电能替代项目中用户的经济性评价与分析

杨 杰，何永秀，叶钰童，余 蕾

（华北电力大学，北京 102206）

0 引言

随着电能替代项目的不断开展，越来越多的电能替代方式进入到人们生活中。电能替代是否具有经济性决定了项目能否为人们所接受。

在电能替代的经济性评价方面，学者们进行了大量研究。王东等对电能替代可行性进行了研究，并分析效益，进而证明了电能替代具有实施潜力［1］。陈蓉珺针对西气东输加压站进行电能替代研究，分析电能替代的必要性以及西气东输电能替代的技术实现［2］。武中等基于能耗及经济成本等因素，建立分析模型得出采用地源热泵作为主供暖设施、电锅炉作为辅助供暖设施是目前电能供暖综合最佳解决方案［3］。

结合以往研究成果可知，学者们多从其中某一方面对电能替代项目进行研究，为了反映实际项目中用户费用情况，从财务指标和临界电价两个角度建立模型，对电能替代中用户效益进行分析。从财务角度上用户可以直观知晓费用情况，从临界电价方面，用户可以了解电价的临界点，即电价在哪一范围内，替代项目仍然经济。

1 电能替代经济型分析模型

1.1 基于增量分析的电能替代互斥方案

电能替代前的方案和电能替代后的方案构成了互斥方案，在对多个互斥方案进行比选时，只能选取其中之一。在对电能替代前后方案费用年值进行分析的基础上，从差额净现值和差额内部收益率两个方面进行增量分析，比较电能替代前后方案的经济性。

1.1.1 电能替代前后费用年值分析

1）电能替代前后用户费用流。

在电能替代前，用户付出的费用大致有一次性的设备购置费、传统化石能源每年使用费用、设备每年的维护费用等。此外，考虑到传统设备存在CO2、SO2等污染物排放问题，对部分企业而言，还存在每年的污染治理费用。电能替代前费用流如图1所示。

图1 电能替代前费用流

在用户实施电能替代后，往往要更换原有设备，存在一定的设备投资成本，设备的安装也会产生一定的费用流出，归到设备投资成本部分；此外还有每年需要支付的用电费用及设备维护费用，也需要考虑在内。电能替代后费用流如图2所示。

图2 电能替代后用户费用流

2）电能替代前后费用年值分析。

费用年值是一种以货币单位计量的动态价值型经济效果评价指标，在评价时不仅计入了资金的时间价值，而且考察了项目在整个寿命期内支出的全部经济数据，相比静态指标更全面、更科学［5］。

该指标可适用于对多个方案进行评优。如果各方案产出价值相同，或能够满足同样需要但其产出效益难以用价值形态（货币）计量时，可以通过对各方案费用年值的比较进行选择。其判别准则是费用年值小的方案为优。具体计算公式为

在“将博物馆带回家”的理念大为流行的今天，我们留意到，受众群体对文化附加值的审美需求异常旺盛。“文创”产品的推陈出新，在吸引公众眼球的同时，日益成为各大景点相得益彰的文化名片。比如故宫博物院，不以老大自居，在文创产品上下大功夫，目前已经开发出几千种文创纪念品，还建立了文化创意体验馆，一时间成为时尚旅游地，使故宫这座百年宫廷建筑群落充满了新时代的魅力。

式中：Aa、Ab分别为电能替代前、 后费用年值；Ua、Ub分别为电能替代前、后用户投资额；Na、Nb分别为电能替代前、后设备的使用寿命；i为折现率；Fa、Fb分别为电能替代前、后用能费用；Ma、Mb分别为电能替代前、后维护费用；分别为电能替代前、后的年值系数；Fc为年节省用能费用；Mc为年节省维护费用；Ac为费用年值减少额。

比较Aa与Ab的大小，费用年值小者为优。并且从Fc、Mc、Ac3个数值中可以得到每年用能费用、维护费用以及费用年值较少额。若涉及多个方案，不同方案的经济程度与费用年值的大小成反相关。

1.1.2 基于差额净现值的电能替代前后方案比选

当互斥方案寿命不等时，一般情况下，各方案的现金流在各自寿命期内的净现值不具有可比性，因此必需设定一个共同的分析期。分析期的设定应根据决策的需要和方案的技术经济特征来决定。考虑到电能替代项目在寿命期结束后按原来方案可重复实施若干次，研究采用寿命期最小公倍数法，取各备选方案寿命的最小公倍数作为共同的分析期。

设a、b分别代表投资额不等的电能替代互斥方案，a方案比b方案投资大，两方案的差额净现值为

式中：ΔQ为互斥方案的差额净现值；Ia和Ib分别代表a方案和b方案的现金流入；Oa和Ob分别代表a方案和b方案的现金流出；t为方案分析期；Qa为a方案净现值；Qb为b方案净现值。

用增量分析法进行互斥方案比选时，若ΔQ＞0，表明增量投资可以接受，投资（现值）大的方案经济效果好，即a方案经济效果好；若ΔQ＜0，表明增量投资不可以接受，投资（现值）小的方案经济效果好，即b方案经济效果好。

1.1.3 基于差额内部收益率的电能替代前后方案比选

设a、b分别表示电能替代互斥方案，在满足以下条件时可通过差额内部收益率进行方案的比选：初始投资额大的方案年均净现金流大，且寿命期长；初始投资额大的方案年均净现金流小，且寿命期短。

