典型电能替代技术的成本效益分析

杨凤玖

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摘要:现如今，中国的电力主要是以火力发电为主，但是煤炭等化石资源隶属不可再生资源，为了避免能源危机以及缓解化石能源使用带来的环境污染，本文从实用角度出发,提出一种简洁､利于广大用户和地方政府接受的电能替代成本评估和补贴计算方案,并据此得出关于电能替代的实施建议｡首先指出促进电能替代的关键是用户有实施意愿,从而要求电能替代对用户而言是经济的｡然后,从避免用户投资损失的角度,将老设备剩余寿命的价值计入新设备的使用成本,并基于此,将对几种不同的技术分别构建成本评估和补贴计算方案｡最后,根据所得结论提出相关实施建议,并举例展示该方案的应用｡对电能替代而言,该方案可提高用户实施的积极性,而所提实施建议能高效发挥财政补贴的促进作用,具有一定的参考价值和实践意义｡

关键词:电能替代;成本评估;补贴计算;用户意愿;设备改造

目前,电能替代推广的难点在于替代的电气设备或用电方式成本较高,导致用户实施电能替代的积极性不高｡为此,各地政府对电能替代都给予一定补贴｡如何补贴及补贴额度,即具体的补贴方案,值得深入探讨,以实现既使用户有实施意愿,又不会造成财政资金浪费的目标｡现有研究大多从兼顾多方利益的角度给出电能替代实施建议,但其中有关电能替代的经济性分析很具参考价值｡应该指出,电能替代的落脚点是让尽可能多的用户用电能替代之前的化石能源｡因此,首先必须抓住电能替代的主要矛盾,即用户实施的意愿,其核心在于电能替代的经济性;再者,电能替代前后的成本分析应简洁明了,因为其一方面用于指导政府部门如何补贴,另一方面也要让用户认可;其次,政府部门在对电能替代补贴时,可适当让利于用户,从而提高用户的积极性｡

1新旧设备使用成本和补贴方案

1.1机动车电能替代

机动车是大众常用工具｡与其它工具不同的是,用户在购入电动车后,若之前拥有燃油车,燃油车一般并不会因此闲置(比如出售),故不存在“老设备改造”｡由于电动车中动力电池占整车成本比重较高,约为40%,而其使用寿命(确保车辆具有良好动力性能的寿命)只有约5~8年,因此,必须考虑电动车生命周期内的电池更换成本｡此外,关于非运营机动车,现在已没有使用年限的规定,即只要能通过年检,就可以继续使用,但就车辆性能而言,实际是有使用年限的,本文约定(寿命)为20年;而运营机动车则为8年使用年限｡

电动车必须与同等功率下的燃油车进行成本对比,方可得出较合理的补贴额度｡由于机动车商品化程度较高,即便是相同的功率等级,价格相差也很大,这将直接影响车辆的折旧费｡因此,为了使补贴公平合理,在计算某一功率的燃油车和电动车成本时,各选一种市场主流且价格中等的车辆为参照车辆;此外,车辆行驶年里程数应该通过调研统计获得一个平均值｡由于车辆功率等级较多,建议将其分为若干功率段,各段计算一个补贴值,每辆电动车即按其所在功率段进行相应补贴｡

1.2动力输出相关技术电能替代

本节所述领域/技术包括辅助电动力､矿山采选､农业电排灌､电动制氧机､电动喷淋机､油田钻机､油气管线加压机;电蓄冷空调;轨道交通,轨道式､轮胎式电动集装箱起重机,港口码头电动皮带廊装卸等｡

1.3航海/航空相关技术电能替代

本节所述领域/技术包括船舶靠港岸电､岸电入海､机场桥载辅助动力装置(auxiliarypowerunit,APU)等｡船舶岸电和机场APU的电气化形式相同,简单起见,后文均以岸电表述｡由于航运公司和港口一般属于不同的运营主体,故其只能从自身角度评估使用岸电或投建岸电系统的经济性｡

岸电与前述的几种电能替代类型有所不同｡首先,为了便于实施,地方政府可只对港口公司进行补贴,再由港口公司调控输出电价,进而使船舶的岸电使用成本低于燃油发电;其次,港口公司投建岸电后有盈利需求,政府部门进行补贴时应有所顾及,这与前述几种电能替代类型可接受替代前后成本持平是不同的｡

