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、走低碳經濟發展之路已成為解決能源供應緊張和環境保護問題的必然選擇?！笆濉币巹澗V要中明確提出推動能源生產和利用方式變革，構建安全、穩定、經濟、清潔的現代能源產業體系[1]。隨著能源利用方式的變革和智能電網的發展，分布式供能系統以其低能耗、低排放、高能效、高節能潛力等優點為我國“大電廠、大電網”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，對我國未來能源的可持續發展有著重要意義[2-3]。當前，分布式供能系統在許多國家和地區已經是一種成熟的能源綜合應用技術，受到各國政府、企業界、能源科研單位的廣泛關注。文獻[4-5]詳細介紹了分布式發電并網后對電力系統建設、運行帶來的問題，提出了此類能源系統所需的驅動力和面臨的發展機遇。文獻[6-8]分別從分布式電源優化運行、含分布式發電系統的電力經濟調度、分布式發電的經濟效益等角度開展了具體研究。文獻[9]在考慮燃料價格、電價等不確定因素的情況下，利用實物期權的方法分析微網中分布式電源的經濟效益。文獻[10]基于用戶所有的分布式發電，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電對用戶經濟效益的影響。文獻[11-12]應用財務分析方法對分布式發電的經濟效益做了分析，其中文獻[12]中還考慮了分布式發電對電網企業的經濟效益影響。已有研究主要是從技術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濟效益進行方案間的對比和分析，而對新時期分布式電源的不同投資模式，以及市場不確定因素增強的情況下分布式電源投資中各相關主體的經濟分析的研究很少。基于此，本文針對分布式電源投資的基本模式，利用財務分析方法，以區間數的形式考慮分布式電源投建和運行過程中的不確定性因素，分析分布式電源對各相關主體經濟效益的影響，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，能夠起到削峰、緩建或少建輸配電設施、減少網損、提高終端用能效率等作用。因而，各相關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管理，通常由用戶和節能服務公司簽訂合同，節能服務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提供節能服務，并通過分享用戶的節能效益來回收投資同時獲取收益[13]。合同能源管理的基本類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.電網企業、發電商或新能源企業投資模式。該種投資模式與合同能源管理模式相似，投資方通過分享用戶的節能效益來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濟效益的影響，如電網企業在進行分布式電源投建時需考慮對其未來售電量、輸電設施投資的影響等。c.用戶單方投資模式。用戶單方投資，即用戶從自身經濟效益角度出發，投建分布式電源，通過節省電費支出逐步回收投資，并獲得遠期利益。但往往由于用戶缺乏相關投建、運維經驗，使得該模式較少在實際中采用。對比3種不同的投資模式，同時結合國外分布式電源投建的實踐經驗，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，并在推動分布式發電發展過程中發揮著重要作用。

　　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際中，分布式發電的經濟性受多種因素影響，本文以分布式電源投資和發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年投產運行，壽命期為n年。

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

　　2.4分布式電源投建財務評價經濟效果評價是項目投資評價的核心內容，各經濟效果評價指標可從不同角度反映項目的經濟性。結合分布式電源的經濟性評價需要，本文選取價值型指標凈現值、效率型指標投資回收期和內部收益率3個主要指標進行項目投資的財務分析。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.動態投資回收期。

　　2.5不確定性影響因素分析分布式供能系統的運行過程中，由于受燃料價格、電價、系統年利用天數等多種因素的影響，其技術參數和經濟數據在動態環境中可能發生較大變化。根據實際生產情況，本文考慮了燃料價格、電價和系統利用天數3種不確定因素的影響，并在分布式能源經濟效益評估模型中利用區間數來表示這3種不確定性因素變量。a.燃料價格的影響。燃料費在三聯供分布式發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電中最高可達78%，最低也有44%。因此燃料價格的波動將直接影響系統的年運行成本。b.電價的影響。電收益為分布式供能系統的主要收益，分布式電源的發電成本通常低于普通火力發電成本，當市場售電價升高時會增加系統投資收益，提高系統的運行經濟性，相反，售電價的降低也將直接影響到系統的經濟效益。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間將對其經濟效益產生較大影響。系統年利用天數越長，設備利用效率越高，則分布式供能系統的經濟效益越好。考慮到以上3種不確定因素的波動性，為了準確評估對分布式電源經濟效益的影響程度，還需要在經濟效果評估中進行敏感性分析[15]，為各市場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濟效益的影響基于分布式電源的投建和運營過程中涉及到多個利益相關者，且不同的投建模式對各利益相關者的影響也不同，本節主要研究合同能源管理模式下相關利益主體的經濟效益及其利益訴求。a.節能服務公司側效益。節能服務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.用戶側效益。用戶側效益主要體現為節能效益，通過參與分布式電源的建設和運行，在設備的壽命周期內用戶每年其中，V軒t=[V-t，V+t]為用戶的年區間節能效益(元)。c.電網企業效益。分布式電源的投建在一定程度上減少了電網企業的售電量;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企業經濟效益影響的分析如下：

