乳山口潮汐能电站环境收益评估

李京梅 孙晨 刘容子 张平

(1.中国海洋大学经济学院，山东 青岛 266100;2.国家海洋局海洋发展战略研究所，北京 100860)

改善能源结构、增加清洁能源的比例、大力发展可再生能源，已经成为我国能源建设的主要任务。虽然我国已经建立了可再生能源发展的政策框架，但是我国可再生能源总量发展目标的制定，都是基于在可再生能源市场内部成本的考虑之上，能源产品的市场形成机制中，没有将环境收益考虑在内，从而影响了对可再生能源实际经济性的判断，进而会影响可经济开发可再生能源总量的确定。我国沿海潮汐能资源丰富，理论潮汐能蕴藏量有30亿kW，沿海的潮汐能资源总量可装机1.1亿kW，且潮汐能发电技术较为完善，完全可以发展成为沿海地区生活、生产和国防需要的重要补充能源。2010年11月，国家首批“海洋可再生能源专项资金项目”正式启动，其中，乳山口4万kW级潮汐电站站址勘查及预可研项目进入了实施阶段，作为首批国家级海洋可再生能源项目，评估乳山口4万kW级潮汐电站的环境收益，并纳入到潮汐电站的实际经济性分析中，可为判断可再生能源项目投资的可行性和成本收益分析提供科学依据。环境收益是指由于采取了环境保护措施而取得的收益，包括采取环境行动过程中获得的收益、节省或避免发生的各种支出以及采取环境行动中所形成的各种无形收益。使用传统能源煤炭发电的环境成本主要包括燃烧煤炭的资源成本，废气排放的环境成本和温室气体的排放成本，和燃煤发电的资源环境成本相比较，潮汐发电资源的环境收益包括替代的煤炭收益，污染物减排收益和温室气体减排收益。目前，国内外已有的研究成果［1－7］还缺乏系统的潮汐能发电资源环境经济效益的实例分析，从而影响了潮汐能项目实际经济性的科学判断。潮汐能作为清洁可再生能源之一，其能源替代和温室气体减排等环境收益是其经济利益的重要组成部分。本文依托乳山口4万kW级潮汐电站站址勘测及预可研究项目，通过文献调研和问卷调查，同时使用替代市场法和条件价值法，建立了潮汐电站环境收益的计算模型，定量评估了该电站环境收益价值区间，讨论了替代市场法和条件价值法在评估潮汐电站环境收益的应用可行性，其方法和结论对于今后我国潮汐电站的全面发展具有重要的意义。

1 研究区域及数据来源

1.1 研究区域

乳山市位于山东半岛的东南端，地处烟台、青岛、威海三市交汇处，海、陆、空交通均十分方便，区位优势和资源优势极为突出。2010年乳山GDP达到313.1亿元，三次产业结构调为 8.27%、56.34%、34.94%，年末总人口为57.25万，城镇化率达28.19%。已形成拥有黄金冶炼、电子、化工、机械、食品、服装、玩具、建材等30多个行业，是中国水产品、水果、花生、丝织品、黄金、花岗岩大理石等主要生产地区［8］。

乳山市经济高速发展的同时，面临传统能源需求加剧，能源资源匮乏，电力结构单一的矛盾。据统计，2011－2020年，全行业用电量的年均增长速度为11.48%，以2010年7.78×108kWh的发电量为基数，到2020年，发电量的年缺口为9.74×108kWh。乳山市境内只有一座2×6 MW热电联产电厂，电力供应主要来自威海电厂的远距离输送，电网以火电为主，煤炭消费比例高，且常规能源项目的开发与环保、煤、水、油、运输、土地等资源紧张的矛盾日益突出。

乳山湾潮汐能资源丰富，早在20世纪70年代建立了全国第二大潮汐发电站——白沙口潮汐电站。新建潮汐电站的站址拟定在乳山口湾，琵琶岛附近。乳山口湾呈“V”字型，面积109.9 km2，西部长约8 km，宽约2 km，东部长约13 km，宽约3 km，湾口宽度不足800 m，海湾内高潮位时海面面积约50 km2，平均潮差约2.50 m，拟建造单库单向式潮汐电站，初步估算装机规模在4×104kW左右，年发电量约1.03×108kWh。

