跨区水电输送项目的环境效益及其经济价值分析——以昆柳龙直流工程为例

○中国南方电网有限责任公司超高压输电公司 陈燕滨

○暨南大学管理学院 王 玥

一、引言

能源是支撑国民经济与社会发展的重要物质基础。常规化石能源的有限供应能力和日益严峻的生态环境危机是世界各国面临的共同挑战，大力发展清洁能源已经成为世界各国的共识和战略性选择(Augustine等，2019)。中国可再生能源总体较丰富，但由于能源资源中心与负荷中心分布不均衡(Liao等，2019)，出现清洁能源消纳问题，导致开发利用的效率一直不高，成为制约中国清洁能源发展的主要瓶颈(史连军等，2017)。国内特高压技术的突破、平价上网逐步清晰、电力市场建设逐步推进和清洁能源电力装机增速逐步增长，为实现跨区输送，尤其是跨区输送清洁能源创造了有利条件(刘振亚，2014)，我国清洁能源消费量逐年上升。据国家统计局发布的《2017年国民经济和社会发展统计公报》，至2017年，天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量的20.8%。跨区清洁能源输送的环境效益和经济价值成为需要重点研究的问题。从现有的文献看，学术界对这一问题的研究主要集中于跨区能源输送项目对环境的影响，缺少跨区能源输送项目环境效益的经济价值分析，而且没有区分清洁能源与非清洁能源跨区输送对环境影响的差异。鉴于此，本文以昆柳龙直流工程为例，采用环境—经济效益计量法与生命周期评价法，系统地解析了跨区水电输送项目对环境的影响及其环境效益的经济价值。

与已有研究相比，本文的研究贡献主要在于：第一，本文采用环境—经济效益计量法与生命周期评价法，系统考察了跨区电力输送项目对环境的影响及其环境效益的经济价值。由于跨区电力输送项目经济评价不完善，环境效益一直无法纳入到工程项目总体经济价值评价中，导致工程项目决策完全忽略了环境影响。因此，如何用科学合理的方法评价跨区电力输送的环境效益，同时在项目决策中考虑环境效益的经济价值，是目前亟待解决的问题之一。第二，本文以昆柳龙直流工程为例，系统地分析了清洁能源跨区输送对环境的影响及经济效益，对以往围绕跨区能源输送研究没有区分清洁能源与非清洁能源的不足进行了完善。与化石能源发电相比，清洁能源如水电、风电等，几乎没有污染物排放(陶建格和薛惠锋，2008)，将清洁能源与非清洁能源不加区分地研究，可能导致结论出现偏差。

二、文献综述

跨区电力输送已经成为能源消纳、控制污染的主要战略举措，不仅影响输入地的环境质量，也对全国范围的环境质量具有广泛的影响。作为一种能源资源优化配置的方式，跨区电力输送不仅解决了输入地的电力负荷问题，更重要的是改善输入地的空气质量(宋洁尘等，2005；Yi等，2016)。此外，跨区输送也能够缓解输入地的气候变化。Amor 等(2011)以2006—2008年加拿大魁北克省的水电小时交易数据为研究样本，分析跨境水电输送对输入地二氧化碳排放量的影响，结果发现水电输送项目能够显著降低输入地的二氧化碳排放量。