　　3算例分析

　　以北京地區某三聯供分布式電源為例，其投建模式采取節能效益分享模式，由節能服務公司負責投建和運維，同時通過分享用戶的節能效益來回收投資。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合循環方案，初始投資895萬元，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程中各方的經濟效益?？紤]到三聯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;p軌h=[p-h，p+h]、p軌c=[p-c，p+c]分別為區間供熱價和區間供冷價(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分析。根據表1中的基礎數據，利用第2.4節中提出的財務分析方法可進一步求得該分布式供能系統的基本經濟效益數據，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，在技術經濟分析中常用來研究不確定因素的變化對項目經濟效益產生的影響。分布式供能系統的運行過程中不確定因素對其經濟效益的影響也存在差異，此處選擇電價和燃氣價格2個可變因素，對分布式電源的動態投資回收期和內部收益率進行敏感性分析，考慮電價和燃氣價格的變動對其產生的影響，敏感性分析結果如表3所示。從表3中可以看出，隨著電價降低幅度的增加，動態投資回收期逐漸增加，內部回收率減小。當電價降低10%時，動態投資回收期增加到[16.4，19.6]，內部收益率減小到[0.084，0.114]，區間距離增大，且動態投資回收期的上限和內部收益率的下限都接近于臨界值，說明電價繼續降低將會對項目的投資收益帶來較大風險。同理，作為影響發電成本的重要因素，燃氣價格上漲也將對項目的動態投資回收期和內部收益率產生影響。c.分布式發電對不同利益主體的經濟效益影響。假設節能服務公司與用戶簽訂的合同規定：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。此外，對于電網企業，分布式電源的投建減少了其售電量進而引起售電收益的減少，同時也減少了輸電網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。各利益相關者的具體經濟效益見表4。根據表4中所得結果，各相關利益者將會從自身利益出發做出投資決策，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;電網企業也將調整未來一段時期內的輸電網投資計劃，以確保在自身利益不受損的情況下為用戶提供穩定可靠的供電服務。d.不同投資模式間經濟效益比較。針對第1種分布式電源投資模式———合同能源管理投資模式，其經濟效益分析結果見表4。如果本文算例采取第2種投資模式———電網企業、發電廠或新能源企業投資模式，電網企業、發電廠或新能源企業替代節能服務公司作為投資主體。結合本文算例分析，如果電網企業作為投資主體，考慮到投建分布式電源對其帶來的經濟影響，電網企業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企業做出投資決策的基本出發點。如果本文算例采取第3種投資模式———用戶單方投資模式，投資主體和受益主體均為用戶自身，其考慮經濟效益的方式較為單一，僅需分析分布式供能系統運營期內的成本效益(見文中表2)。但鑒于多數用戶在分布式電源投建、運維方面的經驗不足，該種模式在實際中較少采用。

　　4結論

　　本文首先對分布式電源的投資模式作了簡要分析;然后考慮到投資和運行過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行經濟效益分析;最后選取節能效益分享模式，以冷熱電三聯供分布式供能系統為例分析分布式電源投資的經濟效益以及對各相關主體經濟效益的影響，并選擇電價和燃氣價格2個不確定因素對動態投資回收期和內部收益率進行敏感性分析。同時，結合算例對比分析不同投資模式下相關利益主體的經濟效益。通過投資建設分布式供能系統，各相關利益主體通過不同的方式均獲取了一定利益，說明分布式電源是一項多方共贏的投資項目，將有助于推動分布式供能系統的發展。同時需注意到，分布式電源的投建和運行過程中不確定因素較多，除依據理論研究之外，還需在實際中加強對分布式電源投建和運行的監管，總結經驗，不斷推動分布式電源的發展。