楊 冰，胡延龍，黃煒斌

(1. 四川大學(xué)水利水電學(xué)院，成都 610065；2. 四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，成都 611231；3. 中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院，成都 610072)

0 引 言

水電是中國最主要的，也是開發(fā)技術(shù)最為成熟的清潔能源?！笆濉逼陂g，我國水電實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。截至2015年底，全國水電裝機(jī)容量已達(dá)到3.2億kW，較2010年增加近1億kW，“十二五”期間年均增速達(dá)到8.4%[1]，在水電開發(fā)中，水電價格是影響水電企業(yè)生存發(fā)展的重要因素。在目前的政府定價機(jī)制下，水電上網(wǎng)電價水平普遍較低，隨著未來水電開發(fā)逐步向上游轉(zhuǎn)移，電價水平過低將會嚴(yán)重影響水電開發(fā)的積極性。此外，水電作為清潔能源，其減排效益、調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)卻未能在當(dāng)前的價格中得到體現(xiàn)。在當(dāng)前電力體制改革的大背景下，完善以水電為主的可再生能源定價機(jī)制，建立平等的市場競爭環(huán)境，對我國電力市場的發(fā)展具有重要意義。

如何將水電社會效益和環(huán)境效益體現(xiàn)在電價水平中，不少學(xué)者都做過相關(guān)研究。李金穎等人最先提出在制定上網(wǎng)電價時應(yīng)當(dāng)考慮環(huán)境成本[2]。曹海霞等人建議按固定電價加溢電價為主的方式制定可再生能源的電力價格[3]。張秋菊等人將水電站產(chǎn)生的灌溉、供水、減排等社會環(huán)境效益轉(zhuǎn)換為環(huán)境影子成本計入水電站生產(chǎn)成本中[4]。劉悅等人采用ACM0002方法學(xué)對基于碳交易的CO2減排電價進(jìn)行了建模計算，并以此為基礎(chǔ)研究了藏電外送的定價機(jī)制[5]。曹未等人則將水電的清潔能源價值分解為CO2、SO2、NOx和煙塵的減排效益[6]。以上文獻(xiàn)對水電社會和環(huán)境效益的研究缺少一個系統(tǒng)、全面的量化模型。因此，本文在分析當(dāng)前我國水電定價機(jī)制和方法的基礎(chǔ)上，提出一種將水電正外部效益內(nèi)部化的綠色定價方法，為新一輪電力體制改革下的水電定價機(jī)制提供參考。

1 當(dāng)前我國水電上網(wǎng)電價定價機(jī)制和方法

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，我國水電上網(wǎng)電價形成機(jī)制先后經(jīng)歷了無上網(wǎng)電價、還本付息電價、經(jīng)營期電價、標(biāo)桿電價和過渡時期的模擬市場定價五個階段[7]。目前各省水電上網(wǎng)電價的制定主要是依據(jù)《關(guān)于完善水電上網(wǎng)電價形成機(jī)制的通知》(發(fā)改價格【2014】61號，以下簡稱《通知》)提出的原則進(jìn)行，定價方法存在以下4種情景：

(1)適用于跨省(區(qū))外送電站的市場倒推電價。市場倒推定價模式主要應(yīng)用于參與跨省(區(qū))外送的電源組，目前已在三峽、龍灘、錦屏等電站得到了成功應(yīng)用。市場倒推上網(wǎng)電價按受電區(qū)落地價扣減輸電價格(含線損)后確定。其中，受電區(qū)落地價格一般為當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的平均購電價格或火電脫硫標(biāo)桿電價，而輸電價格由國家發(fā)改委價格主管部門核定。計算方法所下：

Pb=(Pl-Pt) (1-k)

(1)

式中：Pb為水電的市場倒推電價；Pl為受電地區(qū)的落地電價；Pt為輸電電價；k為綜合線損率。

(2)適用于在本省消納水電站的標(biāo)桿上網(wǎng)電價。對于在本省上網(wǎng)消納的水電站，其上網(wǎng)電價按所屬省份的標(biāo)桿電價水平執(zhí)行。而各省標(biāo)桿電價的制定主要以當(dāng)?shù)厥〖夒娋W(wǎng)平均購電價為基礎(chǔ)，綜合考慮市場供求和水電開發(fā)成本制定。