1.2 数据来源

本文替代成本法中部分数据来源于相关文献的研究成果，条件价值法数据来自2011年7月笔者实施的问卷调查及《乳山市统计年鉴》。

2 替代市场法估算的潮汐电站环境收益

替代市场法是近年来广泛使用的环境资源价值评估方法之一。它是在某种资源未形成交易市场也无交易价格，但可以替代该种资源的其他资源已经形成交易市场和市场价格的情况下，根据替代资源的市场价格来评估此种资源的价值［9］。在进行潮汐电站的环境价值评估时，由于潮汐能没有交易市场和市场价格，我们可以根据潮汐电站的发电总量，按相同发电量的火力发电厂的环境成本来估算潮汐能的环境收益。环境收益(TB)包括替代的煤炭收益(B1)，污染物减排收益(B2)和温室气体减排收益(B3)。

2.1 替代煤炭收益

由于潮汐能发电相对于火力发电来说节约了煤炭资源，所以火力发电的煤炭成本可以作为评估潮汐电站环境收益的一部分，该部分收益可以采用直接市场评估法计算得到。

替代煤炭收益的计算公式为:

其中:PC为每千克标准煤的价格(元/t);QC为每年节约的标煤量(tce)

对于电煤价格，本文采用秦皇岛电煤价格作为参考。根据国家电力监管委员会发布的《电力监管年度报告2010》，电煤(5500 kCal/kg)价格大致在675－805元/t(未含税)，折算成标煤(7000 kCal/kg)价格PC为859－1025元/tce，取其平均值为942元/tce。据初步估算乳山口潮汐电站装机规模为4×104kW，年发电量约1.03×108kWh，同时根据《电力监管年度报告(2010)》，2010年全国平均供电煤耗为标准煤335 gce/kWh，故预计节约煤炭能源QC为34505 tce。则依据公式(1)估算的乳山口潮汐电站替代的煤炭收益(B1)为3250万元/a。

2.2 污染物减排收益

潮汐发电的污染物减排收益表现为替代的火力发电直接环境成本，即燃煤电厂所排放的大气污染物对社会产生的环境损害成本。一般来说，火力发电的污染物主要有SO2、NOx、CO2、CO、粉煤灰、炉渣和 TSP(悬浮颗粒物)等。其中SO2是常规火力电厂的首要污染物，是形成酸雨的主要因素，其次是NOx。

由于很难直接获取评估火力发电环境成本所需的剂量－反应方面的数据，所以常常以防护费用等来间接评估污染物环境成本。对于污染物完全排放的火电厂来说，利用污染物的环境价值标准和污染物的排放量可直接求出环境成本。所谓污染物的环境价值标准，是指减排单位的污染物所避免“污染经济损失”的价值量［10］。本文参考相关文献［11－15］的研究结果，归纳总结火电行业各污染物的环境价值标准如表1所示。对于采用技术和设备减少污染物排放的火电厂，其环境成本应该包括减排污染物所增加的费用。如脱硫电厂，其环境成本应是实际排放污染物的费用和脱硫成本之和，利用(2)式［11］计算。

式中:C表示脱硫电厂的环境成本(元);Vei为第i项污染物的环境价值标准(元/kg);n为污染物总数;Qi表示第i项污染物的排放量(kg);V是为了减排污染物的所付出的成本费用(元)，如脱硫设备成本。

污染物排放量Qi计算公式为:

其中:Qi为第i项污染物年排放量(t/a);E为年发电量(kWh/a);η为燃煤发电单位标准煤耗(tce/kWh);q1为单位标煤的热值(kJ/kg);q2为中国燃煤电厂平均煤炭热值(kJ/kg);ai为第i种污染物的排放率(kg/t)。

本文中，潮汐电站预计年发电量E为1.03×108kWh，η取 3.35×10－4tce/kWh，单位标煤热值 q1为 29306 kJ/kg(在现有文献中，由于对标准煤的原用单位kcal是哪种规定条件下测定的，各行各部门理解不一致，故各文献中标准煤在国际单位制下采用的数值不同，诸如:29307.6 kJ/kg，29271 kJ/kg，29306 kJ/kg，我国把热值29306 kJ/kg定为标准煤)，中国煤炭实测平均热值q2为21200 kJ/kg［16］，第 i种污染物的排放率 ai见表 1，根据式(3)计算得火力发电各污染物年排放量(见表1)，相对于火力发电，该排放量即为潮汐电站每年的污染物减排量。

