丁樂群，董術(shù)濤

（東北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，吉林省吉林市 132012）

基于環(huán)境效益的風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)效益分析

丁樂群，董術(shù)濤

（東北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，吉林省吉林市 132012）

0 引言

以煤炭、天然氣、石油、水力和核物質(zhì)為原料的傳統(tǒng)電力開發(fā)造成了大量的環(huán)境負(fù)擔(dān)，如環(huán)境污染、酸雨、氣候異常、放射性廢物處理和石油泄漏等。風(fēng)力發(fā)電沒有任何污染物的排放，對環(huán)境的影響很小，所以稱之為清潔能源[1]。從生產(chǎn)者角度看，風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)成本要比火電的經(jīng)濟(jì)成本高（現(xiàn)階段而言），但從社會(huì)效益角度考慮，風(fēng)電的綜合效益好于火電。其前提是治理火力發(fā)電所帶來的環(huán)境污染的費(fèi)用，或使用潔凈煤技術(shù)的成本要高于風(fēng)電與火電的成本差[2]。因此，要對風(fēng)電項(xiàng)目進(jìn)行恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)分析，有必要對治理火電環(huán)境污染的成本費(fèi)用有一個(gè)正確的估計(jì)。

1 火電環(huán)境污染的成本費(fèi)用

1.1 火電燃煤污染物排放率測算

火電的環(huán)境污染主要是燃煤產(chǎn)生的污染物，目前，中國的煤電占總電力的80%，其中高耗能、高污染的老煤電占30%以上，脫硫煤電的容量還不到2%。煤電的污染物排放率是指燃燒單位量的燃料（1t煤）所排放的污染物的質(zhì)量。一般來說，火力發(fā)電的污染物主要有SO2，NOx，CO2，CO，懸浮顆粒物，粉爐灰和爐渣等。

SO2是常規(guī)煤電的首要污染物。影響燃煤SO2排放量的主要因素是煤中的含硫量，其次是燃燒過程中煙氣硫的轉(zhuǎn)化率。煤電廠SO2排放量以下式計(jì)算[3]。

式中，GSO2為SO2排放量；B為耗煤量；Sy為燃煤應(yīng)用基含硫率；KSO2為燃煤硫向煙氣硫的轉(zhuǎn)化率；λSO2為SO2與S的摩爾質(zhì)量比，約為2；η為脫硫效率。

如果取煤炭含硫率Sy=1%（環(huán)保要求發(fā)電用煤的含硫率不超過1%，而我國煤炭平均含硫率為1.74%），燃煤電廠平均煙氣硫轉(zhuǎn)化率為0.9，常規(guī)燃煤電廠的SO2排放率為18kg/t。如果電廠增加了煙氣脫硫裝置（FGD），脫硫效率η為0.87時(shí)，SO2的排放率為2.34kg/t。

NOx是常規(guī)煤電的第二大污染物。目前，燃煤電廠在常規(guī)燃燒方式下生成的NOx，NO占90%。國外KenOKazaki等學(xué)者采用多變量回歸方法，導(dǎo)出了NO轉(zhuǎn)化率公式[4]：

式中,CR為NO的轉(zhuǎn)化率，即燃燒過程中最終生成的NO濃度與燃料中的氮全部轉(zhuǎn)化為NO時(shí)的濃度之比；N為燃煤的氮含量；V為燃料中的揮發(fā)份含量；λ為氧與燃料化學(xué)當(dāng)量比；Tmax為爐膛火焰最高溫度；RO2為空氣中初始氧含量。

CO2是常規(guī)煤電排放最多的污染物，也是重要的溫室氣體，其排放率公式如下[4]：

式中,GCO2為CO2的排放率，kg/t；B為耗煤量，kg；Q為煤炭的單位熱值，MJ/kg；E為單位熱值下潛在的碳排放量，kg/MJ；KCO2為燃料中碳的氧化率；λCO2為CO2與C的摩爾質(zhì)量比，約3.667。

