区间数的电源投资分析

　　引言

　　改善能源结构、提高能源利用效率、走低碳经济发展之路已成为解决能源供应紧张和环境保护问题的必然选择。“十二五”规划纲要中明确提出推动能源生产和利用方式变革，构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系[1]。随着能源利用方式的变革和智能电网的发展，分布式供能系统以其低能耗、低排放、高能效、高节能潜力等优点为我国“大电厂、大电网”集中供电系统提供了重要补充，是提高资源综合利用效率的重要手段，对我国未来能源的可持续发展有着重要意义[2-3]。当前，分布式供能系统在许多国家和地区已经是一种成熟的能源综合应用技术，受到各国政府、企业界、能源科研单位的广泛关注。文献[4-5]详细介绍了分布式发电并网后对电力系统建设、运行带来的问题，提出了此类能源系统所需的驱动力和面临的发展机遇。文献[6-8]分别从分布式电源优化运行、含分布式发电系统的电力经济调度、分布式发电的经济效益等角度开展了具体研究。文献[9]在考虑燃料价格、电价等不确定因素的情况下，利用实物期权的方法分析微网中分布式电源的经济效益。文献[10]基于用户所有的分布式发电，考虑多种不确定因素下利用蒙特卡罗模拟法评估分布式发电对用户经济效益的影响。文献[11-12]应用财务分析方法对分布式发电的经济效益做了分析，其中文献[12]中还考虑了分布式发电对电网企业的经济效益影响。已有研究主要是从技术角度研究分布式电源的部署和建设，或是就分布式电源的经济效益进行方案间的对比和分析，而对新时期分布式电源的不同投资模式，以及市场不确定因素增强的情况下分布式电源投资中各相关主体的经济分析的研究很少。基于此，本文针对分布式电源投资的基本模式，利用财务分析方法，以区间数的形式考虑分布式电源投建和运行过程中的不确定性因素，分析分布式电源对各相关主体经济效益的影响，旨在从不同主体的角度研究分布式电源投资的效益，并为投资方提供决策支持。

　　1分布式电源投资模式

　　分布式电源通常建在用电负荷或分散型资源DR(DistributedResources)附近，具有规模较小、建设周期短、运维方便等特点，能够起到削峰、缓建或少建输配电设施、减少网损、提高终端用能效率等作用。因而，各相关利益主体获取的效益也不同。根据分布式电源投资主体的不同，本文总结以下3种分布式电源的投资模式。a.合同能源管理投资模式。合同能源管理是一种节能投资服务管理，通常由用户和节能服务公司签订合同，节能服务公司以承诺节能项目的节能效益，或承建分布式电源的方式向用户提供节能服务，并通过分享用户的节能效益来回收投资同时获取收益[13]。合同能源管理的基本类型包括节能效益分享型、节能量保证型和能源费用托管型。b.电网企业、发电商或新能源企业投资模式。该种投资模式与合同能源管理模式相似，投资方通过分享用户的节能效益来回收投资并获取收益。但是，应注意到，不同的投资者还应考虑分布式电源投建对自身原有经济效益的影响，如电网企业在进行分布式电源投建时需考虑对其未来售电量、输电设施投资的影响等。c.用户单方投资模式。用户单方投资，即用户从自身经济效益角度出发，投建分布式电源，通过节省电费支出逐步回收投资，并获得远期利益。但往往由于用户缺乏相关投建、运维经验，使得该模式较少在实际中采用。对比3种不同的投资模式，同时结合国外分布式电源投建的实践经验，当前基于合同能源管理的分布式电源投建模式应用较为广泛，并在推动分布式发电发展过程中发挥着重要作用。

　　2分布式电源投资效益分析

　　2.1区间数理论

　　2.2分布式电源成本分析实际中，分布式发电的经济性受多种因素影响，本文以分布式电源投资和发电运行的常规费用支出为主，主要考虑初始投资费用、运行和维护费用、燃料费用。分布式电源的初始投资主要包括前期准备费用、机组设备费用和安装成本;其运维费用主要包括运行管理费用、折旧费用和维修费用;燃料费用主要为机组日常消耗的燃料成本。基本公式如下：其中，×CO，t=[CO-，t，CO+，t]为分布式电源的第t年区间运行总成本(元);×Cfuel，t=[C-fuel，t，C+fuel，t]为系统的第t年区间燃料费用(元);×Com，t=[Co-m，t，Co+m，t]为系统第t年内区间运行和维护费用(元);W軜=[W-，W+]为区间发电功率费用和机组设备费用)为×Cv=[Cv-，Cv+](元);项目建设期为t0年，在第t0+1年投产运行，寿命期为n年。

