零時的電價。當項目的電價為平準化度電成本CLCOE時,投資者在項目壽命期內的經濟收益為零。本文在文獻[9-10]的基礎上,構建軌道交通光伏發電儲能一體化項目的LCOE模型。在項目全生命周期內,假設收入的現值總和與成本的現值總和相等,則:

(7)

式中:

t0——項目生命周期;

r——折現率;

V——項目殘值。

將項目收益表示為CLCOE與發電量的乘積,則:

(8)

式中:

Et——第t年的發電量;

CLCOE,t——第t年的平準化度電成本。

假設CLCOE,t在全生命周期為一個常數CLCOE,則:

(9)

1.2.2 LNPVE模型

上述LCOE模型僅包含成本參數和發電量指標,參考文獻[10],構建綜合衡量收益參數、成本參數和發電量指標的LNPVE模型。

假設項目凈現值不為0,將收益表示為某一價格RLROE,t與發電量的乘積,則:

(10)

假設RLROE,t在全生命周期內為一個常數RLROE,則:

(11)

進一步定義平準化度電凈現值VLNPVE為RLROE與CLCOE之差,則有:

VLNPE=RLOE-CLOE=

(12)

1.2.3 敏感性分析

敏感性分析用于度量影響項目經濟效益諸多因素的重要性程度和影響程度。參考文獻[10,12],本文引入敏感系數作為比較影響程度的指標,計算公式如下:

Yi=(ΔLNPVE/VLNPE,0)/(Δxi/x0i)

(13)

式中:

Yi——影響因素i的敏感系數;

ΔLNPVE——VLNPVE的變化值;

VLNPE,0——VLNPVE的初始值;

Δxi——影響因素i的變化量;

x0i——影響因素i的初始量。

2 案例分析

2.1 基本參數的選取

選取某軌道交通光伏發電儲能一體化項目為研究對象,該項目在車輛基地采用“光伏發電系統+儲能系統+機動車充電樁”的建設模式,同時采用“自發自用,余電上網”的合作模式。該項目的基本參數如表1所示。

表1 某軌道交通光伏發電儲能一體化項目的基本參數

2.2 CLCOE和VLNPVE的計算結果

計算r分別為3%、6%和8%以及自用消納比例B分別為30%、40%和50%下的CLCOE和VLNPVE,結果如表2所示。

表2 不同r和B下的CLCOE和VLNPVE

由表2可見:當r保持不變時,項目的CLCOE與B正相關;當B保持不變時,r越高,項目的CLCOE越高。若r為3%,VLNPVE,1>0,VLNPVE,2>0,VLNPVE,3>0,表明當r較低時,項目在較低的B下也能夠實現較好的經濟效益;若r為6%,VLNPVE,1<0,VLNPVE,2>0,VLNPVE,3>0,項目可在B為40%和50%時實現較好的經濟效益;若r為8%,VLNPVE,1<0,VLNPVE,2<0,VLNPVE,3>0,項目在B達到50%時才能實現較好的經濟效益。綜合電價為消納電價和余電上網電價的加權平均電價。當B為30%時,綜合電價為0.518 0;當B為40%時,綜合電價為0.564 7;當B為50%時,綜合電價為50%。當CLCOE<綜合電價時,項目的實際發電成本小于實際發電收益,可見項目具有經濟可行性;當CLCOE>綜合電價時,項目的實際發電成本大于實際發電收益,即項目的VLNPVE<0,可見項目在目前參數下不具有經濟可行性。

2.3 敏感性分析

2.3.1 經濟因素

軌道交通光伏發電儲能一體化項目的經濟因素包括消納電價、自用消納比例、儲能放電電價和儲能電價。r為6%時,上述經濟因素的敏感系數如圖1所示。

圖1 r為6%下各經濟因素的敏感系數

由圖1可見:該軌道交通光伏發電儲能一體化項目的經濟因素按影響程度排序依次為消納電價、自用消納比例、儲能放電電價和儲能電價。這表明該項目的收益主要來源于自發自用的電費收入,管理者可通過爭取更高的消納電價和自用電量比例進一步提高項目的經濟效益。

2.3.2 財務因素

軌道交通光伏發電儲能一體化項目的財務因素包括資本金比例和債務融資成本。不同r下各財務因素的敏感系數如圖2所示。由圖2可知:資本金比例的敏感系數為正,表明提高債務資金的使用比例有助于提高項目的VLNPVE值;債務融資成本的敏感系數為負,表明債務融資成本越高,項目的VLNPVE值越低;隨著r的提高,財務因素的敏感系數也越高,表明r越高,財務因素對項目的VLNPVE值的影響也越大。

圖2 不同r下各財務因素的敏感系數

2.3.3 政策因素

目前,國內對光伏項目的稅收優惠包括增值稅進項稅抵扣和所得稅“三免三減半”。其中:增值稅進項抵扣是指項目建設初期投入的建設資金形成的固定資產有大量的進項稅可以抵扣,該部分稅金根據項目收益在未來若干年抵扣;所得稅“三免三減半”是指自項目產生第一筆經營收入所屬年度起,第1年至第3年免征所得稅,第4年至第6年減半按12.5%征收所得稅,此后按25%征收所得稅。

案例項目總投資為2 239.40萬元,按殘值率5%計算,可抵扣的進項稅合計276.57萬元。不同r和B下的VLNPVE見表3。假設不享受增值稅進項稅抵扣,項目的CLCOE為0.612 2,較享受進項稅抵扣時增加0.014 1;項目的VLNPVE為-0.014 1,較享受進項稅抵扣時降低0.038 3。這表明案例項目對增值稅進項稅抵扣的依賴程度較高,當失去該稅收優惠時,項目將失去經濟可行性。假設不享受所得稅“三免三減半”稅收優惠時,項目的CLCOE為0.582 0,較不享受所得稅優惠時降低0.008 1;項目的VLNPVE為0.016 1,較不享受所得稅優惠時降低0.008 1。這表明所得稅優惠有助于提高案例項目的經濟效益,但項目在不依賴所得稅優惠的情況下也具有較好的經濟性。案例項目既不享受增值稅減免也不享受所得稅優惠時,項目的CLCOE為0.619 9,VLNPVE為-0.021 8。這表明在增值稅進項稅抵扣和所得稅“三免三減半”兩項稅收優惠中,案例項目對增值稅進項稅抵扣的依賴程度更高。

表3 不同r和B下的VLNPVE

3 結語

軌道交通光伏發電儲能一體化項目作為軌道交通和光伏發電儲能多元化項目,光伏發電系統和儲能設備投入的資金規模較大,需構建合理的理論模型評價項目的經濟性,探討影響項目經濟性的因素及其重要程度。本文以軌道交通光伏發電儲能一體化項目為研究對象,基于LCOE模型,從投資和運營成本、財務成本、稅務成本及收入等參數出發,建立LNPVE模型用于分析軌道交通光伏發電儲能一體化項目的經濟可持續性,并以某實踐項目進行案例研究。案例分析表明,從LNPVE模型結果來看,項目在現有基礎參數下能夠實現經濟效益;從敏感性分析結果來看,影響項目經濟效益的因素按重要性程度劃分依次是經濟因素、政策因素和財務因素。其中,經濟因素中最重要的是消納電價和自用消納比例,政策因素中最重要的是增值稅進項稅抵扣優惠,財務因素中最重要的是資本金比率。