張宇翔 何海艷 黃駿飛 李浩鋒

(1.鐵科院(北京)工程咨詢有限公司, 100081, 北京;2.成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院, 610106, 成都;3.國鐵建信資產(chǎn)管理有限公司, 100036, 北京∥第一作者, 助理研究員)

0 引言

為貫徹落實(shí)中國共產(chǎn)黨第二十次全國代表大會(huì)報(bào)告中“推動(dòng)能源清潔低碳利用,推進(jìn)工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域清潔低碳轉(zhuǎn)型”的要求,各地響應(yīng)國家雙碳發(fā)展戰(zhàn)略部署,積極利用余地、余熱、余壓資源,推動(dòng)熱電聯(lián)動(dòng)、分布式能源及軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目的建設(shè)。我國太陽能資源相對(duì)豐富,軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施和沿線空間具有充足的空間資源,能夠?qū)崿F(xiàn)光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化系統(tǒng)的建設(shè)。

文獻(xiàn)[1]介紹了目前國內(nèi)城市軌道交通光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀,對(duì)光伏并網(wǎng)方案及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,指出了并網(wǎng)后面臨的技術(shù)難題。文獻(xiàn)[2]表明采用光伏發(fā)電技術(shù)后,蓄電池組將太陽能電池發(fā)出的電能進(jìn)行存儲(chǔ),并將其隨時(shí)與列車充電機(jī)進(jìn)行電耦合共同為列車供電。文獻(xiàn)[3]通過調(diào)研太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用,對(duì)其未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè),認(rèn)為城市軌道交通光伏發(fā)電系統(tǒng)亟需拓展新的應(yīng)用場(chǎng)景。文獻(xiàn)[4]對(duì)高架車站與光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)合類型,高架區(qū)間光伏發(fā)電系統(tǒng)中的“光污染”治理、高架區(qū)間光伏發(fā)電系統(tǒng)集成及車輛基地光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝方式等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[5]認(rèn)為光伏發(fā)電系統(tǒng)接入城市軌道交通供電系統(tǒng)具有交流并網(wǎng)和直流并網(wǎng)2種模式,交流并網(wǎng)模式具有控制策略簡單、成熟的優(yōu)點(diǎn),直流并網(wǎng)模式通過控制策略優(yōu)化補(bǔ)償牽引網(wǎng)電壓減少的接觸網(wǎng)損耗,具有提高城市軌道交通牽引供電質(zhì)量和節(jié)能的雙重作用。文獻(xiàn)[6]認(rèn)為光伏發(fā)電系統(tǒng)選址的光資源分布情況、可供開發(fā)利用的閑置土地資源、牽引負(fù)荷功率、行車密度及地方政府支持力度等因素與光伏出力、系統(tǒng)裝機(jī)容量及電量消納率等密切相關(guān),而這些量又會(huì)直接影響到系統(tǒng)效益。文獻(xiàn)[7]從高架車站光伏建筑一體化,光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)方案、監(jiān)控方案、附屬設(shè)施等方面介紹了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)及其應(yīng)用情況。文獻(xiàn)[8]對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了科學(xué)和細(xì)致的分析與評(píng)價(jià)。

綜上可知,上述文獻(xiàn)從不同角度對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討,但目前鮮有對(duì)軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的深入研究,且尚無對(duì)影響該項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的因素以及這些因素影響程度的系統(tǒng)研究。本文以LCOE(平準(zhǔn)化度電成本)模型為基礎(chǔ),建立LNPVE(平準(zhǔn)化度電凈現(xiàn)值)模型,用于分析軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。

1 軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益模型

1.1 模型參數(shù)

在文獻(xiàn)[9-10]的研究基礎(chǔ)上,本文將基于LCOE的軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益模型的主要參數(shù)歸納為以下四部分:

1) 投資和運(yùn)營成本參數(shù)。主要是指項(xiàng)目初期的靜態(tài)投資和運(yùn)營期的經(jīng)營成本等。

2) 財(cái)務(wù)成本參數(shù)。主要是指因項(xiàng)目融資而償還的債務(wù)資金的利息支出。

3) 稅務(wù)成本參數(shù)。主要是指項(xiàng)目運(yùn)營期內(nèi)的稅金支出,包括增值稅、營業(yè)稅金及附加、企業(yè)所得稅。

4) 效益參數(shù)。項(xiàng)目的效益參數(shù)包括:①光伏發(fā)電收入和儲(chǔ)能收入,光伏發(fā)電收入是指項(xiàng)目自發(fā)自用和余電上網(wǎng)帶來的收入,儲(chǔ)能收入是指通過儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行電力負(fù)荷調(diào)峰的收入;②補(bǔ)貼收入,主要是指依據(jù)國家相關(guān)政策,在購買固定資產(chǎn)等過程中享受的稅收優(yōu)惠;③固定資產(chǎn)余值,項(xiàng)目達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)營年限后,由于終止項(xiàng)目運(yùn)營產(chǎn)生的固定資產(chǎn)余值收入。

