區間數的電源投資分析

　　引言

　　改善能源結構、提高能源利用效率、走低碳經(jīng)濟發(fā)展之路已成為解決能源供應緊張和環(huán)境保護問(wèn)題的必然選擇?！笆濉币巹澗V要中明確提出推動(dòng)能源生產(chǎn)和利用方式變革，構建安全、穩定、經(jīng)濟、清潔的現代能源產(chǎn)業(yè)體系[1]。隨著(zhù)能源利用方式的變革和智能電網(wǎng)的發(fā)展，分布式供能系統以其低能耗、低排放、高能效、高節能潛力等優(yōu)點(diǎn)為我國“大電廠(chǎng)、大電網(wǎng)”集中供電系統提供了重要補充，是提高資源綜合利用效率的重要手段，對我國未來(lái)能源的可持續發(fā)展有著(zhù)重要意義[2-3]。當前，分布式供能系統在許多國家和地區已經(jīng)是一種成熟的能源綜合應用技術(shù)，受到各國政府、企業(yè)界、能源科研單位的廣泛關(guān)注。文獻[4-5]詳細介紹了分布式發(fā)電并網(wǎng)后對電力系統建設、運行帶來(lái)的問(wèn)題，提出了此類(lèi)能源系統所需的驅動(dòng)力和面臨的發(fā)展機遇。文獻[6-8]分別從分布式電源優(yōu)化運行、含分布式發(fā)電系統的電力經(jīng)濟調度、分布式發(fā)電的經(jīng)濟效益等角度開(kāi)展了具體研究。文獻[9]在考慮燃料價(jià)格、電價(jià)等不確定因素的情況下，利用實(shí)物期權的方法分析微網(wǎng)中分布式電源的經(jīng)濟效益。文獻[10]基于用戶(hù)所有的分布式發(fā)電，考慮多種不確定因素下利用蒙特卡羅模擬法評估分布式發(fā)電對用戶(hù)經(jīng)濟效益的影響。文獻[11-12]應用財務(wù)分析方法對分布式發(fā)電的經(jīng)濟效益做了分析，其中文獻[12]中還考慮了分布式發(fā)電對電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟效益影響。已有研究主要是從技術(shù)角度研究分布式電源的部署和建設，或是就分布式電源的經(jīng)濟效益進(jìn)行方案間的對比和分析，而對新時(shí)期分布式電源的不同投資模式，以及市場(chǎng)不確定因素增強的情況下分布式電源投資中各相關(guān)主體的經(jīng)濟分析的研究很少?；诖?，本文針對分布式電源投資的基本模式，利用財務(wù)分析方法，以區間數的形式考慮分布式電源投建和運行過(guò)程中的不確定性因素，分析分布式電源對各相關(guān)主體經(jīng)濟效益的影響，旨在從不同主體的角度研究分布式電源投資的效益，并為投資方提供決策支持。

　　1分布式電源投資模式

　　分布式電源通常建在用電負荷或分散型資源DR(DistributedResources)附近，具有規模較小、建設周期短、運維方便等特點(diǎn)，能夠起到削峰、緩建或少建輸配電設施、減少網(wǎng)損、提高終端用能效率等作用。因而，各相關(guān)利益主體獲取的效益也不同。根據分布式電源投資主體的不同，本文總結以下3種分布式電源的投資模式。a.合同能源管理投資模式。合同能源管理是一種節能投資服務(wù)管理，通常由用戶(hù)和節能服務(wù)公司簽訂合同，節能服務(wù)公司以承諾節能項目的節能效益，或承建分布式電源的方式向用戶(hù)提供節能服務(wù)，并通過(guò)分享用戶(hù)的節能效益來(lái)回收投資同時(shí)獲取收益[13]。合同能源管理的基本類(lèi)型包括節能效益分享型、節能量保證型和能源費用托管型。b.電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電商或新能源企業(yè)投資模式。該種投資模式與合同能源管理模式相似，投資方通過(guò)分享用戶(hù)的節能效益來(lái)回收投資并獲取收益。但是，應注意到，不同的投資者還應考慮分布式電源投建對自身原有經(jīng)濟效益的影響，如電網(wǎng)企業(yè)在進(jìn)行分布式電源投建時(shí)需考慮對其未來(lái)售電量、輸電設施投資的影響等。c.用戶(hù)單方投資模式。用戶(hù)單方投資，即用戶(hù)從自身經(jīng)濟效益角度出發(fā)，投建分布式電源，通過(guò)節省電費支出逐步回收投資，并獲得遠期利益。但往往由于用戶(hù)缺乏相關(guān)投建、運維經(jīng)驗，使得該模式較少在實(shí)際中采用。對比3種不同的投資模式，同時(shí)結合國外分布式電源投建的實(shí)踐經(jīng)驗，當前基于合同能源管理的分布式電源投建模式應用較為廣泛，并在推動(dòng)分布式發(fā)電發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要作用。