还有的学者考察了跨区能源输送对全国环境的影响(Rakotoson和Praene，2017)，大多数研究发现跨区能源输送对全国空气质量有正向影响。跨区能源输送的正效应主要来自于环境质量改善，以及温室气体排放的减少。一方面，跨区能源输送推动清洁能源运往电力负荷区(Andersen，2014；Lamadrid et al.，2016；Davis和Sandra，2014)，实现了清洁能源替代，减少了火电使用，而这将降低电网企业的脱碳成本，因为电网企业的二氧化碳排放有可能因此减少(Watcharejyothin和Shrestha，2009；Huber等，2015；Qu等，2018)。另一方面，跨区清洁能源输送还有可能改善空气质量(Wang等，2020)。输送清洁电力如水电、风电和太阳能，能够减少整体的污染物排放 (Abrell和Rausch, 2016)。由于大部分煤电厂都安装了脱硫脱硝装置(Liu等, 2016)，即使输送煤电，也不会加剧空气污染。Li等(2017)构建13条跨区输送线路的准自然实验，利用双重差分法，系统考察了跨区电能输送对空气质量的影响。研究发现，跨区电能输送降低了输入地的SO2排放，而对输出地的空气质量没有显著影响，因此整体来看，跨区电能输送显著改善了空气质量。另外一些学者则认为，跨区电能输送项目并不总是能减少空气污染和温室气体排放。由于我国特殊的能源结构决定了火电仍是跨区电力传输的主力，而火电厂主要集中在我国西部地区，所以跨区电能输送导致污染物和温室气体转移到西部等电力输出地(叶敏华等，2013；Li等，2018)。Jiusto(2006)检验了美国电力市场中跨区输送对环境的影响，发现跨区电能输送导致CO2转移到输出地(Arvesen等，2015；Qu等，2017)。Lu等(2019)从大气转移和贸易转移的角度考察了大气转移和电力贸易转移之间的关系，发现电力贸易导致大气污染转移。Orfanos等(2019)通过对希腊电力贸易数据的分析，从生命周期的角度分析了电力生产和输送过程对环境的影响，结果发现电力生产加剧空气污染，而电力输送对环境没有影响。

从上述文献可知，现有研究主要集中在跨区电能输送对环境的影响，而对跨区电能输送环境效益的经济价值分析较少，而且没有区分清洁能源与非清洁能源的跨区输送，这或许是导致目前学术界对于跨区电能输送对环境影响的研究尚未取得一致性结论的原因之一。本文借助环境—经济效益计量法与生命周期评价法，以昆柳龙直流工程为例，考察了跨区水电输送项目对环境的影响及其环境效益的经济价值，从而为跨区能源输送政策提供经验证据。

三、研究设计

本文采用环境—经济效益计量法与生命周期评价法，通过测算昆柳龙直流工程送电广东、广西过程中水电替代火电的排放物减排量，进而计算出昆柳龙直流工程的环境效益和经济价值。

“昆柳龙直流工程”全称“乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程”，是国家《能源发展“十三五”规划》及《电力发展“十三五”规划》明确的跨省区输电重点工程，是国家特高压多端直流的示范工程，同时也是中国为促进西电东送可持续发展、助力打赢污染防治攻坚战而实施的绿色工程。工程建成后直接将云南乌东德清洁水电分送广东、广西，建设经营期30年，年输送电量为 32 000 GWh，其中送广东 20 000 GWh、送广西 12 000 GWh。到2020年工程总装机规模达到4646万千瓦，年发电量超1800亿千瓦时，相当于再造两个“三峡工程”，成为21世纪标志性的国家重大公共工程，也成为21世纪标志性的世界最大绿色能源工程。乌东德电站2020年8月首批机组发电，2021年全部投产发电。乌东德电站发出的电能要经过线路传输到目的地，昆柳龙直流工程就承担着这项输送任务。

本文对昆柳龙直流工程的输电量、输电损失率进行统计，然后根据火电厂的排放因子计算昆柳龙直流工程实现的排放物减排量和环境效益的经济价值。但应注意的是在输电过程中不可避免地会引发各类环境问题，考虑到数据的可获得性，本文基于现有研究及实地调查，重点对主要大气污染物和二氧化碳进行核算。

文中昆柳龙直流工程相关数据通过对南方电网超高压输电公司的调研获取，火电厂排放因子相关数据通过查询文献及调研获取。

1.项目的环境效益计量方法

环境效益有广义与狭义两方面的含义。广义的环境效益是指经济活动(包括开发利用自然资源、生产活动等)所引起的环境变化。这些变化可能是有利影响，也可能是不利影响。狭义的环境效益则是指经济活动所引起的有利的环境变化(高晓蔚和范贻昌，1999)。本文采用狭义的环境效益，指跨区电能输送带来的减排量。