式中：R为互斥方案差额内部收益率；na和nb分别为a方案和b方案的寿命期；Ia为方案a在t年的现金流入；Oa为方案a在t年的现金流出；Ib为方案b在t年的现金流入；Ob为方案b在t年的现金流出。

方案比选的准则为：基准折现率为i0，在R存在的情况下，若R＞i0，则年均净现金流大的方案为优；若0＜R＜i0，则年均净现金流小的方案为优。

1.2 基于临界电价的电能替代经济性分析

临界电价指的是当电能替代方案前后的费用相等时，计算得到的电价值，当临界电价高于替代后电价时，代表用户实施电能替代后总体费用较之前的少，即电能替代具有较好的经济性［5］。在电能替代的经济性测算中，应当对新建和改造项目予以区分。电能替代新建项目应当综合考虑运用传统能源和电能全寿命周期中所有费用。改造项目中，在改造时间点以前发生的所有费用都视为沉没成本，不再考虑。分新建项目与改造项目2种情况对电能替代临界电价进行测算，对于电能替代改造项目来说，其改造前的用户投资、电网投资、政府建设补贴均取0。构建基于临界电价的电能替代经济性分析模型。

1）电能替代传统化石能源均通过利用电能提供热能或者动能实现，根据电能替代前后供能效果相等的原则，可以得出：

因此：

式中：Ha、Hb分别为电能替代前、后的年均供热（动能）量；Va、Vb分别为电能替代前、后的用能及用电的热值；ηa、ηb分别为电能替代前、后的能源转化效率；Pa为电能替代前用能价格；Pb为临界电价；Fc为基于此模型的电能替代后的虚拟用能费用。

2）根据费用年值前后相等的原则，可以得出：

式中：Ea为电能替代前年污染治理费用；Rb为电能替代后效率提升带来的年收益。 因此，基于式（10）、式（11），可以推算出电能替代项目的临界销售电价，即

2 算例分析

以某一购物商场为例，该购物商场面积为7万m2左右，以便商场的正常运行，现在有两种夏季制冷方案供用户选择，电能替代前使用普通中央空调，电能替代后使用冰蓄冷空调系统。比较电能替代前后的费用流，分析冰蓄冷空调系统的经济性。

2.1.1 电能替代前后费用年值分析

电能替代前，空调供应面积为7万m2，现行市场7 350 W的空调供应面积为140 m2，故此类中央空调需要500台。每台中央空调为17 500元，由此得出项目的初始建设投资费用为875万元；由历史数据可知，该购物商场使用普通空调夏季制冷电量为150万kWh，按一般工商电价，每年电费127.5万元；空调的维护费用约400元/（台·a），该项目每年的维护费用为20万元。

电能替代后，该项目的建设投资费用为2 670万元；普通空调的能效比为2.7，冰蓄冷空调的能效比为3.9，可推断该项目的年替代电量为1 038 462 kWh，用电电费是35.75万元；冰蓄冷空调厂家表明冰蓄冷空调年维护费用几乎为0。

电能替代前后费用年值对比如图3所示，电能替代前的费用年值为282.33万元，电能替代后的费用年值为189.23万元，该购物中心使用冰蓄冷空调更为经济。年用能费用减少91.75万元，年维护费用减少20万元，费用年值减少93.1万元。

图3 电能替代前后费用年值对比

2.1.2 电能替代前后差额净现值分析

电能替代前的寿命期为8年，电能替代后的寿命期为40年，故选取共同的分析期40年，模型计算得出项目的差额净现值为1 544.02万元，即投资额大的项目为优，故实施电能替代具有较好的经济性。

2.1.3 电能替代前后差额内部收益率分析

使用差额内部收益率的判别条件为，投资额大的项目，年均净现金流大，寿命期长。该项目实施电能替代后，由相关数据计算得出，项目的差额内部收益率为10%，大于基准折现率，所以年均现金流大的项目为优，即实施电能替代具有较好的经济性。

2.1.4 临界电价及竞争力比较

该项目在电能替代前后年费用相等的约束条件下，采用基于临界电价的电能替代经济性分析模型，可以得到考虑初始投资情境下冰蓄冷空调系统替代普通空调的临界电价。该项目的临界电价为1.240 8元/kWh，项目建成后实际采用的双蓄电价（电蓄热采暖及电蓄冰制冷用户的用电价格）为0.344 3元/kWh，竞争力比较如图4所示。

图4 临界电价及竞争力比较

冰蓄冷空调系统采用10 kV电压等级的线路供电，根据河北省一般工商业电价表，将测算出的临界电价与现行的双蓄电价进行比较，可知临界电价远远高于双蓄电价，因此从临界电价的角度看，用冰蓄冷空调系统替代普通空调是经济的。

3 结语

从财务评价的角度来讲，实施电能替代后，项目的费用年值降低，费用年值少者为优；差额净现值为正，投资额大的项目为优；差额内部收益率大于基准折现率，年均净现金流大的为优。从临界电价的角度来讲，实施电能替代的临界电价大于现行执行的双蓄电价，实施电能替代项目为优。综上所述，实施电能替代具有较好的经济性。

随着电能替代的逐步推广，大量的互斥方案需要用户自己选择。本文仅对其中一类项目进行了探索，可为其他类似互斥项目的选择提供借鉴与参考。