配网端多能互补工程全寿命周期经济评价方法*

陆晓芬， 亓学成， 王 薇， 应雨龙， 李靖超

(1. 国网浙江省电力公司经济技术研究院 战略发展研究中心， 杭州 310008； 2. 浙江华云信息科技有限公司 数据应用事业部， 杭州 310022； 3. 上海电力大学 能源与机械工程学院， 上海 200090； 4. 上海电机学院 电子信息学院， 上海 201306)

伴随能源综合服务体制新业态的发展，以及分布式发电技术、能源互联网技术与能源系统管控技术的成熟，基于配电网端多能互补工程的综合能源服务已在世界各国迅速开展，并成为战略竞争与合作的新焦点.国内外许多研究机构、能源企业、电网企业也已经开展了相关的课题研究、项目探索与商业实践，如国内的上海迪士尼度假区示范工程[3]、延庆县示范工程[4]、崇明岛示范工程等以及国外的欧盟E-DeMa项目、欧盟ELECTRA示范项目等.通过多能互补工程[5]可以充分利用清洁能源与可再生能源，是构建配电网端综合能源电力系统[6-7]的物理基础，对于提高可再生能源比例和能源综合利用效率具有重要意义[8].当前亟待提出一种适于配网端多能互补工程投资决策与工程管理的通用、有效的经济评价方法，以指导电网企业进行合理科学投资与资产运营，为开展多能互补示范工程项目投资决策与成本收益管理提供理论依据.因此，本文提出一种基于全寿命周期理论的配网端多能互补工程经济评价方法，用于从全寿命周期的角度全面评价多能互补工程项目的经济收益.

1 全寿命周期成本理论

全寿命周期成本理论包含全寿命周期成本分析与全寿命周期成本管理这两个方面[9].其中，基础和前提是全寿命周期成本分析，需要在投资决策阶段完成，它的主要功能是对工程建设项目的全寿命周期成本进行分析；全寿命周期成本管理主要功能为采取各种有效措施控制工程项目全寿命周期成本.

通常而言，所有项目的全寿命周期均包含预研阶段、研发阶段、设计阶段、建设阶段、运营阶段及报废阶段，而中间三个阶段(设计阶段、建设阶段和运营阶段)通常时间较长.对于配电网端多能互补工程项目，其全寿命周期主要包含建设阶段、运维阶段、报废阶段.将全寿命周期成本理论用于工程项目经济评价的优点[10-11]在于：一方面，全寿命周期理论不仅从项目全局出发，也是从项目可持续发展角度分析，充分考虑项目所有阶段(从项目开始到结束)的综合成本；另一方面，全寿命周期成分分析的各个阶段信息对企业管理具有重要意义，符合企业信息集成的核心要求，可以确保在项目执行过程中人力、财力、物力资源投入到最需要的阶段.

2 全寿命周期成本收益分析

2.1 多能互补工程项目成本构成模型

配电网端多能互补工程项目的全寿命周期成本包括建设阶段成本、运营维护阶段成本及报废阶段成本.

1) 建设阶段成本.对于配电网端多能互补工程项目，建设阶段成本主要为装机成本，包含多能互补工程组件成本、逆变器成本、安装成本、组件支架成本、计量设备成本及电缆成本等.多能互补工程项目的整个生命周期一般为20～30年.

2) 运营维护阶段成本.对于配电网端多能互补工程项目，运营维护阶段成本主要包含财务成本、运维成本及折旧成本.

① 财务成本.对于配电网端多能互补工程项目，财务成本主要是借款的利息费用，它取决于贷款比率、还款方式、还款年限、项目建设总成本及还款利息.同时需要考虑资金的时间价值、折现因素，全寿命周期的总财务成本可表示为

(1)

式中：Pvf为总财务成本；Pvc为项目建设总成本；d为贷款比率；l为贷款利息；m为还款年限；r为折现系数.

② 运维成本.对于配电网端多能互补工程项目，运维成本的时间跨度为从项目建成到项目报废，因此需考虑资金的时间价值.第i年的运维成本表示为

Pvo，i=Pvck

(2)

式中：Pvo，i为第i年的运维成本；k为运维系数.

当前各类能源技术设备的运行维护系数及寿命周期情况如表1所示.全寿命周期的总运维成本计算表达式为

(3)

式中：Pvo为总运维成本；n为能源技术设备的寿命周期.

表1 各类能源技术设备的运行维护系数及寿命周期Tab.1 Operation and maintenance factors and life cycle of various energy technological equipment

③ 折旧成本.对于配电网端多能互补工程项目，可以采用加速折旧法中的年数总和法来测算折旧成本.假设初始装机成本为项目建设阶段总成本；折旧年限为工程技术设备的全寿命周期，即n年；报废之后工程技术设备不再具有使用价值，均为废件，残值为0，则第i年的折旧成本计算表达式为

(4)

式中：Pvz，i为第i年的折旧成本；z为设备残值.

由于折旧的时间跨度也是从项目建成到项目报废的全寿命周期，因此需要考虑折现因素，则全寿命周期的总折旧成本计算表达式为

(5)

3) 报废阶段成本.同样需要考虑资金的时间价值，报废阶段成本计算表达式为

(6)

2.2 多能互补工程项目收益构成模型

配电网端多能互补工程项目的全寿命周期的收益为经济收益与环境收益的总和，其中经济收益为多能互补工程项目后续产生的经济效应.对于环境收益，主要体现在多能互补工程项目在投入运行时减少常规化石能源的消耗，体现在不排放任何有害气体.本文通过引入小型碳排放权交易，将多能互补工程项目的环境收益转换为碳排放权交易所获得的经济效益，可以定量研究其降低发电成本的作用.