(3)適用于特殊電站的單站經(jīng)營期電價。當(dāng)前部分水電站除發(fā)電外，還兼顧防洪、灌溉、航運(yùn)等功能，而這些功能往往并不能帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益。因此，此類電站往往按照經(jīng)營期電價方法對其上網(wǎng)電價水平進(jìn)行單獨核定。經(jīng)營期電價通過設(shè)定一定的資本金財務(wù)內(nèi)部收益率IRR，使得企業(yè)的現(xiàn)金流在電站生命周期中滿足如下公式：

(2)

式中：CI為現(xiàn)金流入，主要包含發(fā)電銷售收入、固定資產(chǎn)余值、流動資金和其他收入；CO為現(xiàn)金流出，主要包含資本金投入、經(jīng)營成本(不含折舊)、長貸本息；t(t=1, 2,…,T)為時間序列，T為電站生命周期。

(4)適用于省內(nèi)同一流域梯級電站的流域統(tǒng)一電價。水電出力受來水影響較大，當(dāng)河流中有大型調(diào)節(jié)性水庫電站存在時，其生產(chǎn)運(yùn)行會對下游電站產(chǎn)生較大影響。而實施流域統(tǒng)一電價，有利于梯級電站的聯(lián)合運(yùn)行，減少因調(diào)度問題產(chǎn)生的棄水。流域統(tǒng)一電價定價方法與經(jīng)營期電價類似，即使得梯級各電站的現(xiàn)金流在電站生命周期中滿足公式(3)：

(3)

式中：i(i=1, 2, 3,…)為流域各梯級電站，其余參數(shù)與式(2)相同。

2 考慮水電社會效益和環(huán)境效益的綠色定價模型

2.1 水電社會效益量化模型

水電社會效益包括調(diào)峰、調(diào)頻、防洪、灌溉等。由于不同電站對以上功能的要求各不相同，將這些效益逐一量化，不僅難度較大，且不易于應(yīng)用。一般調(diào)節(jié)性能較好的水電站能兼顧的調(diào)峰、調(diào)頻、防洪等效益。因此，本文用水電站調(diào)節(jié)性能來綜合反映電站提供社會效益的能力。

由于調(diào)節(jié)性水電站在電網(wǎng)中需承擔(dān)更多的調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)，故其裝機(jī)容量利用系數(shù)一般低于徑流式電站。此外，承載防洪、灌溉、航運(yùn)等功能的工程部分，其建設(shè)施工需要大量的投資，因此調(diào)節(jié)性電站單位千瓦造價往往要高于徑流式電站。故本文采用裝機(jī)容量利用系數(shù)和單位千瓦造價來計算水電社會效益的價格浮動系數(shù)。

水電站調(diào)節(jié)性能的分類主要依據(jù)電站庫容系數(shù)，其分類標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 水庫調(diào)節(jié)性能分類標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Classification criteria of reservoir regulation performance

令kd、ks、ka、kp分別為徑流式電站、季調(diào)節(jié)電站、年調(diào)節(jié)電站和多年調(diào)節(jié)電站的電價浮動系數(shù)，各類電站電價浮動系數(shù)集合為K。Ka和Kb為各類電站分別基于裝機(jī)容量利用系數(shù)和單位千瓦造價的價格浮動系數(shù)集合。則K滿足：

K=αKa+βKb

(4)

且滿足：

(5)

(6)

式中：τd、τs、τa、τp分別為各類電站的裝機(jī)容量利用系數(shù)；Id、Is、Ia、Ip分別為各類電站的單位千瓦造價；α、β為相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。

2.2 水電環(huán)境效益量化模型

本文主要分析水電開發(fā)對CO2、SO2、NOx和煙塵的減排效益。令Ps為環(huán)境效益的附加電價，則：

Ps=PCO2+PSO2+PNOx+Pdu

(7)