1.1.1 投資和運(yùn)營成本

軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目的建設(shè)投資為:

I=Is+Ic+Id

(1)

式中:

I——項(xiàng)目總的建設(shè)投資;

Is——光伏發(fā)電設(shè)備投資;

Ic——儲(chǔ)能設(shè)備投資;

Id——充電設(shè)備投資。

軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目的總運(yùn)營成本為:

Ct=Cr,t+Co&m,t

(2)

式中:

Ct——項(xiàng)目在第t年總的運(yùn)營成本;

Cr,t——項(xiàng)目在第t年的場(chǎng)地租賃成本;

Co&m,t——項(xiàng)目在第t年的運(yùn)營成本。

1.1.2 財(cái)務(wù)成本

光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目的LCOE分析對(duì)象不同,是否將利息支出納入LCOE存在差異。文獻(xiàn)[9]未提及融資和利息等相關(guān)內(nèi)容,但文獻(xiàn)[10-11]在需要考慮融資影響時(shí)會(huì)根據(jù)情況加入融資和利息相關(guān)的成本分析項(xiàng)。本文參考文獻(xiàn)[10]將貸款利息納入LCOE分析。

1.1.3 稅務(wù)成本

軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目在第t年的稅務(wù)成本Tt為:

Tt=Tav,t+Tabb,t+Tinc,t

(3)

式中:

Tav,t——第t年的增值稅稅金;

Tabb,t——第t年的營業(yè)稅及附加;

Tinc,t——第t年的所得稅。

軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目中各項(xiàng)稅金為:

(4)

式中:

Pt——項(xiàng)目第t年的收入;

Rav,t——項(xiàng)目第t年的增值稅稅率;

Rabb,t——項(xiàng)目第t年的營業(yè)稅及附加稅的稅率;

Rinc,t——項(xiàng)目第t年的所得稅稅率;

Dt——項(xiàng)目在第t年償還的貨款利息。

1.1.4 效益

軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目第t年的效益參數(shù)為:

Pt=Pm,t+Ps,t+Pc,t

(5)

其中:

(6)

式中:

Pm,t——項(xiàng)目第t年自產(chǎn)自用的電費(fèi)收入(含稅);

Ps,t——項(xiàng)目第t年余電上網(wǎng)的收入(含稅);

Pc,t——項(xiàng)目第t年的儲(chǔ)能服務(wù)收入;

Ft——項(xiàng)目第t年的發(fā)電量;

Jm,t、Js,t——項(xiàng)目第t年的綜合電價(jià)和上網(wǎng)電價(jià);

Bt——項(xiàng)目第t年的自用消納比例;

Ff,t和Fc,t——項(xiàng)目第t年的儲(chǔ)能放電電價(jià)和儲(chǔ)能電價(jià)。

1.2 基于LNPVE的軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益模型

1.2.1 LCOE模型

LCOE模型是國際上通用的用于評(píng)估不同區(qū)域、不同規(guī)模、不同投資額及不同發(fā)電技術(shù)的發(fā)電成本方法[10]?？紤]了時(shí)間價(jià)值的度電成本,即凈現(xiàn)值為零時(shí)的電價(jià)。當(dāng)項(xiàng)目的電價(jià)為平準(zhǔn)化度電成本CLCOE時(shí),投資者在項(xiàng)目壽命期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)收益為零。本文在文獻(xiàn)[9-10]的基礎(chǔ)上,構(gòu)建軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目的LCOE模型。在項(xiàng)目全生命周期內(nèi),假設(shè)收入的現(xiàn)值總和與成本的現(xiàn)值總和相等,則:

(7)

式中:

t0——項(xiàng)目生命周期;

r——折現(xiàn)率;

V——項(xiàng)目殘值。

將項(xiàng)目收益表示為CLCOE與發(fā)電量的乘積,則:

(8)

式中:

Et——第t年的發(fā)電量;

CLCOE,t——第t年的平準(zhǔn)化度電成本。

假設(shè)CLCOE,t在全生命周期為一個(gè)常數(shù)CLCOE,則:

(9)