3 应用与分析

本文以华鼎工业园分布式光伏发电项目为例，开展基于全寿命周期理论的配网端多能互补工程经济评价，以验证本文所提算法和模型的有效性.华鼎工业园分布式光伏发电项目是附加式(BAPV)分布式光伏项目，该项目位于杭州市余杭区经济开发区北沙东路56号华鼎工业园区内，分别安装于华鼎工业园区6座(金城丝绸、富豪时装、富成时装、华鼎时装、华明制衣、菲尼迪)办公厂房屋面上.该分布式光伏发电项目采用“自发自用，余量上网”方式，每年的发电量约为3 035.721 MWh.根据周边电网情况、并网方案及相关技术规定，参考《国家电网公司关于印发分布式电源并网相关意见和规范》(国家电网办[2013]1781号文)，该分布式光伏发电项目考虑通过高压10 kV电压等级并网.根据太阳能丰富程度划分表，杭州市属于III类区，即“资源丰富带”，有一定的开发潜力，具备中小规模发展太阳能光伏发电的资源条件.

3.1 成本分析模型

1) 建设阶段成本.建设阶段成本主要是装机成本(1 831.5万元)，包含光伏组件成本、支架基础成本、逆变器成本、安装成本、组件支架成本、计量设备成本、电缆成本等等，该工程项目全寿命周期约为25年.

2) 财务成本.财务成本主要是由借款的利息费用产生.本算例中，假设贷款利率为6.05%，还款年限为10年，贷款比率为1/4.从第1年到第10年均需要支付277 014元(1 831.5×6.05%/4×10 000)的利息，第10年以后将不再产生财务成本，并在第10年一次性需还本金4 578 750元(1 831.5/4×10 000)，财务成本如表2所示.

表2 全寿命周期财务成本Tab.2 Financial costs of whole life cycle

3) 运维成本.假设该工程项目的运维率为0.5%，同样，考虑资金的时间价值，则每年的运维成本如表3所示.

4) 折旧成本.对于该工程项目，采用加速折

表3 全寿命周期运维成本Tab.3 Operation and maintenance costs of whole life cycle

旧法中的年数总和法来测算折旧成本.初始装机成本为项目建设阶段总成本1 831.5万元；折旧年限为该工程项目全寿命周期，即25年；报废之后工程技术设备不再具有使用价值，均为废件，残值为0，则第1年的折旧成本计算表达式为

第2年的折旧成本计算表达式为

由于折旧的时间跨度是也为从项目建成到项目报废的全寿命周期，因此需要考虑折现因素，则该工程项目每年的折旧成本如表4所示.

表4 全寿命周期折旧额Tab.4 Depreciation of whole life cycle

3.2 收益分析模型

1) 经济收益.多年平均日照时间为1 800～2 100 h，实际并网发电功率约为1 556.78 kW，可以得到分布式光伏发电每年的发电量约为3 035 721 kWh.假设年发电量为50%上网，50%自用，其中，50%上网部分的发电量根据余电上网的收购价格核算；50%自用部分的发电量节省了大电网外购电量，因此这部分节省成本应算作该工程项目的收益部分，并根据当地燃煤脱硫机组标杆电价核算.综上所述，该工程项目每年的经济收益如表5所示.

表5 全寿命周期经济收益Tab.5 Economic benefits of whole life cycle

2) 环境收益.该工程项目每年的发电量约为3 035 721 kWh，则按照每千瓦时减少排放CO2的质量为0.884 kg计算，该工程项目每年预计可以减少排放CO2质量为2 683 880.936 kg.通过引入小型碳排放权交易将多能互补工程项目的环境收益转换为经济收益，假设碳排放初始价格为25元/t，考虑碳排放权交易价格变化及通货膨胀等因素，可以计算得到该工程项目每年的环境收益如表6所示.

通过上述计算，可以得到引入环境收益因素前后该工程项目在全寿命周期内所有阶段(从项目开始到结束)的综合成本和综合收益情况，如表7、8所示.同时，图1所示为引入环境收益因素前后全寿命周期内的净现金流累加值.

表6 全寿命周期环境收益Tab.6 Environmental benefits of whole life cycle

表7 不计及环境收益因素时全寿命周期综合成本和综合收益Tab.7 Comprehensive costs and benefits of whole life cycle without considering environmental benefits

表8 计及环境收益因素时全寿命周期综合成本和综合收益Tab.8 Comprehensive costs and benefits of whole life cycle considering environmental benefits

图1 全寿命周期内的净现金流的累加值Fig.1 Cumulative value of net cash flow in whole life cycle

由于本算例中，还款年限为10年，第10年以后将不再产生财务成本，并在第10年一次性需还本4 578 750元，因此表7、8及图1中第10年的净收益会出现突变.从图1中可以得知，计及环境收益因素时全寿命周期净收益为2 348.403万元，不计及环境收益因素时全寿命周期净收益为2 235.177万元，可以计算得到两者的全寿命周期净现值分别为

NPVkl=2 348.403万元-1 831.5万元=

516.903万元

NPVhl=2 235.177万元-1 831.5万元=

403.677万元

引入环境收益因素前后，该工程项目全寿命周期净现值增幅为

100%=28%

由计算结果可知，考虑环境收益情况下项目盈利能力明显提高，项目全寿命周期的净现值提高比例达28%左右.

通过实例计算结果表明，所提算法和模型可以有效、全面地评估多能互补工程项目的经济收益.此外，基于本文所提算法和模型可以进一步分析配电网端多能互补工程项目投资回收期、内含报酬率等指标，并可以开展初始投资、初始补贴额、环境收益(碳排放价格)等对项目经济收益的敏感性分析.

4 结 论