式中：PCO2、PSO2、PNOx、Pdu分別為CO2、SO2、NOx、煙塵的附加電價。

在計算公式中，CO2、SO2、NOx及煙塵的減排效益可通過ACM0002方法學(xué)、環(huán)境退化成本核算法等得到，水電環(huán)境效益計算模型公式具體如下。

CO2減排效益：

PCO2=ABCO2/Q

ERy=BEy-PEy-Ly

BEy=EGy×CM

CM=wOM×OM+wBM×BM

式中：PCO2為二氧化碳減排效益電價；ABCO2為經(jīng)營期內(nèi)水電項目所產(chǎn)生的二氧化碳年平均減排效益；Q為計算期內(nèi)的水電年均上網(wǎng)電量；p為碳交易價格；ERy為水電項目年CO2減排量；BEy為ACM0002方法學(xué)規(guī)定的CO2基準(zhǔn)線排放量；PEy為水電運(yùn)行排放的CO2總量；Ly為水電運(yùn)行泄漏的CO2總量；EGy為第y年份的水電項目上網(wǎng)電量；GM為水電項目所在電網(wǎng)的排放因子；OM為電量邊際排放因子；BM為容量邊際排放因子；wOM、wBM為OM和BM的權(quán)重系數(shù)。

SO2減排效益：

PSO2=ABSO2/Q

BSO2y=UECSO2y×RSO2y

UECSO2y=ECSO2y/VSO2,y

ECSO2y=ECy×Ap,SO2/(Ap,NO2+Ap,SO2+Ap,du)

式中：PSO2為二氧化硫減排效益電價；ABSO2為經(jīng)營期內(nèi)水電項目所產(chǎn)生的二氧化硫年平均減排效益；BSO2y為第y年的SO2減排效益；RSO2y為第y年因水電而減少的SO2排放量；UECSO2y為第y年SO2污染造成的單位退化成本；VSO2y為全國第y年的SO2排放量；ECSO2y為第y年由SO2污染的環(huán)境退化成本；ECy為第y年的大氣環(huán)境退化成本；Ap,SO2為SO2的污染物當(dāng)量數(shù)；Ap,NOx為NOx的污染物當(dāng)量數(shù)；Ap,du為煙塵的污染物當(dāng)量數(shù)。

NOx減排效益：

PNO2=ABNO2/Q

BNOxy=UECNOxy×RNOxy

UECNOxy=ECNOxy/VNOxy

ECNOxy=ECy×ApNOx/(Ap,NOx+Ap,SO2+Ap,du)

式中：符號意義同前。

煙塵減排效益：

pdu=ABdu/Q

Bduy=UECdu,y×Rduy

UECduy=ECduy/Vduy

ECduy=ECy×Ap,du/(Ap,NOx+Ap,SO2+Ap,du)

式中：符號意義同前。

2.3 綜合效益電價

設(shè)考慮社會和環(huán)境效益后的水電綜合電價為P，水電基礎(chǔ)電價為P0，則：

P=kP0+θPs

(8)

式中：k為待評價電站的社會效益電價浮動系數(shù)，且滿足k∈K；θ為平衡系數(shù)，其一方面用于平衡因方法本身可能導(dǎo)致的計算偏差，另一方面用以體現(xiàn)各地區(qū)對清潔能源發(fā)展的支持力度。

在當(dāng)前新一輪電力體制改革的過渡時期，水電基礎(chǔ)電價 暫按照《通知》中確定的定價原則取值。當(dāng)水電參與市場競爭后，基礎(chǔ)電價的取值則應(yīng)根據(jù)市場供需情況確定。

3 實例分析

本文采用四川省某在建電站A，對本文提出的定價模型進(jìn)行實例分析。電站A裝機(jī)容量為200萬kW，多年平均年發(fā)電量約77.07億kWh，水庫正常蓄水位2 500 m，總庫容為28.97億m3，調(diào)節(jié)庫容19.17億m3，具有年調(diào)節(jié)能力，電站總投資約370億元。