　　2分布式電源投資效益分析

　　2.1區間數理論

　　2.2分布式電源成本分析實(shí)際中，分布式發(fā)電的經(jīng)濟性受多種因素影響，本文以分布式電源投資和發(fā)電運行的常規費用支出為主，主要考慮初始投資費用、運行和維護費用、燃料費用。分布式電源的初始投資主要包括前期準備費用、機組設備費用和安裝成本;其運維費用主要包括運行管理費用、折舊費用和維修費用;燃料費用主要為機組日常消耗的燃料成本?；竟饺缦拢浩渲?，×CO，t=[CO-，t，CO+，t]為分布式電源的第t年區間運行總成本(元);×Cfuel，t=[C-fuel，t，C+fuel，t]為系統的第t年區間燃料費用(元);×Com，t=[Co-m，t，Co+m，t]為系統第t年內區間運行和維護費用(元);W軜=[W-，W+]為區間發(fā)電功率費用和機組設備費用)為×Cv=[Cv-，Cv+](元);項目建設期為t0年，在第t0+1年投產(chǎn)運行，壽命期為n年。

　　2.3分布式電源經(jīng)濟效益分布式供能系統在正常運行過(guò)程中，可為用戶(hù)提供基本的能源需求，其經(jīng)濟效益如式(3)所示。

　　2.4分布式電源投建財務(wù)評價(jià)經(jīng)濟效果評價(jià)是項目投資評價(jià)的核心內容，各經(jīng)濟效果評價(jià)指標可從不同角度反映項目的經(jīng)濟性。結合分布式電源的經(jīng)濟性評價(jià)需要，本文選取價(jià)值型指標凈現值、效率型指標投資回收期和內部收益率3個(gè)主要指標進(jìn)行項目投資的財務(wù)分析。計算公式如式(5)—(9)所示。a.凈現值。其中，N軒PV=[NP-V，NP+V]為區間凈現值(元);軇i0=[i-0，i+0]為區間基準折現率。b.動(dòng)態(tài)投資回收期。

　　2.5不確定性影響因素分析分布式供能系統的運行過(guò)程中，由于受燃料價(jià)格、電價(jià)、系統年利用天數等多種因素的影響，其技術(shù)參數和經(jīng)濟數據在動(dòng)態(tài)環(huán)境中可能發(fā)生較大變化。根據實(shí)際生產(chǎn)情況，本文考慮了燃料價(jià)格、電價(jià)和系統利用天數3種不確定因素的影響，并在分布式能源經(jīng)濟效益評估模型中利用區間數來(lái)表示這3種不確定性因素變量。a.燃料價(jià)格的影響。燃料費在三聯(lián)供分布式發(fā)電系統的年運行成本中占有很大比例，尤其在分布式燃氣發(fā)電中最高可達78%，最低也有44%。因此燃料價(jià)格的波動(dòng)將直接影響系統的年運行成本。b.電價(jià)的影響。電收益為分布式供能系統的主要收益，分布式電源的發(fā)電成本通常低于普通火力發(fā)電成本，當市場(chǎng)售電價(jià)升高時(shí)會(huì )增加系統投資收益，提高系統的運行經(jīng)濟性，相反，售電價(jià)的降低也將直接影響到系統的經(jīng)濟效益。c.系統年利用天數的影響。分布式供能系統啟停迅速且啟停成本較低，轉自:http://www.21ks.net因而系統每年總的運行時(shí)間將對其經(jīng)濟效益產(chǎn)生較大影響。系統年利用天數越長(cháng)，設備利用效率越高，則分布式供能系統的經(jīng)濟效益越好?？紤]到以上3種不確定因素的波動(dòng)性，為了準確評估對分布式電源經(jīng)濟效益的影響程度，還需要在經(jīng)濟效果評估中進(jìn)行敏感性分析[15]，為各市場(chǎng)主體提供更準確的決策依據。