火电厂大气污染物主要有烟尘(颗粒物)、二氧化硫、氮氧化物(王志轩，2018)，相对于火电而言，水力发电不产生大气污染物(Eikeland，1998)，具有清洁的特点，因此昆柳龙直流工程能够减少烟尘、二氧化硫、氮氧化物污染物的排放。在分析昆柳龙直流工程给电力输入区带来的环境效益时，可根据输入区受电量替代的火电上网电量计算减少的污染物排放量。此外，本文按照李旸(2010)的两种方案来核算CO2的减排量，一是假设水电不排放CO2，此为简化方法；二是剔除输出地水电的CO2排放量，此为剔除法。

假设水电不排放CO2，昆柳龙直流工程实现的污染物减排量如式(1)。其中昆柳龙直流工程送广东、广西水电量和输电损失率来源于《乌东德电站送电广东广西输电工程(特高压多端直流示范工程)可行性研究》。

D=Q×E×(1-k)

(1)

其中：D为昆柳龙直流工程实现的污染物减排量；

Q为昆柳龙直流工程送广东、广西水电量；

E为各种污染物的排放因子；

k为输电损失率，广西侧按3.5%，广东侧按4.8%计算。

参照欧盟燃煤发电和水力发电的CO2排放量之间的比例关系(李飏，2010)，火力发电产生的CO2排放量为800kg/MWh(以没有经过洗选的动力煤为标准)，水电的CO2排放量为20kg/MWh(以大水电项目，即大于10MW为标准)，以此得出水电CO2排放因子为火电CO2排放因子的1/40。

本文采用电量边际排放因子(OM)作为CO2的排放因子。电量边际排放因子(OM)来源于中华人民共和国生态环境部发布的《2017 年度减排项目中国区域电网基准线排放因子》，计算公式如下：

EFgrid,OMsimple,y=

式中：EFgrid，OMsimple,y是第y年简单电量边际排放因子OM(tCO2/MWh)；

FCi,y是第y年项目所在电力系统燃料i的消耗量(质量或体积单位)；

NCVi,y是第y年燃料i的净热值(能源含量，GJ/质量或体积单位)；

EFCO2,i,y是第y年燃料i的CO2排放因子(tCO2/GJ)；

EGy是电力系统第y年向电网提供的电量(MWh)，不包括低成本必须运行电厂或机组；

i是第y年电力系统消耗的化石燃料种类；

y是提交PDD时可获得数据的最近三年。

参照欧盟燃煤发电和水电发电CO2排放因子的比例关系，水电CO2排放因子为火电的 1/40，火电CO2排放因子为836.7 g/kWh,即水电CO2排放因子为20.9175 g/kWh。

公式(2)为剔除水电排放CO2的计算公式。

D=Q×E火×(1-k)-Q×E水

(2)

其中：D为昆柳龙直流工程实现的污染物减排量；

Q为昆柳龙直流工程送广东、广西水电量；

E火为火电的CO2排放因子；

E水为水电的CO2排放因子；

k为输电损失率，广西侧按3.5%，广东侧按4.8%计算。

火电厂排放物主要有烟尘、SO2、NOx和CO2。不同电厂火电机组燃用的燃料成分不同，其排放物种类数量也不同。本文根据广东省A电厂和B电厂污染物的排放因子计算昆柳龙直流工程的污染物减排量。选择A电厂和B电厂的原因在于两者在装机容量、管理水平以及技术选择方面具有典型性与代表性。A电厂和B电厂分别为C公司的分公司和参股子公司。C公司是广东省内最大的电力上市公司，自2001年起多次被《财富》杂志评为“中国上市公司100强”，2007年、2008年连续入选“广东上市公司最具成长性10强”。中华人民共和国生态环境部2017年公布的南方电网CO2排放因子为836.7 g/kWh，污染物排放因子=(某污染物排放总量/污染当量值)/发电量。本文将A电厂和B电厂的发电量作为权重计算加权平均的污染物排放因子。A电厂和B电厂污染物排放因子和加权平均排放因子的计算结果见表1。