　　2.3分布式电源经济效益分布式供能系统在正常运行过程中，可为用户提供基本的能源需求，其经济效益如式(3)所示。

　　2.4分布式电源投建财务评价经济效果评价是项目投资评价的核心内容，各经济效果评价指标可从不同角度反映项目的经济性。结合分布式电源的经济性评价需要，本文选取价值型指标净现值、效率型指标投资回收期和内部收益率3个主要指标进行项目投资的财务分析。计算公式如式(5)—(9)所示。a.净现值。其中，N軒PV=[NP-V，NP+V]为区间净现值(元);軇i0=[i-0，i+0]为区间基准折现率。b.动态投资回收期。

　　2.5不确定性影响因素分析分布式供能系统的运行过程中，由于受燃料价格、电价、系统年利用天数等多种因素的影响，其技术参数和经济数据在动态环境中可能发生较大变化。根据实际生产情况，本文考虑了燃料价格、电价和系统利用天数3种不确定因素的影响，并在分布式能源经济效益评估模型中利用区间数来表示这3种不确定性因素变量。a.燃料价格的影响。燃料费在三联供分布式发电系统的年运行成本中占有很大比例，尤其在分布式燃气发电中最高可达78%，最低也有44%。因此燃料价格的波动将直接影响系统的年运行成本。b.电价的影响。电收益为分布式供能系统的主要收益，分布式电源的发电成本通常低于普通火力发电成本，当市场售电价升高时会增加系统投资收益，提高系统的运行经济性，相反，售电价的降低也将直接影响到系统的经济效益。c.系统年利用天数的影响。分布式供能系统启停迅速且启停成本较低，转自:http://www.21ks.net因而系统每年总的运行时间将对其经济效益产生较大影响。系统年利用天数越长，设备利用效率越高，则分布式供能系统的经济效益越好。考虑到以上3种不确定因素的波动性，为了准确评估对分布式电源经济效益的影响程度，还需要在经济效果评估中进行敏感性分析[15]，为各市场主体提供更准确的决策依据。

　　2.6分布式电源投建对各利益主体经济效益的影响基于分布式电源的投建和运营过程中涉及到多个利益相关者，且不同的投建模式对各利益相关者的影响也不同，本节主要研究合同能源管理模式下相关利益主体的经济效益及其利益诉求。a.节能服务公司侧效益。节能服务公司按照合同规定投建分布式电源，并在合同期内以一定的节能效益分享比例分享用户侧的节能效益，以回收其投资并获取合理收益。其节能效益分享比例计算如下：b.用户侧效益。用户侧效益主要体现为节能效益，通过参与分布式电源的建设和运行，在设备的寿命周期内用户每年其中，V軒t=[V-t，V+t]为用户的年区间节能效益(元)。c.电网企业效益。分布式电源的投建在一定程度上减少了电网企业的售电量;另一方面，分布式电源一般建在负荷附近，降低了输配电网损，缓建或避免了配电设施的投建。分布式电源的投建对电网企业经济效益影响的分析如下：

