王雁凌, 徐丹蕾, 馬洪宇, 梁 冰

(華北電力大學電氣與電子工程學院, 北京市 102206)

0 引言

天然氣分布式能源可同時為用戶提供冷、熱、電等產品,實現(xiàn)了能源的梯級利用,有效促進了綜合能源利用效率的提高[1]。推動天然氣分布式能源的健康有序發(fā)展有助于能源結構優(yōu)化升級,是中國未來能源產業(yè)的重要發(fā)展方向。國家發(fā)改委發(fā)布的《關于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》及《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》等文件都對發(fā)展天然氣分布式能源提出了要求。

由于中國天然氣分布式能源原動機及控制裝置主要依賴進口,項目整體造價高昂。同時,國內天然氣價格偏高,又加重了項目的運行負擔[2]。天然氣分布式能源的發(fā)展受到投建成本及運行成本高昂的雙重壓力,令已投建項目經營困難,未投建項目望而卻步,亟須政府提供一定的補貼。

中國天然氣分布式能源起步較晚,國家層面的配套支持政策和具體落實措施仍然缺乏,也未對各省市補貼提出明確要求,目前僅有上海市[3]、長沙市[4]和青島市[5]出臺了相關補貼政策,且補貼模式仍存在不足,亟須制定天然氣分布式能源補貼指導性標準。

部分學者對天然氣分布式能源補貼進行了研究。文獻[6-7]總結了國內外天然氣分布式能源發(fā)展現(xiàn)狀和政策,歸納了對天然氣分布式能源的補貼主要包括上網(wǎng)電價補貼、氣價優(yōu)惠、貸款貼息、稅收減免、技術研發(fā)補貼、投資補貼等。文獻[8]總結了日本天然氣分布式發(fā)展動態(tài)及啟示,建議國內加快技術研發(fā)和具體補貼標準的制定。文獻[9]提出了基于成本法、基于節(jié)能量法的分布式天然氣上網(wǎng)電價定價機制。文獻[10]對現(xiàn)有政策下的能源價格策略進行了分析,提出了上網(wǎng)電價及氣價參考范圍。文獻[11]探討了不同補貼政策對天然氣分布式能源發(fā)展的影響。文獻[12]分析了補貼政策對縮短投資回收期方面的作用。文獻[13]簡單提到了補貼的制定應根據(jù)容量規(guī)模分類,容量較小的項目所需補貼額度高于容量較大的項目。

已有文獻大部分都停留在補貼方案定性分析上,缺乏對補貼的定量研究。本文針對天然氣分布式能源補貼進行了系統(tǒng)性定量研究,提出了按天然氣分布式能源項目所處發(fā)展階段分類的分階段補貼機制,并建立了基于內部收益率(IRR)的補貼測算模型,最后通過對上海市能源項目的算例分析,為各省市天然氣分布式能源補貼政策的制定提供了參考。

1 現(xiàn)行補貼政策問題分析

現(xiàn)行天然氣分布式能源補貼政策主要存在缺乏統(tǒng)一性、不夠系統(tǒng)全面、條件設置不科學、發(fā)放方式欠妥四方面的問題。

1)缺乏統(tǒng)一性。天然氣分布式能源補貼政策還未出臺國家層面的統(tǒng)一性規(guī)范,各省市各行其是,大部分省市仍缺乏具體支持政策,僅上海市、長沙市和青島市出臺了相關補貼文件,但三地的補貼內容、補貼范圍、補貼金額也是差異較大。

2)不夠系統(tǒng)全面。現(xiàn)行補貼政策的制定缺乏系統(tǒng)全面的考量:一是能源項目分類方式較為簡單,長沙市補貼分樓宇型和區(qū)域型,上海市補貼以單機容量是否超過10 MW來劃分,缺少對不同項目成本及盈利能力的深入研究;二是補貼內容不夠完整,現(xiàn)行政策僅分為設備投產補貼和能效補貼,忽略了對項目在培育期階段發(fā)電利用小時數(shù)較低時的運行補貼。

3)條件設置不科學。仍以上海市補貼為例,在能效激勵補貼方面,對綜合能效設置70%和80%的階梯補貼思路值得借鑒,但由于缺乏培育期運行補貼,能效補貼對年發(fā)電利用小時數(shù)要求較低,僅要求達到2 000 h或3 000 h,與天然氣分布式項目6 000 h的年發(fā)電利用小時數(shù)規(guī)劃值相去甚遠,不利于發(fā)揮補貼制度在提高項目達產率上的政策導向。

