基于环境效益的风电场经济效益分析

丁乐群，董术涛

（东北电力大学经济管理学院，吉林省吉林市 132012）

基于环境效益的风电场经济效益分析

丁乐群，董术涛

（东北电力大学经济管理学院，吉林省吉林市 132012）

0 引言

以煤炭、天然气、石油、水力和核物质为原料的传统电力开发造成了大量的环境负担，如环境污染、酸雨、气候异常、放射性废物处理和石油泄漏等。风力发电没有任何污染物的排放，对环境的影响很小，所以称之为清洁能源[1]。从生产者角度看，风电的经济成本要比火电的经济成本高（现阶段而言），但从社会效益角度考虑，风电的综合效益好于火电。其前提是治理火力发电所带来的环境污染的费用，或使用洁净煤技术的成本要高于风电与火电的成本差[2]。因此，要对风电项目进行恰当的技术经济分析，有必要对治理火电环境污染的成本费用有一个正确的估计。

1 火电环境污染的成本费用

1.1 火电燃煤污染物排放率测算

火电的环境污染主要是燃煤产生的污染物，目前，中国的煤电占总电力的80%，其中高耗能、高污染的老煤电占30%以上，脱硫煤电的容量还不到2%。煤电的污染物排放率是指燃烧单位量的燃料（1t煤）所排放的污染物的质量。一般来说，火力发电的污染物主要有SO2，NOx，CO2，CO，悬浮颗粒物，粉炉灰和炉渣等。

SO2是常规煤电的首要污染物。影响燃煤SO2排放量的主要因素是煤中的含硫量，其次是燃烧过程中烟气硫的转化率。煤电厂SO2排放量以下式计算[3]。

式中，GSO2为SO2排放量；B为耗煤量；Sy为燃煤应用基含硫率；KSO2为燃煤硫向烟气硫的转化率；λSO2为SO2与S的摩尔质量比，约为2；η为脱硫效率。

如果取煤炭含硫率Sy=1%（环保要求发电用煤的含硫率不超过1%，而我国煤炭平均含硫率为1.74%），燃煤电厂平均烟气硫转化率为0.9，常规燃煤电厂的SO2排放率为18kg/t。如果电厂增加了烟气脱硫装置（FGD），脱硫效率η为0.87时，SO2的排放率为2.34kg/t。

NOx是常规煤电的第二大污染物。目前，燃煤电厂在常规燃烧方式下生成的NOx，NO占90%。国外KenOKazaki等学者采用多变量回归方法，导出了NO转化率公式[4]：

式中,CR为NO的转化率，即燃烧过程中最终生成的NO浓度与燃料中的氮全部转化为NO时的浓度之比；N为燃煤的氮含量；V为燃料中的挥发份含量；λ为氧与燃料化学当量比；Tmax为炉膛火焰最高温度；RO2为空气中初始氧含量。

CO2是常规煤电排放最多的污染物，也是重要的温室气体，其排放率公式如下[4]：

式中,GCO2为CO2的排放率，kg/t；B为耗煤量，kg；Q为煤炭的单位热值，MJ/kg；E为单位热值下潜在的碳排放量，kg/MJ；KCO2为燃料中碳的氧化率；λCO2为CO2与C的摩尔质量比，约3.667。

中国煤炭实测平均数值:单位热值Q为21.2MJ/kg；碳的潜在排放量E为24.74kg/MJ，碳的氧化率KCO2为0.9。根据此数据计算得到CO2的排放率GCO2为1731kg/t[4]。

根据目前的发电技术，发电厂燃烧1t煤所排放的污染物量和风电的污染物的排放率见表1。表中取煤质单位热值Q为21.2MJ/kg，硫含量Sy为1%，灰分为15%，静电除尘效率为99%。

表1 燃煤污染物排放率 kg/t

1.2 发电燃煤污染物成本费用核算

根据《排污费征收标准及计算方法》规定，废气排污费按照排污者排放污染物的种类、数量以污染当量计算征收，每一污染当量征收标准为0.6元。根据我国2003年发布的《排污收费标准（试行）计算办法》，火电厂常见的几种污染物当量值见表2[5]。

表2 大气污染物污染当量值 kg

大气污染物污染当量数的计算：

排污收费标准 (PCS)不等同于环境价值标准(EVS)。环境价值是指污染物减排本身所蕴含的价值，排污收费只是环境价值的外在货币表现，并不是环境的实际价值。按照目前的排污收费标准，排污收费远小于环境价值。