表1 火电厂排放物的排放因子

2.项目的经济价值分析方法

以往的研究仅使用减排量来衡量跨区电能输送对环境的影响，而缺少对环境效益的经济价值分析，导致项目评价中完全忽略了环境效益。本文引入环境效益的经济价值这一概念，将环境效益的经济价值纳入到项目的可行性分析中，实现环境效益与经济价值的融合，使得对跨区能源输送项目的评价更全面和科学。

污染物环境效益的经济价值是指减排每单位的污染物所避免的“污染物经济损失”的价值(王斯一等，2017)，即避免环境损失的货币量化。环境污染经济损失的核算方法主要有市场价值法(Dean，2002)、剂量——反应法(Dubourg，1996；Cowell和Apsimon，1996)、机会成本法(颜夕生，1993)、享乐价格法、损害函数分析和条件价值法(Delucchi等，2002)等，重点评估健康损失、生产损失和固定资产损失。这三类损失又涉及多个损失项目，受制于取证条件，很难获取直接评估环境损失所需要的数据(杨丹辉和李红莉，2010)。已有研究通常采用国家排污收费补偿度测算环境效益的经济价值(魏学好和周浩，2003；李红祥等，2013；钱科军等，2008)。

目前，我国征收的排污费远低于污染造成的环境损失。中国环境保护部在《中国经济生态生产总值核算发展报告2018》中指出，2015年我国GDP为68.6万亿元，生态破坏成本和污染损失成本之和为2.63万亿元(王金南等，2018)，约占GDP的3.8%。根据《排污费征收标准管理办法》(环保部，2003)的排污收费标准以及《中国环境统计年鉴》的废水废气排放量数据，本文计算了2015年的理论排污费为1197亿元，占环境损失2.63万亿的4.55%。我国排污收费对污染损失的补偿度只有4.55%。因此，本文以22倍(1/4.55%)排污费的价格确定污染物的环境效益经济价值标准。本文构建了如下环境效益的经济价值标准计算公式(3)：

环境效益的经济价值标准=排污费收费标准÷补偿度

(3)

1/补偿度=1/4.55%=22

我国已经在八个地区试点运行碳排放权交易市场，二氧化碳存在公开的市场价格，不需要通过排污费来间接推算。本文直接使用市场价格计算二氧化碳减排的经济价值。由于昆柳龙直流工程的输入地为广东和广西，本文采用广东碳排放权交易所统计的CCER平均价格，即4.22元/吨作为二氧化碳减排的经济价值标准。火电厂排放物减排的经济价值标准见表2。

表2 火电厂排放物减排的经济价值标准

3. 项目的全生命周期分析

为了实现对昆柳龙直流工程环境效益的正确评价，本文采用全生命周期评价法计算项目期间全部环境效益的经济价值现值。首先，计算出项目寿命期内各年的环境效益，并通过环境效益的经济价值标准和减排量确定各年的环境效益的经济价值。接着，采用适合的折现率计算现值。本文采用《乌东德电站送电广东广西输电工程(特高压多端直流示范工程)可行性研究》中的基准收益率5%作为折现率。最后，将各年折现值相加得到项目全生命周期环境效益的经济价值。具体计算方法如式(4)：

(4)

式中：PVB为昆柳龙直流工程环境效益的经济价值；D为昆柳龙直流工程实现的排放物减排量；B为单位排放物减排的经济价值标准；t为时间(年数)，根据《乌东德电站送电广东广西输电工程(特高压多端直流示范工程)可行性研究》，经营期为30年；i为折现率；m为排放物种类。

四、昆柳龙直流工程的环境效益及经济价值分析

1.昆柳龙直流工程的环境效益

根据表1火电厂排放物的加权平均排放因子以及公式(1)和(2)计算得出水电替代火电污染物减排量。其中，广东和广西接受昆柳龙直流工程水电电量、输电损失率和折现系数来源于《乌东德电站送电广东广西输电工程(特高压多端直流示范工程)可行性研究》，减排量=接受水电量*电厂排放因子。计算过程详见表3、表4、表5和表6。

表3 昆柳龙直流工程广东侧的减排量和经济价值(简化法)

表4 昆柳龙直流工程广西侧的减排量和经济价值(简化法)