4)發(fā)放方式欠妥?，F(xiàn)行能效激勵普遍采用一次性補貼的方式,不能起到促進項目盡快提高能效的作用,也無法監(jiān)督項目在獲得補貼之后的年份繼續(xù)維持高能效運行。同時,一次到位的補貼方式也加重了政府的財政負擔。

因此,對現(xiàn)行補貼政策進行以下幾點調整:一是對天然氣分布式能源項目進行分類;二是在培育期階段加入運行補貼;三是提高能效激勵補貼對發(fā)電利用小時數(shù)的要求;四是補貼發(fā)放采用逐年給予的方式。在此基礎上,提出天然氣分布式能源分階段補貼機制。

2 分階段補貼機制

2.1 分階段補貼原則

分階段補貼原則圍繞補貼對象、補貼內容、測算方法和補貼效果展開。

1)合理分類補貼對象

綜合考慮項目供能范圍和燃機類型,并結合調研中現(xiàn)有項目單位造價及運維費用上的顯著差異,補貼機制將按樓宇型、區(qū)域內燃型和區(qū)域航改型項目分類制定。

2)幫扶項目渡過培育期

從項目運營周期來看,天然氣分布式能源項目的發(fā)展歷程主要分為培育期和成熟期兩個階段。在培育期階段,由于天然氣分布式能源項目造價高昂,項目初期資本金投入大、貸款數(shù)額較高,嚴重加重了企業(yè)的經營負擔,需要政府提供一定的投產補貼。國外在分布式能源發(fā)展的初期一般也采用投資補貼政策。其次,天然氣分布式能源項目在培育期普遍存在發(fā)電利用小時數(shù)及綜合能源利用效率偏低的情況,項目培育期虧損嚴重,需要對培育期內企業(yè)給予運行補貼。

3)激勵成熟期項目持續(xù)高能效運行

為了防止出現(xiàn)調研中部分企業(yè)片面追求發(fā)電利用小時數(shù)而忽略能效的情況,激勵天然氣分布式能源企業(yè)進入成熟期后繼續(xù)積極開拓市場,提高能效,充分實現(xiàn)天然氣分布式能源提高綜合能源利用效率和促進節(jié)能減排的建設初衷,需要建立相關能效激勵補貼。同時,將參考上海市的補貼政策設置70%和80%的能效階梯激勵。

4)科學測算補貼額度

參照風電、光伏等上網(wǎng)電價補貼測算常用方法,運用現(xiàn)有成熟的內部收益率(IRR)法為基礎,對天然氣分布式能源補貼額度進行測算。由于投產補貼及培育期運行補貼均處于項目投產前期,將對兩者的合計值,即培育期扶持補貼進行測算,其補貼目的在于使項目獲得基本收益。而成熟期能效補貼主要起到激勵與獎勵的作用,補貼額度不宜過高。

5)不增加財政負擔下優(yōu)化補貼效果

補貼在實際發(fā)放時可采用多種方式,如一次性補貼或逐年補貼等,但考慮到國內稅制原因,以及對天然氣分布式能源項目的激勵及監(jiān)督作用,在不增加財政負擔的前提下最大化補貼效果,建議采用逐年給予補貼的方式。

綜上,天然氣分布式能源的補貼機制將按照樓宇型、區(qū)域內燃型、區(qū)域航改型項目分類制定,并根據(jù)項目所處發(fā)展階段分別提供培育期扶持補貼和成熟期能效激勵補貼。如圖1所示,培育期扶持補貼包括投產補貼和培育期運行補貼;成熟期能效激勵補貼,又細分為綜合能效達到70%和80%時的階梯能效激勵補貼。采用逐年給予補貼的發(fā)放原則,并運用內部收益率法對培育期扶持補貼額度及成熟期能效激勵補貼額度進行科學測算。

圖1 項目分階段補貼Fig.1 Project subsidy by stages

2.2 能源項目發(fā)展階段界定辦法

為有效落實分階段補貼,對不同發(fā)展階段的項目提供對應階段的補貼內容,提出天然氣分布式能源項目發(fā)展階段界定辦法。

當前國內對于天然氣分布式能源項目發(fā)展階段的界定辦法較為單一,通常按一定年限來簡單劃分。在實際運營中,天然氣分布式能源項目的負荷發(fā)展受到用戶類型、客觀因素等諸多影響,僅憑年限來判斷企業(yè)是否進入成熟期,缺乏科學性,需結合天然氣分布式能源負荷發(fā)展情況具體指標及培育期年限,完善項目發(fā)展階段界定辦法,如圖2所示。