計算步驟如下：

(1)計算電站基礎(chǔ)電價。根據(jù)電站A的基本參數(shù)，采用經(jīng)營期電價計算方法，資本金內(nèi)部收益率按8%計算，得出電站A經(jīng)營期電價為0.630元/kWh。由于電站A供電四川電網(wǎng)，且主要以發(fā)電為主，根據(jù)《通知》中的定價原則，電站A應(yīng)執(zhí)行0.39元/kWh的分類標(biāo)桿電價，該電價遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電站的經(jīng)營期電價水平。由于分類電價已考慮了電站調(diào)節(jié)能力，為避免重復(fù)計算，本文采用四川省徑流式電站標(biāo)桿電價0.308元/kWh作為電站A的基礎(chǔ)電價。

(2)計算社會效益電價浮動系數(shù)k。電站A具有年調(diào)節(jié)能力。根據(jù)四川電網(wǎng)2004-2013年的運(yùn)行結(jié)果，各類水電站裝機(jī)利用系數(shù)統(tǒng)計情況見表2所示。

表2 四川電網(wǎng)水電站運(yùn)行系數(shù)分析表Tab.2 Analysis table of operating coefficient of hydropower station in Sichuan power grid

根據(jù)可研成果，電站A裝機(jī)利用小時數(shù)3 854 h，裝機(jī)利用系數(shù)為0.440，小于年(季)調(diào)節(jié)性電站的均值0.453。此外，根據(jù)投產(chǎn)計劃，電站A于2021年投產(chǎn)首臺機(jī)組。由于電站造價受物價、成本等因素影響較大，故對于投產(chǎn)時間相差較大的水電站，其單位千瓦造價不具可比性。本文以2021年為基準(zhǔn)，分析過去10年(2010-2020年)四川省新投產(chǎn)的不同類型水電站的單位千瓦造價水平。根據(jù)調(diào)查，四川省2010-2020年不同水電站平均單位千瓦投資情況見表3所示。

表3 四川省2010～2020年不同水電站平均單位投資統(tǒng)計表 元/kW

電站A單位千瓦造價為18 500 元/kW，較調(diào)節(jié)性電站加權(quán)平均水平(不含錦屏一級、二級和官地)15 200 元/kW高出21.7%。由于電站A地處偏遠(yuǎn)，自然條件惡劣，施工、運(yùn)輸、人力成本等因素是造成電站A單位kW造價較高的主要原因，故此處應(yīng)減小以上因素對計算結(jié)果的影響。參考電站A與調(diào)節(jié)性水電站單位千瓦投資均值的比值，公式(4)中α和β分別取0.7和0.3。此外，由于錦屏一級、二級、官地為外送電源，故在計算四川電網(wǎng)徑流式水電站單位kW造價時不考慮以上電站。

則根據(jù)式(4)、(5)、(6)，電站A的社會效益電價浮動系數(shù)k為：

(3)計算環(huán)境效益電價Ps。電站A功率密度ω(裝機(jī)容量與水庫最高水位時的淹沒面積之比)為54.64 W/m2，裝機(jī)容量和功率密度滿足ACM0002方法學(xué)使用條件，故采用ACM0002方法學(xué)計算電站A二氧化碳減排效益附加電價。方法學(xué)中各項參數(shù)和取值依據(jù)如表4所示。

表4 電站A二氧化碳減排效益計算參數(shù)和取值依據(jù)Tab.4 Calculation parameters and values of carbon dioxide emission reduction benefits of power station A

根據(jù)以上參數(shù)可計算得到電站A在經(jīng)營期30年生命周期中年均二氧化碳減排效益為：

137 685 442(元)

根據(jù)水電環(huán)境效益計算模式公式，得到電站A的CO2減排效益附加電價為0.018 2 元/kWh。

根據(jù)水電環(huán)境效益計算模式公式建立的環(huán)境退化成本核算法模型計算SO2、NOx、煙塵減排的附加電價。由于《中國環(huán)境經(jīng)濟(jì)核算研究報告》中由大氣污染造成的環(huán)境退化成本數(shù)據(jù)僅更新到2008年，故本文以2008年大氣污染環(huán)境退化成本為基礎(chǔ)，計算各污染物2009～2014年的單位環(huán)境退化成本，各參數(shù)計算情況見表5。