表1 各污染物环境价值标准和减排量Tab.1 Environmental value standard and emissions of pollutants

因此，由上述环境价值标准(Vei)、污染物年排放量的计算结果，可以根据式(2)求得火力发电直接环境成本，即潮汐电站的污染物减排收益。对于常规火力发电厂而言，其脱硫成本为0，即V等于0，故潮汐电站的污染物减排收益(B2)为1249.90万元/a，单位环境收益为0.1213元/kWh(表2)。对于脱煤火电厂，我国已投运烟气脱硫机组中90%以上采用石灰石——石膏湿法烟气脱硫工艺，安装脱硫设施后，脱硫电厂的脱硫成本为0.03－0.04元/kWh ，取其大值 0.04 元［10］，脱硫率按 90%计算，年发电量为1.03×108kWh，根据式(2)计算得潮汐电站污染物减排收益(B2)为1198.30万元/a，发电单位环境收益为0.1163 元/kWh。

2.3 温室气体减排收益

按照《京都议定书》的要求，2012年之前发达国家和发展中国家对气候变化承担共同但有区别的责任。2009年我国在国际上做出了非化石能源满足2020年15%能源需求的政治承诺，正式提出2020年单位GDP CO2排放强度降低40%－50%的定量目标。潮汐能发电作为可再生能源发电技术是温室气体减排的重要技术手段。因而，对其未来发展目标的分析和判断，有必要将对温室气体减排的贡献作为一项重要原则加以考虑。自《京都议定书》生效之后，发展中国家可以通过清洁发展机制(CDM)与发达国家进行碳排放交易。因此，碳交易的市场价格可作为温室气体减排收益的计算标准。

中国作为目前碳交易市场最大的供应方，对于应用高效技术或由经验丰富的开发方主持的项目，通常的碳交易价格在C=10/t-C=12/t，略欠成熟的项目交易价格也在C=8/t-C=10/t［17］。以此为基准，假设温室气体排放成本按照C=10/t计算，按2011年欧元对人民币汇率计算约90元/t。根据乳山口潮汐电站年发电量1.03×108kWh的目标，CO2年减排量为82566t/a，可得CO2减排的碳交易收益(B3)为743万元/a。

综上，相对于常规火力发电厂，潮汐电站环境收益TB=B1+B2+B3=5242.90万元/a;相对于脱硫燃煤电厂，潮汐电站环境收益为5191.30万元/a。截至2010年底，全国已投运烟气脱硫机组约占全国煤电机组容量的86%，故取5191.30万元/a为乳山4万千瓦级潮汐电站的环境收益。

表2 潮汐电站污染物减排收益Tab.2 Environmental benefit of tidal power plant

3 条件价值法估算的潮汐电站环境收益

条件价值评估法，又称意愿调查法(Contingent Valuation Method，CVM)，是近年来国外生态经济学和环境经济学中应用最广泛的评估公共物品价值的标准方法。CVM的经济学基础是效用价值论，利用效用最大化原理，推导公众对环境资源的支付意愿(Willingness to pay，WTP)，以获得并无市场价值的环境资源的经济价值［18－19］。

3.1 CVM问卷设计

CVM的数据来源于问卷调查或访谈。本实例环境收益的问卷内容包括以下几个方面:第一部分，介绍了潮汐能的基本知识。第二部分是询问受访者对潮汐电站的认识与态度。第三部分，受访者对潮汐电站环境效益的最大支付意愿调查(WTP)。最后一部分是受访者的年龄、性别、受教育程度、收入等社会经济信息。本研究采用的是支付卡式诱导技术，即要求被访者在一系列的投标值中选取支付意愿。

3.2 样本特征

问卷调查人员经过了先期培训，调查时间为2011年7月5日－8日，问卷发放地点为乳山市城区和站址附近村庄。被调查者均为乳山市当地居民，其社会经济特征统计结果见表3。问卷发放采用当场发卷填写、当场收回的形式，每份问卷持续时间为20分钟左右，这样可以使被调查者与调查人员有充分的交流，保证回收问卷的有效性。在站址附近旗杆石村、刘家庄村，考虑到村民的文化水平，调查采用了问答形式进行。本次调查共发放问卷293份，通过对回收问卷的检查、统计，剔除漏填、乱填、无效、前后不一致的问卷，得到有效问卷 271份，问卷有效率为92.49%。