圖2 項目發(fā)展階段界定辦法Fig.2 Definition method for development stage of a project

天然氣分布式能源項目在進入成熟期后應具備較高的綜合能源利用效率和發(fā)電利用小時數(shù)。根據(jù)國內其他類型發(fā)電項目的運營經驗,以及國家發(fā)改委頒布的《關于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》中對天然氣分布式能源的定義,將項目是否滿足綜合能源利用效率達到70%和機組發(fā)電利用小時數(shù)達到設計值的70%納入界定辦法。

考慮到部分項目發(fā)展緩慢,較長時間后依然無法滿足成熟期特征,需要設定培育期年限。由于不同天然氣分布式能源項目情況差異較大,難以制定統(tǒng)一的年限標準,需由各地政府及相關部門結合項目類型特征及當?shù)刎摵稍鲩L實際情況,合理設置培育期年限。

值得強調的是,若未同時滿足成熟期發(fā)電利用小時數(shù)和綜合能效要求,僅因超過培育期年限而被判定處于成熟期的項目,不予提供成熟期能效補貼;在培育期年限內,提前達到成熟期發(fā)電利用小時數(shù)及綜合能效要求的項目,可自行選擇培育期扶持補貼或成熟期能效激勵補貼。將分別設置兩類補貼的額度范圍,以防止出現(xiàn)過度依賴培育期補貼導致發(fā)展緩慢,或是補貼額度過高造成政府財政負擔過大的局面。

3 天然氣分布式能源補貼測算模型

3.1 分階段補貼額度測算模型

測算天然氣分布式能源補貼需要建立在整個項目經營期內,考慮到內部收益率法的適用性與成熟性,應用內部收益率法為基礎進行建模。內部收益率可以分為項目內部收益率[14]和資本金內部收益率兩種[15],為了更直接地體現(xiàn)業(yè)主的投資收益情況,選用資本金內部收益率,公式如下:

(1)

式中:LNPV為經營期資本金累計凈現(xiàn)值;I為資本金投入;a為標桿數(shù)據(jù)培育期年數(shù);M1i為培育期第i年的現(xiàn)金流入額;M2i為成熟期第i年的現(xiàn)金流入額;Ni為第i年的現(xiàn)金流出額;r為內部收益率;n為項目經營周期。

M1i=Qeipe+Qhiph+Qcipc+S1+Ri

(2)

M2i=Qeipe+Qhiph+Qcipc+S2+Ri

(3)

Ni=Qgipg+Cwi+Cmi+Csi+Cri+Coi+Cfi+Cti

(4)

式中:Qei為第i年售電量;pe為電價;Qhi為第i年售熱量;ph為熱價;Qci為第i年售冷量;pc為冷價;Ri為其他收入;S1為培育期補貼;S2為成熟期補貼;Qgi第i年用氣量;pg為氣價;Cwi為第i年水費;Cmi為第i年材料費;Csi為第i年職工薪酬;Cri為第i年運維費用;Coi為第i年其他費用;Cfi為第i年財務費用;Cti為第i年稅收費用。

在具體測算培育期補貼額度時,S2取0,r取某一特定值r1,通過調整S1使式(1)成立,此時S1=S1a即為培育期年補貼。

在具體測算能效激勵補貼時,S1=S1a,進一步提升r至r2時,使式(1)成立的S2=S2a即為成熟期能效激勵年補貼。

3.2 標桿數(shù)據(jù)選取

標桿數(shù)據(jù)的選取分為通用基礎數(shù)據(jù)、分能源項目類型數(shù)據(jù)和分地區(qū)數(shù)據(jù)三類,按行業(yè)及地區(qū)平均水平取值。

1)通用基礎數(shù)據(jù)包含項目經營年限、建設期參數(shù)、發(fā)電利用小時數(shù)設計值、培育期與成熟期負荷參數(shù)等指標,詳細數(shù)據(jù)見附錄A表A1。

2)分能源項目類型數(shù)據(jù)按樓宇型、區(qū)域內燃型、區(qū)域航改型進行分類,包含單位造價、發(fā)電裝機、檢修費用等指標,詳細數(shù)據(jù)見附錄A表A2。

3)分地區(qū)數(shù)據(jù)根據(jù)各地實際情況具體制定,包括電價、氣價、冷熱價、燃氣低位熱值等指標。

4 算例分析

上海市天然氣分布式能源項目樣本較為豐富和全面,且當?shù)刎斦邮苣芰ο鄬^強,以上海市為例進行算例分析。首先制定上海市標桿數(shù)據(jù),詳細數(shù)據(jù)見附錄A表A3,其次運用內部收益率法對培育期扶持補貼額度及成熟期能效補貼額度進行測算分析。