　　3算例分析

　　以北京地区某三联供分布式电源为例，其投建模式采取节能效益分享模式，由节能服务公司负责投建和运维，同时通过分享用户的节能效益来回收投资。该供能系统采用燃气轮机-余热/直燃溴化锂吸收式空调机联合循环方案，初始投资895万元，建设期为1a，设备寿命为20a，折现率取軇i=[8%，10%]，其基本参数见表1(根据运行期内数据的变化确定基本区间范围)，分析在其投建和运行过程中各方的经济效益。考虑到三联供分布式供能系统的特性，燃料费用和运维费用为其主要的日常费用支出，且系统的收益其中，R軒C，t=[RC-，t，RC+，t]、R軒H，t=[RH-，t，RH+，t]分别为第t年区间冷收益和区间热收益(元);Q軒h=[Q-h，Qh+]、Q軒c=[Qc-，Qc+]分别为区间供热量和区间供冷量(kW h);h軌=[h-，h+]为区间年供应小时;p軌h=[p-h，p+h]、p軌c=[p-c，p+c]分别为区间供热价和区间供冷价(元/(kW h))。针对该分布式供能系统的投资效益分析如下。a.分布式供能系统的财务分析。根据表1中的基础数据，利用第2.4节中提出的财务分析方法可进一步求得该分布式供能系统的基本经济效益数据，如表2所示。b.敏感性分析。敏感性分析是一种可行性分析方法，在技术经济分析中常用来研究不确定因素的变化对项目经济效益产生的影响。分布式供能系统的运行过程中不确定因素对其经济效益的影响也存在差异，此处选择电价和燃气价格2个可变因素，对分布式电源的动态投资回收期和内部收益率进行敏感性分析，考虑电价和燃气价格的变动对其产生的影响，敏感性分析结果如表3所示。从表3中可以看出，随着电价降低幅度的增加，动态投资回收期逐渐增加，内部回收率减小。当电价降低10%时，动态投资回收期增加到[16.4，19.6]，内部收益率减小到[0.084，0.114]，区间距离增大，且动态投资回收期的上限和内部收益率的下限都接近于临界值，说明电价继续降低将会对项目的投资收益带来较大风险。同理，作为影响发电成本的重要因素，燃气价格上涨也将对项目的动态投资回收期和内部收益率产生影响。c.分布式发电对不同利益主体的经济效益影响。假设节能服务公司与用户签订的合同规定：在分布式供能系统20a的生命周期内，参与分享前15a系统运行效益，后5a将所有权交付给用户。此外，对于电网企业，分布式电源的投建减少了其售电量进而引起售电收益的减少，同时也减少了输电网损和避免了输电投资。假设区间降损率为[0.09，0.11]，区间年单位输电设施投资额为[250，300]元/kW。各利益相关者的具体经济效益见表4。根据表4中所得结果，各相关利益者将会从自身利益出发做出投资决策，或采取适当的措施避免自身利益的受损。如节能公司将考虑在效益分享期内合理确定节能效益分享比例，以有效回收投资;电网企业也将调整未来一段时期内的输电网投资计划，以确保在自身利益不受损的情况下为用户提供稳定可靠的供电服务。d.不同投资模式间经济效益比较。针对第1种分布式电源投资模式———合同能源管理投资模式，其经济效益分析结果见表4。如果本文算例采取第2种投资模式———电网企业、发电厂或新能源企业投资模式，电网企业、发电厂或新能源企业替代节能服务公司作为投资主体。结合本文算例分析，如果电网企业作为投资主体，考虑到投建分布式电源对其带来的经济影响，电网企业在合同期内要求的年节能效益分享比例不能小于[0.842，0.913]，该节能效益分享比例也是电网企业做出投资决策的基本出发点。如果本文算例采取第3种投资模式———用户单方投资模式，投资主体和受益主体均为用户自身，其考虑经济效益的方式较为单一，仅需分析分布式供能系统运营期内的成本效益(见文中表2)。但鉴于多数用户在分布式电源投建、运维方面的经验不足，该种模式在实际中较少采用。

　　4结论

　　本文首先对分布式电源的投资模式作了简要分析;然后考虑到投资和运行过程中的不确定性因素，基于区间数理论对分布式电源的投建进行经济效益分析;最后选取节能效益分享模式，以冷热电三联供分布式供能系统为例分析分布式电源投资的经济效益以及对各相关主体经济效益的影响，并选择电价和燃气价格2个不确定因素对动态投资回收期和内部收益率进行敏感性分析。同时，结合算例对比分析不同投资模式下相关利益主体的经济效益。通过投资建设分布式供能系统，各相关利益主体通过不同的方式均获取了一定利益，说明分布式电源是一项多方共赢的投资项目，将有助于推动分布式供能系统的发展。同时需注意到，分布式电源的投建和运行过程中不确定因素较多，除依据理论研究之外，还需在实际中加强对分布式电源投建和运行的监管，总结经验，不断推动分布式电源的发展。