表5 昆柳龙直流工程广东侧的减排量和经济价值(剔除法)

表6 昆柳龙直流工程广西侧的减排量和经济价值(剔除法)

假设水电不产生CO2，昆柳龙直流工程广东侧和广西侧分别减少排放共计 15 933 356.20 吨和 9 690 560.12吨，其中CO2减排量最多，共计 25 619 754.00吨。若剔除水电CO2排放，根据公式(2)可计算出CO2的减排量共计 24 950 394.00吨。剔除CO2排放法与简化法的计算结果相差 669 360.00 吨。以上减排量分析结果，为后续项目环境效益的经济价值分析提供了数据基础。

2.昆柳龙直流工程全生命周期的经济价值

结合表2、表3、表4、表5、表6和公式(4)，可以计算得到项目经营期30年内项目减排各类排放物的经济价值。计算结果见表7。

表7 昆柳龙直流工程送电广东、广西的经济价值

全生命周期环境效益的经济价值=环境效益经济价值标准*折现系数*减排量。

假设不考虑水电CO2排放，广东的环境效益经济价值为 157 248.44 万元，广西的环境效益经济价值为 95 637.45 万元，共计 252 885.89 万元；若剔除水电CO2排放，广东的环境效益经济价值为 154 547.39 万元，广西的环境效益经济价值为 94 016.81 万元，共计 248 564.20 万元。剔除CO2排放法与简化法的计算结果相差4321.69万元。

为进一步分析环境效益的经济价值对项目可行性评价的影响，本文将项目计算环境效益的经济价值前后的经济数据进行对比分析。根据表7的结果，不考虑水电CO2排放的环境效益的经济价值为 313 266.89 万元，剔除水电CO2排放后的环境效益的经济价值为 308 945.20 万元。“财务净现值”来源于《乌东德电站送电广东广西输电工程(特高压多端直流示范工程)可行性研究》。计算结果见表8。

表8 纳入环境效益的经济价值前后昆柳龙直流工程的财务净现值对比

将昆柳龙直流工程环境效益的经济价值纳入可行性评价后，假设不考虑水电CO2排放，项目的财务净现值提高418.82%；若剔除水电CO2排放，项目的财务净现值提高411.66%。其中，CO2减排的经济价值对财务净现值影响最显著，约占 65%。可见，环境效益的经济价值对跨区清洁能源输送项目的可行性评估影响巨大。

五、结论与讨论

本文引入排放物环境效益的经济价值概念，并对各排放物环境效益的经济价值做出评估，实现了跨区水电输送项目的环境效益货币化衡量。基于昆柳龙直流工程数据的研究发现：假设不考虑水电排放CO2，计算出项目对输入区广东和广西的环境效益的经济价值共计 252 885.89 万元，其中二氧化碳减排的经济价值最为显著，共计 165 412.66 万元；若考虑输出区水电的CO2排放量，项目实现的环境效益的经济价值共计 248 564.20 万元。对项目的经济价值分析研究发现，将环境效益的经济价值纳入经济评价后，昆柳龙直流工程的财务净现值增长超过4倍。

根据上述研究可以得出两方面启示：一是从政策角度看，清洁电力在污染物减排方面有重大贡献，环境效益的经济价值巨大。因此建议，应保持国家清洁能源跨区输送实施方案的连续性和稳定性，这样更有利于解决日益严重的雾霾和电力短缺问题。二是从电网企业角度看，电网企业应当扩大清洁能源供应，在用好用足本地区资源的同时，积极开展省际合作，强化能源通道建设，大力引进省外清洁能源，重点加快特高压电网建设，促进水电等清洁能源在全国范围内实现优化配置。

本文主要的贡献是，在区分清洁能源与非清洁能源的基础上计算出跨区清洁能源输送项目的环境效益的经济价值，实现环境效益货币化，对跨区清洁能源输送项目的环境影响研究进行了完善和扩展。但由于案例研究方法等局限，本文尚有一些不足之处。如本文只涉及跨区水电输送项目，缺乏其他类型的清洁能源电力跨区输送项目作为比较，使案例研究结论的普适性受到影响。