在有關(guān)環(huán)境退化成本的研究中，李娟偉和任保平指出污染物治理成本與PPI存在較強(qiáng)的相關(guān)性[8]，故本文利用2009-2015年中國的PPI指數(shù)來推算各污染物單位環(huán)境退化成本。計算結(jié)果見表6。

電站A年有效上網(wǎng)電量75.73億kWh，按2015年我國供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗315 g/kWh計算，電站A的投產(chǎn)每年可減少煤炭消耗約227.45萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，按當(dāng)前我國燃煤電廠污染物排放水平計算，每年可減少SO2排放量約7.278萬t、NOx排放量約1.365萬t、煙塵排放量約5.69萬t。根據(jù)SO22008-2015年的單位環(huán)境退化成本平均值，按表2模型，計算得到SO2減排的附加電價水平為：

表5 基于2008年環(huán)境退化成本的SO2、NOx、煙塵減排效益計算參數(shù)Tab.5 The calculation parameters of emission reduction efficiency by SO2, NOx, smoke based on the cost of environmental degradation in 2008

注：表中數(shù)據(jù)來源于《中國環(huán)境經(jīng)濟(jì)核算研究報告》。

表6 基于2008年環(huán)境退化成本的SO2、NOx、煙塵減排效益計算參數(shù) 元/t

同理，可得到NOx和粉塵減排的附加電價水平分別為0.016 7和0.030 2 元/kWh。

則環(huán)境效益電價為：

PS=PCO2+PSO2+PNDx+Pdu=0.173 4 (元/kWh)

(4) 計算綜合效益電價。為減少因算法和數(shù)據(jù)偏差的影響，本例取為0.5，根據(jù)以上計算結(jié)果，可計算得到電站A考慮社會效益和環(huán)境效益的綜合電價為：

P=kP0+θPs=

1.294×0.308+0.5×0.173 4=0.485 2 (元/kWh)

該電價水平高于當(dāng)前四川省年調(diào)節(jié)以上水電標(biāo)桿電價0.39 元/kWh和火電標(biāo)桿電價(含環(huán)保電價)0.440 2 元/kWh，但與當(dāng)前四川省部分水電站，如寶珠寺(0.490 元/kWh)、亭子口(0.484 元/kWh)等電價水平相當(dāng)，電價水平仍在四川電力系統(tǒng)的可承受能力范圍之內(nèi)。此外，電站A綜合效益電價仍低于其經(jīng)營期電價水平0.630 元/kWh，這也說明了本文所提出的電價模型雖然能在一定程度上降低水電的投資風(fēng)險，但并不能保證所有電站均能獲得一定的收益或維持正常的運(yùn)營，這也能在一定程度上引導(dǎo)我國水電的合理投資和健康發(fā)展。

在市場競爭環(huán)境下，決策者可進(jìn)一步調(diào)整θ的取值，使得水電的環(huán)境效益附加電價水平與火電的脫硫、脫硝、除塵、超低排放附加電價之和相當(dāng)，實現(xiàn)水電與其他電源之間的公平競爭。

4 結(jié) 論

(1)綠色定價模型綜合考慮了水電的社會效益和環(huán)境效益，實現(xiàn)了以上正外部效益的內(nèi)部化，得出的價格水平并未對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)對電價承受能力造成較大的沖擊。此外，可根據(jù)不同地區(qū)電力系統(tǒng)特點對模型參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)整，增強(qiáng)模型自身的適應(yīng)能力。

(2)綠色定價模型可在一定程度上降低水電站投資風(fēng)險，但并不保證所有待開發(fā)的水電站均能獲益或維持正常運(yùn)行，這符合我國有序開發(fā)水電的指導(dǎo)方針。

(3)雖然綠色定價模型提出了水電社會效益和環(huán)境效益的量化方法，但由于本模型主要以易操作為目的，故量化方法和采用的指標(biāo)仍然有不完善的地方，如用于反映水電社會效益的裝機(jī)利用系數(shù)和單位kW造價指標(biāo)偏于籠統(tǒng)，缺乏一定的針對性，大氣污染環(huán)境退化成本的計算缺乏足夠的數(shù)據(jù)和模型支持等。如何進(jìn)一步有針對性地建立各外部效益的量化模型，是未來研究的主要方向。

□

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