3.3 公众对潮汐电站的认知与态度

人的行为通常受其意识影响，被访者对潮汐能可再生能源环境收益的认识与态度将会决定其对环境收益的定价意愿。问卷主要从以下几个方面调查了公众对潮汐电站的认知与态度:是否了解潮汐能、是否支持乳山市建设潮汐电站、对潮汐电站的社会效益、经济效益、环境效益的认识等。

从公众对潮汐能的认知程度来看，70.73%的人对潮汐能表示了解。在对待乳山市发展潮汐能的态度上，持赞同态度的共占73.07%(其中“非常有必要”为16.43%，“有必要”为56.64%)，占绝大多数;在开展乳山口4万千瓦级潮汐电站建设工程项目的态度上，表示支持的在问卷中也占绝大多数(其中，“强烈支持”19.72%，“支持”53.17%)。这表明，大多数乳山市民支持乳山口4万千瓦级潮汐电站的建设。

表3 被调查者的社会经济特征Tab.3 Social and economic features of respondents

对于潮汐电站的经济效益，超过一半的被调查者认为该项目建设对乳山市经济发展有利，另有20.14%认为“很有利”;此外，有过半的被调查者认为该项目建设会对当地产生“明显”或“很明显”的社会效益，主要是拉动经济增长和促进就业。有近50%的被调查者认为该项目建设会对当地产生“很明显”或“明显”的环境效益。对进一步识别产生的环境效益，有57.61%的被调查者认为可以替代传统能源，此外还有观点认为可以改善空气质量，以及乳山市以发展生态城市为目标，开发清洁能源有助于提升城市形象。

3.4 支付意愿分布

本次调查所采用的支付卡法通过以下询问方式询问被访者对潮汐电站环境收益的支付意愿。核心问题是:“如果您有机会获得环境收益，最多愿意支付多少人民币?”。在271份有效问卷中，根据调查结果绘制出被调查者在各个投标点上投标人数频率分布图(图1)，支付率(即有效问卷中非零支付意愿的百分比)为84.67%。从图中可以看出，15.33%的被访者选择了“0”支付，其中对于能源的“0”支付占15.33%，由于调查均采用了面访的形式，及时追问了不愿意支付的原因主要有:收入约束、认为应由政府负责、环境变化对自己影响小、对支付意愿调查不感兴趣、认为环境改善达不到预期效果等。

图1 乳山市潮汐电站环境收益支付意愿值分布Fig.1 Distribution of WTP bids in environmental benefit of tidal power plant in Rushan

能源收益投标额前五位的为 100、2、200、50和 500元，分别占 27.74%、9.12% 、8.76%、8.03%和6.93% ，共占60.58%。空气质量改善投标额为100、10、200、2和50元的分别占 18.55%、10.91%、9.09% 、8.36%和7.64%，共占54.55%。各类投标额中，投标额中数量最多的都是100元，且除去“0”支付外，各投标额标额较均匀地分布在以100元为中心的两侧，分布较为合理。

3.5 支付意愿计算

在CVM研究中，由于支付意愿(WTP)作为因变量是受限变量，其取值为0的占有一定比例，而在有连续的因变量观察值时，采用Tobit模型比采用较为常见的多项Logit模型(或嵌套多项Logit模型)，结果估算更有效，所以本文采用了较为先进的Tobit估计方法。在Tobit模型计算的过程中采用相应软件进行分析计算，结果见表4。

根据Tobit支付意愿价值模型进行模拟的第i个受访者支付意愿的期望值为E(yi)，计算得公众对潮汐电站各类环境收益的人均支付意愿(WTP)分别为242.7元、250.04元(见表4)。以2010年乳山市年末总人口572482人作为总体，乘以各类环境收益的支付率得到支付范围，能源收益、空气质量改善的支付范围分别为484721及476706人。进一步计算得出公众的总支付意愿为:

式中:TB'为总环境收益，B'1为能源收益，B'2为空气质量改善收益。

综上，潮汐电站总环境收益为23683.72万元，因此，在不考虑折旧的情况下，如果按电站运行20年计算，每年的环境收益为1184.19万元。

3.6 支付意愿影响因素分析

在使用Tobit模型进行回归时，选择的解释变量包括性别、年龄、文化程度、月均收入等指标，本文采用虚拟变量赋值的方法构造变量数据，比简单的数字赋值更客观，回归结果见表5。