　　2.6分布式電源投建對各利益主體經(jīng)濟效益的影響基于分布式電源的投建和運營(yíng)過(guò)程中涉及到多個(gè)利益相關(guān)者，且不同的投建模式對各利益相關(guān)者的影響也不同，本節主要研究合同能源管理模式下相關(guān)利益主體的經(jīng)濟效益及其利益訴求。a.節能服務(wù)公司側效益。節能服務(wù)公司按照合同規定投建分布式電源，并在合同期內以一定的節能效益分享比例分享用戶(hù)側的節能效益，以回收其投資并獲取合理收益。其節能效益分享比例計算如下：b.用戶(hù)側效益。用戶(hù)側效益主要體現為節能效益，通過(guò)參與分布式電源的建設和運行，在設備的壽命周期內用戶(hù)每年其中，V軒t=[V-t，V+t]為用戶(hù)的年區間節能效益(元)。c.電網(wǎng)企業(yè)效益。分布式電源的投建在一定程度上減少了電網(wǎng)企業(yè)的售電量;另一方面，分布式電源一般建在負荷附近，降低了輸配電網(wǎng)損，緩建或避免了配電設施的投建。分布式電源的投建對電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)濟效益影響的分析如下：

　　3算例分析

　　以北京地區某三聯(lián)供分布式電源為例，其投建模式采取節能效益分享模式，由節能服務(wù)公司負責投建和運維，同時(shí)通過(guò)分享用戶(hù)的節能效益來(lái)回收投資。該供能系統采用燃氣輪機-余熱/直燃溴化鋰吸收式空調機聯(lián)合循環(huán)方案，初始投資895萬(wàn)元，建設期為1a，設備壽命為20a，折現率取軇i=[8%，10%]，其基本參數見(jiàn)表1(根據運行期內數據的變化確定基本區間范圍)，分析在其投建和運行過(guò)程中各方的經(jīng)濟效益?？紤]到三聯(lián)供分布式供能系統的特性，燃料費用和運維費用為其主要的日常費用支出，且系統的收益其中，R軒C，t=[RC-，t，RC+，t]、R軒H，t=[RH-，t，RH+，t]分別為第t年區間冷收益和區間熱收益(元);Q軒h=[Q-h，Qh+]、Q軒c=[Qc-，Qc+]分別為區間供熱量和區間供冷量(kW?h);h軌=[h-，h+]為區間年供應小時(shí);p軌h=[p-h，p+h]、p軌c=[p-c，p+c]分別為區間供熱價(jià)和區間供冷價(jià)(元/(kW?h))。針對該分布式供能系統的投資效益分析如下。a.分布式供能系統的財務(wù)分析。根據表1中的基礎數據，利用第2.4節中提出的財務(wù)分析方法可進(jìn)一步求得該分布式供能系統的基本經(jīng)濟效益數據，如表2所示。b.敏感性分析。敏感性分析是一種可行性分析方法，在技術(shù)經(jīng)濟分析中常用來(lái)研究不確定因素的變化對項目經(jīng)濟效益產(chǎn)生的影響。分布式供能系統的運行過(guò)程中不確定因素對其經(jīng)濟效益的影響也存在差異，此處選擇電價(jià)和燃氣價(jià)格2個(gè)可變因素，對分布式電源的動(dòng)態(tài)投資回收期和內部收益率進(jìn)行敏感性分析，考慮電價(jià)和燃氣價(jià)格的變動(dòng)對其產(chǎn)生的影響，敏感性分析結果如表3所示。從表3中可以看出，隨著(zhù)電價(jià)降低幅度的增加，動(dòng)態(tài)投資回收期逐漸增加，內部回收率減小。當電價(jià)降低10%時(shí)，動(dòng)態(tài)投資回收期增加到[16.4，19.6]，內部收益率減小到[0.084，0.114]，區間距離增大，且動(dòng)態(tài)投資回收期的上限和內部收益率的下限都接近于臨界值，說(shuō)明電價(jià)繼續降低將會(huì )對項目的投資收益帶來(lái)較大風(fēng)險。