中國煤炭實(shí)測平均數(shù)值:單位熱值Q為21.2MJ/kg；碳的潛在排放量E為24.74kg/MJ，碳的氧化率KCO2為0.9。根據(jù)此數(shù)據(jù)計(jì)算得到CO2的排放率GCO2為1731kg/t[4]。

根據(jù)目前的發(fā)電技術(shù)，發(fā)電廠燃燒1t煤所排放的污染物量和風(fēng)電的污染物的排放率見表1。表中取煤質(zhì)單位熱值Q為21.2MJ/kg，硫含量Sy為1%，灰分為15%，靜電除塵效率為99%。

表1 燃煤污染物排放率 kg/t

1.2 發(fā)電燃煤污染物成本費(fèi)用核算

根據(jù)《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法》規(guī)定，廢氣排污費(fèi)按照排污者排放污染物的種類、數(shù)量以污染當(dāng)量計(jì)算征收，每一污染當(dāng)量征收標(biāo)準(zhǔn)為0.6元。根據(jù)我國2003年發(fā)布的《排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)（試行）計(jì)算辦法》，火電廠常見的幾種污染物當(dāng)量值見表2[5]。

表2 大氣污染物污染當(dāng)量值 kg

大氣污染物污染當(dāng)量數(shù)的計(jì)算：

排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn) (PCS)不等同于環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)(EVS)。環(huán)境價(jià)值是指污染物減排本身所蘊(yùn)含的價(jià)值，排污收費(fèi)只是環(huán)境價(jià)值的外在貨幣表現(xiàn)，并不是環(huán)境的實(shí)際價(jià)值。按照目前的排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，排污收費(fèi)遠(yuǎn)小于環(huán)境價(jià)值。

火電廠燃燒污染物氣體成本費(fèi)用Cq計(jì)算公式如下：

式中,Gi為排放第i種氣體污染物所交納的排污收費(fèi)。我國現(xiàn)行的火電廠排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)是按照污染物當(dāng)量收取排污費(fèi)，即：

式中，λh為環(huán)境功能分區(qū)收費(fèi)調(diào)整系數(shù) (三類取0.9，二類取1.0，一類取1.1)；λd為地區(qū)收費(fèi)調(diào)整系數(shù)(不發(fā)達(dá)地區(qū)取0.8，一般地區(qū)取1.0，發(fā)達(dá)地區(qū)取1.2)；a為每當(dāng)量污染物應(yīng)交納的排污費(fèi)(元/當(dāng)量)(根據(jù)我國“排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法”規(guī)定，a取0.6元/當(dāng)量)；gi為第i種污染物的當(dāng)量數(shù)和。

燃煤電廠產(chǎn)生的固體廢物目前還沒有做到循環(huán)利用或者只有部分被使用，其余的直接被堆放在露天環(huán)境下，容易對環(huán)境造成影響。根據(jù)《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法》規(guī)定：對無專用貯存或處置設(shè)施和專用貯存或處置設(shè)施達(dá)不到環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（即無防滲漏、防揚(yáng)散、防流失設(shè)施）排放的工業(yè)固體廢物，一次性征收固體廢物排污費(fèi)。每噸固體廢物的征收標(biāo)準(zhǔn)為：冶煉渣25元、粉煤灰30元、爐渣25元、其他渣（含半固態(tài)、液態(tài)廢物）25元。

在參照排污總量收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對比美國環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，評估出目前我國火力發(fā)電行業(yè)各種污染物的排放收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)如表3[4]。

表3 火電行業(yè)各種污染物排放收費(fèi)表 元/kg

從表3的估算的結(jié)果來看，火電廠的排污收費(fèi)是很高的，而且不同的污染物其收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)是不同的，在一定程度上反映了火電廠污染成本的成本費(fèi)用。

2 風(fēng)力發(fā)電的環(huán)境效益分析

評估風(fēng)力發(fā)電的環(huán)境效益是相對火力發(fā)電而言的，以風(fēng)力發(fā)電3×1010kW·h作為計(jì)算對象(按火力發(fā)電標(biāo)煤350g/（kW·h），則每年可為國家節(jié)省標(biāo)煤1.05×107t。結(jié)合表1、表3計(jì)算得到風(fēng)力發(fā)電對火力發(fā)電的環(huán)境效益如表4所示，通過各種污染物的年排放量和排放收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，利用如下公式：