从变量显著性的角度分析潮汐电站环境收益的影响因素。在5%的显著性水平下，年龄和受教育程度对公众的支付意愿具有显著性影响，回归系数的符号为正。这说明年龄越大，阅历越丰富，公众对环境问题的主观感受越深刻，其愿意支付金额越大;受教育程度越高，公众对潮汐电站环境收益认知程度越高，支付意愿也越高。从回归结果来看，被调查者的性别对于其支付意愿并没有显著影响，且回归结果中收入这一变量的影响也不显著，即对支付意愿没有显著影响，并且对于空气质量而言，收入这一变量的符号为负，与预期结果相反。可能原因有二:CVM方法本身存在“假想偏差”，即回答者对假想市场问题的回答与对真实市场的反映不一样，由于并不要求被调查者进行实际支付，所以被调查者在填写时并没有充分考虑自身收入情况;其次，被调查者在填写有关收入情况时，存在抗拒心理，并没有填写真实的收入水平，从而导致回归结果出现偏差。

另一方面，从表4可以看出，对能源收益的支付率为84.67%，略高于对空气质量改善的支付率。结合公众认知程度分析，对于该项目建成后对地方所产生的环境效益，57.61%的受访者选择“替代传统能源”，有15.58%的受访者选择“空气质量改善”，这再次说明受访者对于潮汐能的清洁能源属性认识较为深刻。另一方面，受访者对于潮汐电站带来空气质量改善的平均支付意愿较高，为250.04元/人。因为空气质量的改善与公众关系最密切，他们的主观感受也最深，所以在有支付意愿的人群中支付意愿较高。但是，对于能源和空气质量改善的支付意愿和支付率的差别很小，并没有随支付内容的不同而产生明显差异，而是随个人的特征产生较大的差异。

4 结论与讨论

(1)潮汐能是一种清洁的可再生能源，替代传统煤碳等石化能源的使用，可以减少二氧化硫等大气污染物的排放，提高空气质量，因而潮汐能具有环境收益。由于这种收益是通过非市场性物品的数量和整体功能变化来影响人们福利的，因而环境收益的界定和计量也是整体和复杂的。

表5 乳山市公众对潮汐电站环境收益支付意愿的Tobit模型变量说明Tab.5 Coefficient explanation of Tobit model of WTP for Rushan tidal power plant

(2)由替代市场法估算的拟建乳山口4万千瓦级潮汐电站的环境收益为5191.30万元/a，在条件价值法下，运用Tobit模型估算的结果为1184.19万元/a，因而本研究估算的该潮汐电站的环境收益区间为1184.19万元/a－5191.3万元/a。该结论对于判断可再生能源项目投资的可行性和成本收益提供科学依据。

(3)上述结论将CVM的评估结果成为乳山口潮汐电站环境收益的下限。原因在于CVM是通过要求被调查者表征支付意愿来验证其有效需求，尽管问卷明确提醒被调查者不做实际支付，但是由于部分被调查者对调查存在警惕心理，故意隐瞒了自己的真实支付意愿;一部分被调查者认为改善环境质量的费用“应由其他人来支付”，因此在陈述他们的支付意愿时往往低估了环境改善所带来的福利增加的价值。另外，替代市场法的环境收益中包含了CDM收益，而CVM中被调查者对这部分收益的认知有限，在考虑其支付意愿时并未纳入其中，故结果偏小。

(4)替代市场法的估算值5191.30万元/a成为环境收益的上限，原因在于替代市场法的估算结果除了包括CDM收益外，同时本文所采用的环境价值标准实际上是使用防护费用法间接评估出来的，由于环境损害的分类和治理存在一定的重复，该方法的评估结果可能高估环境收益。

(5)环境价值评估法在应用方面仍存在大量的局限性，这直接导致评估结果的差异。但是，无论如何，本研究针对潮汐电站的环境收益评估进行了初步探索，同时使用两种方法，给出了乳山口潮汐电站环境收益的存在区间。该估计值只是一种粗略的近似值，其准确性有待于进一步验证，环境价值评估的方法也需要在实践中进一步探索完善。

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