4.1 培育期扶持補貼

首先對現(xiàn)行電價下培育期扶持補貼進行研究,測算得到此時所需補貼額度過高,可執(zhí)行性差,需對電價進行調整后測算。

1)現(xiàn)行電價下培育期扶持補貼

首先測算執(zhí)行現(xiàn)行電價,使內部收益率分別達到0%,1%,3%時的培育期補貼額度,測算結果見附錄A表A4。

在現(xiàn)行電價下,無補貼時樓宇型和區(qū)域內燃型項目虧損嚴重,區(qū)域航改型略有盈利。僅通過補貼提高項目內部收益率所需補貼金額過高,給地方政府財政造成較大壓力,可執(zhí)行性差,應結合電價調整、氣價優(yōu)惠、稅收優(yōu)惠等共同分擔。各因素變動都可通過修改標桿數(shù)據(jù)體現(xiàn),算例中考慮電價調整。

本文認為合理的電價是使得項目至少維持保本或獲得基本收益,引用附錄A表A5中上海市分類標桿電價測算結果對算例電價進行調整。

樓宇型和區(qū)域內燃型項目電價上漲幅度較大,建議采用內部收益率0%時的標桿電價。此時樓宇型電價為0.984 2元/(kW·h),區(qū)域內燃型電價為0.912 6元/(kW·h)。

區(qū)域航改型項目單位造價及運維費用相對較低,盈利能力遠超過樓宇型和區(qū)域內燃型,且項目裝機容量較大,通過補貼進一步提高內部收益率造成財政負擔過高。若將區(qū)域航改型項目電價調整為內部收益率5%時的標桿電價,此時電價水平為0.763 5元/(kW·h),相較其他兩類項目依然偏低。因此,區(qū)域航改型項目采用內部收益率5%時的標桿電價,在此基礎上不再額外提供培育期補貼。

2)標桿電價下培育期扶持補貼

以下測算樓宇型、區(qū)域內燃型項目采用內部收益率0%時的標桿電價,使內部收益率分別達到1%或3%時的培育期補貼額度,測算結果見表1。

4.2 成熟期能效補貼

區(qū)域航改型項目通過能效補貼進一步提升內部收益率時,所需補貼過高,因此,按樓宇型和區(qū)域內燃型中的較低標準執(zhí)行。

樓宇型和區(qū)域內燃型項目在采用內部收益率0%時標桿電價及內部收益率1%或3%時培育期扶持補貼下,內部收益率增長相同幅度所需能效補貼差異較小,取兩種情況下的能效補貼平均值,測算結果見表2。

4.3 補貼額度分析及推薦

綜合上述測算結果,上海市天然氣分布式能源項目電價、培育期扶持補貼及成熟期能效激勵階梯補貼額度推薦范圍匯總見表3。

表1 標桿電價下培育期補貼額度Table 1 Subsidy measurements of rearing stage based on benchmarking electricity price

表2 成熟期能效補貼額度Table 2 Subsidy measurements of mature stage

表3 上海市分階段補貼額度推薦范圍匯總Table 3 Recommended range of subsidy by stages in Shanghai

電價采用上述標桿電價時,考慮到財政壓力,按較低額度進行建議,推薦樓宇型項目培育期扶持補貼額度3 300萬元,成熟期能效激勵補貼額度2 000萬元;區(qū)域內燃型項目培育期扶持補貼額度3 000萬元,成熟期能效激勵補貼額度1 700萬元;區(qū)域航改型項目由于執(zhí)行內部收益率5%時電價,不提供培育期扶持補貼,成熟期能效激勵補貼額度1 700萬元。

5 結論

1)針對當前天然氣分布式能源項目經濟效益較差,運行艱難,而補貼政策較為欠缺的情況,提出了天然氣分布式能源分階段補貼機制,并運用內部收益率法定量測算補貼額度。

2)上海市補貼算例結果表明,當前天然氣分布式能源項目僅依靠補貼獲得基本收益難度較大,應結合電價調整、氣價優(yōu)惠、稅收優(yōu)惠等措施分擔補貼壓力,共同促進天然氣分布式能源的健康有序發(fā)展。

3)本文研究存在一定的地域局限性。由于補貼額度測算涉及地區(qū)數(shù)據(jù),對地區(qū)樣本數(shù)量要求較高。國內目前在上海、北京、廣州地區(qū)的天然氣分布式能源項目發(fā)展較快,項目數(shù)量也較多,其他地區(qū)樣本數(shù)量相對較少,補貼額度測算的準確性將受到一定影響,仍需進一步完善。

附錄見本刊網(wǎng)絡版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

[1] 王進,李欣然,楊洪明,等.與電力系統(tǒng)協(xié)同區(qū)域型分布式冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)集成方案[J].電力系統(tǒng)自動化,2014,38(16):16-21.DOI:10.7500/AEPS20130523006.