表4 風(fēng)力發(fā)電牙對于火電的環(huán)境效益值

計(jì)算得到SO2，NOx，CO2的環(huán)境效益值分別為0.0378，0.0224，0.0266574元·（kW·h）-1，三者占所有污染物環(huán)境價(jià)值的絕大部分。風(fēng)力發(fā)電的總環(huán)境效益值為0.0929264元·（kW·h）-1。

3 風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益分析

為了測算風(fēng)力發(fā)電的電度成本，本文采用某風(fēng)力發(fā)電廠的工程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。該工程資本金按20%計(jì)商業(yè)銀行貸款80%，工程建設(shè)期貸款年利率為6.12%，償還期為7a，風(fēng)電場的年運(yùn)行成本為其初投資的3%；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的折舊按12.5a計(jì)算。

根據(jù)風(fēng)電場風(fēng)速、風(fēng)向資料，利用國際通用的風(fēng)資源評估軟件WASP8.1，計(jì)算得到10臺(tái)風(fēng)力機(jī)理論年發(fā)電量為4.408×107kW·h，平均單機(jī)發(fā)電量為4.408×106kW·h?？紤]到風(fēng)力機(jī)利用率、功率曲線修正、尾流影響、場內(nèi)能量損耗、控制及湍流、鹽霧及污染等因素對發(fā)電量的影響，推求得風(fēng)電場的上網(wǎng)電量為3.312×107kW·h，平均單機(jī)年發(fā)電量為3.312×106kW·h，風(fēng)電場裝機(jī)利用為2208h。

該項(xiàng)目計(jì)算期取23a，其中建設(shè)期為1a，生產(chǎn)期為22a。該工程部分經(jīng)濟(jì)指標(biāo)參見表5。

表5 某風(fēng)力發(fā)電廠部分經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 萬元

國內(nèi)單位度電運(yùn)行成本研究較少，本文單位度電運(yùn)行成本參考德國、西班牙、英國和丹麥的風(fēng)電場在整個(gè)試用期里的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，大致為每千瓦時(shí)1.2～1.5歐分，按中國銀行2010年1月2日外匯折算價(jià)1歐元兌人民幣9.7796元，折算為0.117355～0.146694元。

風(fēng)力發(fā)電單位電度成本計(jì)算分為3個(gè)階段，即還貸折舊期和還貸后折舊期以及還貸后折舊后分別計(jì)算。其計(jì)算公式如下[6]：

綜上，還貸折舊期(第1年至第7年)的風(fēng)力發(fā)電單位電度成本為：

還貸后折舊期(第8年至第12年)的風(fēng)力發(fā)電成本為：

還貸后折舊后(第13年至第22年)的風(fēng)力發(fā)電：

從計(jì)算的結(jié)果可以看出：在還貸折舊期(第1年至第7年)，風(fēng)力發(fā)電單位電度成本相對較高，達(dá)到0.6307352元·（kW·h）-1；在還貸后，第2階段的還貸后折舊期(第8年至第12年)，沒有利息壓力的風(fēng)電電度成本降到0.4364675元·（kW·h）-1，這一成本已經(jīng)可以和核電相競爭，但還是高于火電的電度成本；但到了第3階段，即還貸后折舊后(第13年至第22年)，風(fēng)力發(fā)電的電度成本只剩下電度運(yùn)行成本，為0.1190366元·（kW·h）-1，已經(jīng)完全低于火電的電度成本。如果將上述3階段的電度成本進(jìn)行加權(quán)平均，則得到風(fēng)力發(fā)電在生產(chǎn)期內(nèi)的單位電度成本為：生產(chǎn)期內(nèi)的單位電度成本＝