1.2.2 LNPVE模型

上述LCOE模型僅包含成本參數(shù)和發(fā)電量指標(biāo),參考文獻(xiàn)[10],構(gòu)建綜合衡量收益參數(shù)、成本參數(shù)和發(fā)電量指標(biāo)的LNPVE模型。

假設(shè)項(xiàng)目凈現(xiàn)值不為0,將收益表示為某一價(jià)格RLROE,t與發(fā)電量的乘積,則:

(10)

假設(shè)RLROE,t在全生命周期內(nèi)為一個(gè)常數(shù)RLROE,則:

(11)

進(jìn)一步定義平準(zhǔn)化度電凈現(xiàn)值VLNPVE為RLROE與CLCOE之差,則有:

VLNPE=RLOE-CLOE=

(12)

1.2.3 敏感性分析

敏感性分析用于度量影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益諸多因素的重要性程度和影響程度。參考文獻(xiàn)[10,12],本文引入敏感系數(shù)作為比較影響程度的指標(biāo),計(jì)算公式如下:

Yi=(ΔLNPVE/VLNPE,0)/(Δxi/x0i)

(13)

式中:

Yi——影響因素i的敏感系數(shù);

ΔLNPVE——VLNPVE的變化值;

VLNPE,0——VLNPVE的初始值;

Δxi——影響因素i的變化量;

x0i——影響因素i的初始量。

2 案例分析

2.1 基本參數(shù)的選取

選取某軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目為研究對(duì)象,該項(xiàng)目在車輛基地采用“光伏發(fā)電系統(tǒng)+儲(chǔ)能系統(tǒng)+機(jī)動(dòng)車充電樁”的建設(shè)模式,同時(shí)采用“自發(fā)自用,余電上網(wǎng)”的合作模式。該項(xiàng)目的基本參數(shù)如表1所示。

表1 某軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目的基本參數(shù)

2.2 CLCOE和VLNPVE的計(jì)算結(jié)果

計(jì)算r分別為3%、6%和8%以及自用消納比例B分別為30%、40%和50%下的CLCOE和VLNPVE,結(jié)果如表2所示。

表2 不同r和B下的CLCOE和VLNPVE

由表2可見:當(dāng)r保持不變時(shí),項(xiàng)目的CLCOE與B正相關(guān);當(dāng)B保持不變時(shí),r越高,項(xiàng)目的CLCOE越高。若r為3%,VLNPVE,1>0,VLNPVE,2>0,VLNPVE,3>0,表明當(dāng)r較低時(shí),項(xiàng)目在較低的B下也能夠?qū)崿F(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益;若r為6%,VLNPVE,1<0,VLNPVE,2>0,VLNPVE,3>0,項(xiàng)目可在B為40%和50%時(shí)實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益;若r為8%,VLNPVE,1<0,VLNPVE,2<0,VLNPVE,3>0,項(xiàng)目在B達(dá)到50%時(shí)才能實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益。綜合電價(jià)為消納電價(jià)和余電上網(wǎng)電價(jià)的加權(quán)平均電價(jià)。當(dāng)B為30%時(shí),綜合電價(jià)為0.518 0;當(dāng)B為40%時(shí),綜合電價(jià)為0.564 7;當(dāng)B為50%時(shí),綜合電價(jià)為50%。當(dāng)CLCOE<綜合電價(jià)時(shí),項(xiàng)目的實(shí)際發(fā)電成本小于實(shí)際發(fā)電收益,可見項(xiàng)目具有經(jīng)濟(jì)可行性;當(dāng)CLCOE>綜合電價(jià)時(shí),項(xiàng)目的實(shí)際發(fā)電成本大于實(shí)際發(fā)電收益,即項(xiàng)目的VLNPVE<0,可見項(xiàng)目在目前參數(shù)下不具有經(jīng)濟(jì)可行性。

2.3 敏感性分析

2.3.1 經(jīng)濟(jì)因素

軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)因素包括消納電價(jià)、自用消納比例、儲(chǔ)能放電電價(jià)和儲(chǔ)能電價(jià)。r為6%時(shí),上述經(jīng)濟(jì)因素的敏感系數(shù)如圖1所示。

圖1 r為6%下各經(jīng)濟(jì)因素的敏感系數(shù)

由圖1可見:該軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)因素按影響程度排序依次為消納電價(jià)、自用消納比例、儲(chǔ)能放電電價(jià)和儲(chǔ)能電價(jià)。這表明該項(xiàng)目的收益主要來源于自發(fā)自用的電費(fèi)收入,管理者可通過爭取更高的消納電價(jià)和自用電量比例進(jìn)一步提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3.2 財(cái)務(wù)因素

軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目的財(cái)務(wù)因素包括資本金比例和債務(wù)融資成本。不同r下各財(cái)務(wù)因素的敏感系數(shù)如圖2所示。由圖2可知:資本金比例的敏感系數(shù)為正,表明提高債務(wù)資金的使用比例有助于提高項(xiàng)目的VLNPVE值;債務(wù)融資成本的敏感系數(shù)為負(fù),表明債務(wù)融資成本越高,項(xiàng)目的VLNPVE值越低;隨著r的提高,財(cái)務(wù)因素的敏感系數(shù)也越高,表明r越高,財(cái)務(wù)因素對(duì)項(xiàng)目的VLNPVE值的影響也越大。

圖2 不同r下各財(cái)務(wù)因素的敏感系數(shù)

2.3.3 政策因素

目前,國內(nèi)對(duì)光伏項(xiàng)目的稅收優(yōu)惠包括增值稅進(jìn)項(xiàng)稅抵扣和所得稅“三免三減半”。其中:增值稅進(jìn)項(xiàng)抵扣是指項(xiàng)目建設(shè)初期投入的建設(shè)資金形成的固定資產(chǎn)有大量的進(jìn)項(xiàng)稅可以抵扣,該部分稅金根據(jù)項(xiàng)目收益在未來若干年抵扣;所得稅“三免三減半”是指自項(xiàng)目產(chǎn)生第一筆經(jīng)營收入所屬年度起,第1年至第3年免征所得稅,第4年至第6年減半按12.5%征收所得稅,此后按25%征收所得稅。

案例項(xiàng)目總投資為2 239.40萬元,按殘值率5%計(jì)算,可抵扣的進(jìn)項(xiàng)稅合計(jì)276.57萬元。不同r和B下的VLNPVE見表3。假設(shè)不享受增值稅進(jìn)項(xiàng)稅抵扣,項(xiàng)目的CLCOE為0.612 2,較享受進(jìn)項(xiàng)稅抵扣時(shí)增加0.014 1;項(xiàng)目的VLNPVE為-0.014 1,較享受進(jìn)項(xiàng)稅抵扣時(shí)降低0.038 3。這表明案例項(xiàng)目對(duì)增值稅進(jìn)項(xiàng)稅抵扣的依賴程度較高,當(dāng)失去該稅收優(yōu)惠時(shí),項(xiàng)目將失去經(jīng)濟(jì)可行性。假設(shè)不享受所得稅“三免三減半”稅收優(yōu)惠時(shí),項(xiàng)目的CLCOE為0.582 0,較不享受所得稅優(yōu)惠時(shí)降低0.008 1;項(xiàng)目的VLNPVE為0.016 1,較不享受所得稅優(yōu)惠時(shí)降低0.008 1。這表明所得稅優(yōu)惠有助于提高案例項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益,但項(xiàng)目在不依賴所得稅優(yōu)惠的情況下也具有較好的經(jīng)濟(jì)性。案例項(xiàng)目既不享受增值稅減免也不享受所得稅優(yōu)惠時(shí),項(xiàng)目的CLCOE為0.619 9,VLNPVE為-0.021 8。這表明在增值稅進(jìn)項(xiàng)稅抵扣和所得稅“三免三減半”兩項(xiàng)稅收優(yōu)惠中,案例項(xiàng)目對(duì)增值稅進(jìn)項(xiàng)稅抵扣的依賴程度更高。

表3 不同r和B下的VLNPVE

3 結(jié)語

軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目作為軌道交通和光伏發(fā)電儲(chǔ)能多元化項(xiàng)目,光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能設(shè)備投入的資金規(guī)模較大,需構(gòu)建合理的理論模型評(píng)價(jià)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性,探討影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的因素及其重要程度。本文以軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目為研究對(duì)象,基于LCOE模型,從投資和運(yùn)營成本、財(cái)務(wù)成本、稅務(wù)成本及收入等參數(shù)出發(fā),建立LNPVE模型用于分析軌道交通光伏發(fā)電儲(chǔ)能一體化項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性,并以某實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行案例研究。案例分析表明,從LNPVE模型結(jié)果來看,項(xiàng)目在現(xiàn)有基礎(chǔ)參數(shù)下能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益;從敏感性分析結(jié)果來看,影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的因素按重要性程度劃分依次是經(jīng)濟(jì)因素、政策因素和財(cái)務(wù)因素。其中,經(jīng)濟(jì)因素中最重要的是消納電價(jià)和自用消納比例,政策因素中最重要的是增值稅進(jìn)項(xiàng)稅抵扣優(yōu)惠,財(cái)務(wù)因素中最重要的是資本金比率。