此外,在国际航运中,由于航运公司所属国别不同,其物价可能差别较大,也即,Colduse有较大不同｡为此,在投建岸电系统之前,政府部门和港口公司应调研相应港口船舶的用电成本和岸电使用意愿,根据调研数据确定一个航运公司接受的Pportelc;然后预估初期Eout的值,再确定是否需要补贴及补贴额度｡后期可根据港口每年的运营情况,调整补贴额度,如Eout增加,则可适当降低补贴｡为高效发挥财政补贴对电能替代的促进作用,应优先鼓励新投建用户进行电能替代,并推荐使用效率更高的电气设备;在电动车和岸电等领域,可定期调整峰谷电价,以利于和浮动煤/油/气价的竞争｡

2电网企业收益分析

电网企业在电能替代中会配合进行配电网改造,也会尽可能寻求盈利｡下式中的PFgrid为电网企业在电能替代片区的年收益,这里在文献[2]中模型基础上增加了配电网改造及营运费用,因为如果电能替代导致区域负荷大增,可能产生费用如下

PFgrid=PelcEtotal-PgEtotal/(1-rloss)-Ctr

式中:Etotal为配电网改造后所供应片区的年总用电量;Pg为各种能源发电的加权平均上网电价;rloss为输电线损率;Ctr为配电网改造及运营费用(折算为每年)｡一般能够确保Pelc>Pg/(1-rloss),否则电网企业无法盈利｡于是,根据式(30),Etotal越大,即配电网改造后服务的电能替代用户越多,PFgrid越大｡当Etotal足够大时,电网企业就能够实现盈利｡这要求政府部门一方面做好调研,选取用户较集中､电能替代意愿较强的片区进行电能替代试点;另一方面做好试点效果宣传,吸引更多用户进行电能替代｡

3应用实例分析-电动车实例

本例中,燃油车数据取自重庆某厂商一款乘用车的公开参数,标称最大功率94kW;电动车数据取自广州某厂商一款纯电动乘用车的公开参数,标称最大功率100kW;另有一些数据来自文献[3]｡此外,电动车使用民用电充电和充电桩充电的电价是不同的,地区间电价也有差异,本文约定为广东地区常见的充电桩电价,相关费用如表3所示｡

表3 电动车实例相关费用

当油价下跌时,补贴应该增大,但事实上,油价是波动的,而补贴一般是购车时一次性全部发放｡为避免因此降低用户购置电动车的积极性,可定期调整峰谷电价,使低谷电价能确保使用电动车的经济性｡

4结束语促进电能替代的关键是用户具有实施意愿,故而要求电能替代后经济性更优,地方政府和电网企业不会也不应以短期经济效益的最大化为目标｡基于此,本文从用户视角分别分析了其在电能替代前后的成本,据此得出政府部门的补贴方案｡该方案形式简洁,有利于被用户接受,可作为用户和地方政府作为成本分析和补贴计算的依据｡

在采用上述补贴方案的基础上分析得出电能替代实施建议:优先鼓励新投建用户使用电气设备,次之鼓励使用年份较长的老设备用户换用电气设备;推荐用户使用效率更高的电气设备;优先选取用户较集中,电能替代意愿较强的片区进行电能替代;定期调整峰谷电价,以使电动车能参与和燃油车的竞争,而港口公司对输出电力也可实施峰谷电价;此外,政府部门应对电能替代效果进行推广宣传,以提高用户的接受度｡这些建议可高效发挥财政补贴对电能替代的促进作用,政府部门可参考采用｡

参考文献:

[1]张新鹤,宋阳,黄伟,等.计及电源结构时空特性的电能替代评价[J].中国电力,2019,52(3):61-67,119.

[2]阮前途,陈赟,潘智俊.新型电力系统对实现沿海城市双碳目标贡献的探讨[J].电力系统自动化,2022,46(14):11-18.

[3]方晓涛，严正，王晗，等.考虑“路-车-源-荷”多重不确定性的交通网与配电网概率联合流分析［J］.电力系统自动化，2022，46（12）：76-87.