由于風(fēng)電的單位電度成本較高，導(dǎo)致其上網(wǎng)電價(jià)相對火電、水電等能源高很多，火電的平均上網(wǎng)電價(jià)為0.28～0.40元·（kW·h）-1，而風(fēng)電的平均上網(wǎng)價(jià)格[7]為0.56元·（kW·h）-1。風(fēng)電的上網(wǎng)價(jià)格平均比火電的平均上網(wǎng)價(jià)格高出0.22元·（kW·h）-1。但是如果考慮到風(fēng)力發(fā)電的環(huán)境效益，火電的平均上網(wǎng)電價(jià)將變?yōu)?.3729264～0.4929264元·（kW·h）-1，風(fēng)電的平均上網(wǎng)電價(jià)格將變?yōu)?.4670736元·（kW·h）-1，此時(shí)兩者的電價(jià)基本平行，而且如果火電的單位電度成本大于0.2610668元·（kW·h）-1（用風(fēng)電場生產(chǎn)期內(nèi)的單位電度成本減去環(huán)境效益值）時(shí)，則風(fēng)電場的電度成本要比火電的低。由此可見，如果考慮風(fēng)電的環(huán)境效益，從長遠(yuǎn)來看，其經(jīng)濟(jì)效益要優(yōu)于火電的[8]。

4 結(jié)語

本文主要研究火電廠的污染物排放費(fèi)用，在此基礎(chǔ)上，對風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行環(huán)境效益分析，計(jì)算出其環(huán)境效益值0.0929264元·（kW·h）-1，接著對具體的風(fēng)電場實(shí)例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，計(jì)算出其生產(chǎn)期內(nèi)的單位電度成本0.3539932元·（kW·h）-1，在考慮風(fēng)電的環(huán)境效益的前提下，當(dāng)火電廠的單位電度成本小于前兩者之差0.2610668元·（kW·h）-1時(shí)，則風(fēng)力發(fā)電具有較好的經(jīng)濟(jì)性和廣闊的前景。筆者認(rèn)為組織力量對火電污染帶來的成本進(jìn)行評估和風(fēng)電環(huán)境效益定量化是提高對風(fēng)電進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)的科學(xué)性的一個(gè)重要問題。

[1]郭昆.內(nèi)蒙古太仆寺旗貢寶拉格風(fēng)電場項(xiàng)目綜合效益評價(jià)研究[D].華北電力大學(xué)，2008.

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Analysis on Economic Benefits of Wind Farms Based on Environmental Benefits

DING Le-qun，DONG Shu-tao
(School of Economics and Management,Northeast Dianli University,Jilin 132012,Jilin Province,China)

To deepen the current understanding of the economical benefits of wind power,the paper,based on the present emission and sewage discharge cost rate and the U.S standard of environmental values,estimates the total cost of the emission and sewage discharge for a certain thermal power plant according to its own emission and sewage conditions.With this estimation,the environmental benefit of a wind power is calculated.Considering the environmental benefit of wind power,if the unit cost of a thermal power plant is greater than the difference between the unit cost for one KWH during the operation life and the unit environmental benefit,wind power will have better economic benefit and prospects for development.

wind power;thermal power;emission charges for pollutants;environmental benefit analysis;economic benefit analysis

為了對風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，在現(xiàn)有排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和美國環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，從火電廠的污染物排放出發(fā)，測算出火電廠的污染物排放費(fèi)用，進(jìn)而推算出風(fēng)電場的環(huán)境效益值，通過實(shí)例計(jì)算得到某風(fēng)電場的環(huán)境效益值，如果考慮風(fēng)電的環(huán)境效益，當(dāng)火電廠的成本大于兩者（生產(chǎn)期內(nèi)單位電度成本與環(huán)境效益值）之差時(shí)，風(fēng)力發(fā)電具有較好的經(jīng)濟(jì)性和廣闊的發(fā)展前景。

風(fēng)力發(fā)電；火力發(fā)電；污染物排放費(fèi)用；環(huán)境效益分析；經(jīng)濟(jì)效益分析

1674-3814（2010）09-0044-04

TM614

A

2010-03-24。

丁樂群（1947—），男，教授，博士,主要研究方向是電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)、電力市場、博弈論、項(xiàng)目管理等；

董術(shù)濤（1984—），男，碩士,主要研究方向電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)、項(xiàng)目管理、電力企業(yè)財(cái)務(wù)管理等。

（編輯 徐花榮）