同理，作為影響發(fā)電成本的重要因素，燃氣價(jià)格上漲也將對項目的動(dòng)態(tài)投資回收期和內部收益率產(chǎn)生影響。c.分布式發(fā)電對不同利益主體的經(jīng)濟效益影響。假設節能服務(wù)公司與用戶(hù)簽訂的合同規定：在分布式供能系統20a的生命周期內，參與分享前15a系統運行效益，后5a將所有權交付給用戶(hù)。此外，對于電網(wǎng)企業(yè)，分布式電源的投建減少了其售電量進(jìn)而引起售電收益的減少，同時(shí)也減少了輸電網(wǎng)損和避免了輸電投資。假設區間降損率為[0.09，0.11]，區間年單位輸電設施投資額為[250，300]元/kW。各利益相關(guān)者的具體經(jīng)濟效益見(jiàn)表4。根據表4中所得結果，各相關(guān)利益者將會(huì )從自身利益出發(fā)做出投資決策，或采取適當的措施避免自身利益的受損。如節能公司將考慮在效益分享期內合理確定節能效益分享比例，以有效回收投資;電網(wǎng)企業(yè)也將調整未來(lái)一段時(shí)期內的輸電網(wǎng)投資計劃，以確保在自身利益不受損的情況下為用戶(hù)提供穩定可靠的供電服務(wù)。d.不同投資模式間經(jīng)濟效益比較。針對第1種分布式電源投資模式———合同能源管理投資模式，其經(jīng)濟效益分析結果見(jiàn)表4。如果本文算例采取第2種投資模式———電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電廠(chǎng)或新能源企業(yè)投資模式，電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電廠(chǎng)或新能源企業(yè)替代節能服務(wù)公司作為投資主體。結合本文算例分析，如果電網(wǎng)企業(yè)作為投資主體，考慮到投建分布式電源對其帶來(lái)的經(jīng)濟影響，電網(wǎng)企業(yè)在合同期內要求的年節能效益分享比例不能小于[0.842，0.913]，該節能效益分享比例也是電網(wǎng)企業(yè)做出投資決策的基本出發(fā)點(diǎn)。如果本文算例采取第3種投資模式———用戶(hù)單方投資模式，投資主體和受益主體均為用戶(hù)自身，其考慮經(jīng)濟效益的方式較為單一，僅需分析分布式供能系統運營(yíng)期內的成本效益(見(jiàn)文中表2)。但鑒于多數用戶(hù)在分布式電源投建、運維方面的經(jīng)驗不足，該種模式在實(shí)際中較少采用。

　　4結論

　　本文首先對分布式電源的投資模式作了簡(jiǎn)要分析;然后考慮到投資和運行過(guò)程中的不確定性因素，基于區間數理論對分布式電源的投建進(jìn)行經(jīng)濟效益分析;最后選取節能效益分享模式，以冷熱電三聯(lián)供分布式供能系統為例分析分布式電源投資的經(jīng)濟效益以及對各相關(guān)主體經(jīng)濟效益的影響，并選擇電價(jià)和燃氣價(jià)格2個(gè)不確定因素對動(dòng)態(tài)投資回收期和內部收益率進(jìn)行敏感性分析。同時(shí)，結合算例對比分析不同投資模式下相關(guān)利益主體的經(jīng)濟效益。通過(guò)投資建設分布式供能系統，各相關(guān)利益主體通過(guò)不同的方式均獲取了一定利益，說(shuō)明分布式電源是一項多方共贏(yíng)的投資項目，將有助于推動(dòng)分布式供能系統的發(fā)展。同時(shí)需注意到，分布式電源的投建和運行過(guò)程中不確定因素較多，除依據理論研究之外，還需在實(shí)際中加強對分布式電源投建和運行的監管，總結經(jīng)驗，不斷推動(dòng)分布式電源的發(fā)展。