WANG Jin, LI Xinran, YANG Hongming, et al. An integration scheme for DES/CCHP coordinated with power system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2014, 38(16): 16-21. DOI: 10.7500/AEPS20130523006.

[2] 王雁凌,李蓓,崔航.天然氣分布式能源站綜合價值分析[J].電力系統(tǒng)自動化,2016,40(1):136-142.DOI:10.7500/AEPS20150521003.

WANG Yanling, LI Bei, CUI Hang. Comprehensive value analysis for gas distributed energy station[J]. Automation of Electric Power Systems, 2016, 40(1): 136-142. DOI: 10.7500/AEPS20150521003.

[3] 上海市人民政府辦公廳.上海市天然氣分布式供能系統(tǒng)和燃氣空調發(fā)展專項扶持辦法[EB/OL]. [2017-01-03]. http://www.shanghai.gov.cn/nw2/nw2314/nw2319/nw12344/u26aw50959.html.

[4] 長沙市人民政府辦公廳.長沙市促進天然氣分布式能源發(fā)展辦法[EB/OL].[2017-03-06].http://www.changsha.gov.cn/xxgk/gfxwj/szfbgt/201703/t20170314_1937978.html.

[5] 青島市人民政府辦公廳.青島市加快清潔能源供熱發(fā)展若干政策[EB/OL].[2015-01-07].http://www.qingdao.gov.cn/n172/n68422/n68424/n30259215/n30259217/150107155030336721.html.

[6] 王濤.國內外天然氣分布式能源發(fā)展的相關政策及分析[J].上海節(jié)能,2016,35(9):477-481.

WANG Tao. Related policies and analysis of natural gas distributed energy development at home and abroad[J]. Shanghai Energy Conservation, 2016, 35(9): 477-481.

[7] 何潤民,周娟,王良錦,等.促進我國天然氣分布式能源發(fā)展的政策思考[J].天然氣技術與經濟,2013,29(6):3-6.

HE Runmin, ZHOU Juan, WANG Liangjin, et al. Policy research on promoting the development of natural gas distributed energy resources in China[J]. Natural Gas Technology and Economy, 2013, 29(6): 3-6.

[8] 任洪波,吳瓊,楊秀,等.日本分布式熱電聯(lián)產系統(tǒng)發(fā)展動態(tài)及啟示[J].中國電力,2014,48(7):108-114.

REN Hongbo, WU Qiong, YANG Xiu, et al. Development of distributed cogeneration system in Japan and the revelation to China[J]. Electric Power, 2014, 48(7): 108-114.

[9] 周波.分布式天然氣發(fā)電定價機制及實證研究[D].北京:華北電力大學,2015.

[10] 晁亮亮,劉青榮,阮應君.天然氣分布式能源系統(tǒng)的能源價格策略研究[J].熱能動力工程,2017,32(6):7-11.

CHAO Liangliang, LIU Qingrong, RUAN Yingjun. Study on energy price strategy for natural gas distributed energy system[J]. Journal of Engineering for Thermal Energy and Power, 2017, 32(6): 7-11.

[11] DONG Rentao, XU Jiuping. Impact of differentiated local subsidy policies on the development of distributed energy system[J]. Energy and Buildings, 2015(101): 45-53.

[12] ZHANG J, CHO H, KNIZLEY A, et al. Evaluation of financial incentives for combined heat and power (CHP) systems in U.S. regions[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2016, 59: 738-762.

[13] KONSTANTAKOS V, PILAVACHI P A, POLYZAKIS A, et al. A decision support model for combined heat and power economic evaluation[J]. Applied Thermal Engineering, 2012, 42(3): 129-135.

[14] 孫丙香,姜久春,張維戈,等.基于內部收益率法的動力電池租賃價格測算[J].電力系統(tǒng)自動化,2011,35(13):27-30.

SUN Bingxiang, JIANG Jiuchun, ZHANG Weige, et al. Measurement of the power battery leasing price based on the internal rate of return method[J]. Automation of Electric Power Systems, 2011, 35(13): 27-30.

[15] 劉東海,胡安琪,張偉波.水電工程投資、工期與電價對資本金內部收益率的影響分析[J].水力發(fā)電,2017,43(3):94-97.

LIU Donghai, HU Anqi, ZHANG Weibo. Influence analysis of uncertainties of investment, schedule and electricity price on capital internal rate of return in hydropower projects[J]. Water Power, 2017, 43(3): 94-97.