火电厂燃烧污染物气体成本费用Cq计算公式如下：

式中,Gi为排放第i种气体污染物所交纳的排污收费。我国现行的火电厂排污收费标准是按照污染物当量收取排污费，即：

式中，λh为环境功能分区收费调整系数 (三类取0.9，二类取1.0，一类取1.1)；λd为地区收费调整系数(不发达地区取0.8，一般地区取1.0，发达地区取1.2)；a为每当量污染物应交纳的排污费(元/当量)(根据我国“排污费征收标准及计算方法”规定，a取0.6元/当量)；gi为第i种污染物的当量数和。

燃煤电厂产生的固体废物目前还没有做到循环利用或者只有部分被使用，其余的直接被堆放在露天环境下，容易对环境造成影响。根据《排污费征收标准及计算方法》规定：对无专用贮存或处置设施和专用贮存或处置设施达不到环境保护标准（即无防渗漏、防扬散、防流失设施）排放的工业固体废物，一次性征收固体废物排污费。每吨固体废物的征收标准为：冶炼渣25元、粉煤灰30元、炉渣25元、其他渣（含半固态、液态废物）25元。

在参照排污总量收费标准的基础上，对比美国环境价值标准，评估出目前我国火力发电行业各种污染物的排放收费标准如表3[4]。

表3 火电行业各种污染物排放收费表 元/kg

从表3的估算的结果来看，火电厂的排污收费是很高的，而且不同的污染物其收费标准是不同的，在一定程度上反映了火电厂污染成本的成本费用。

2 风力发电的环境效益分析

评估风力发电的环境效益是相对火力发电而言的，以风力发电3×1010kW·h作为计算对象(按火力发电标煤350g/（kW·h），则每年可为国家节省标煤1.05×107t。结合表1、表3计算得到风力发电对火力发电的环境效益如表4所示，通过各种污染物的年排放量和排放收费标准，利用如下公式：

表4 风力发电牙对于火电的环境效益值

计算得到SO2，NOx，CO2的环境效益值分别为0.0378，0.0224，0.0266574元·（kW·h）-1，三者占所有污染物环境价值的绝大部分。风力发电的总环境效益值为0.0929264元·（kW·h）-1。

3 风力发电的经济效益分析

为了测算风力发电的电度成本，本文采用某风力发电厂的工程数据进行分析。该工程资本金按20%计商业银行贷款80%，工程建设期贷款年利率为6.12%，偿还期为7a，风电场的年运行成本为其初投资的3%；风力发电机的折旧按12.5a计算。

根据风电场风速、风向资料，利用国际通用的风资源评估软件WASP8.1，计算得到10台风力机理论年发电量为4.408×107kW·h，平均单机发电量为4.408×106kW·h。考虑到风力机利用率、功率曲线修正、尾流影响、场内能量损耗、控制及湍流、盐雾及污染等因素对发电量的影响，推求得风电场的上网电量为3.312×107kW·h，平均单机年发电量为3.312×106kW·h，风电场装机利用为2208h。

该项目计算期取23a，其中建设期为1a，生产期为22a。该工程部分经济指标参见表5。

表5 某风力发电厂部分经济指标 万元

国内单位度电运行成本研究较少，本文单位度电运行成本参考德国、西班牙、英国和丹麦的风电场在整个试用期里的运行和维护费用，大致为每千瓦时1.2～1.5欧分，按中国银行2010年1月2日外汇折算价1欧元兑人民币9.7796元，折算为0.117355～0.146694元。

风力发电单位电度成本计算分为3个阶段，即还贷折旧期和还贷后折旧期以及还贷后折旧后分别计算。其计算公式如下[6]：

综上，还贷折旧期(第1年至第7年)的风力发电单位电度成本为：

还贷后折旧期(第8年至第12年)的风力发电成本为：

还贷后折旧后(第13年至第22年)的风力发电：

从计算的结果可以看出：在还贷折旧期(第1年至第7年)，风力发电单位电度成本相对较高，达到0.6307352元·（kW·h）-1；在还贷后，第2阶段的还贷后折旧期(第8年至第12年)，没有利息压力的风电电度成本降到0.4364675元·（kW·h）-1，这一成本已经可以和核电相竞争，但还是高于火电的电度成本；但到了第3阶段，即还贷后折旧后(第13年至第22年)，风力发电的电度成本只剩下电度运行成本，为0.1190366元·（kW·h）-1，已经完全低于火电的电度成本。如果将上述3阶段的电度成本进行加权平均，则得到风力发电在生产期内的单位电度成本为：生产期内的单位电度成本＝

由于风电的单位电度成本较高，导致其上网电价相对火电、水电等能源高很多，火电的平均上网电价为0.28～0.40元·（kW·h）-1，而风电的平均上网价格[7]为0.56元·（kW·h）-1。风电的上网价格平均比火电的平均上网价格高出0.22元·（kW·h）-1。但是如果考虑到风力发电的环境效益，火电的平均上网电价将变为0.3729264～0.4929264元·（kW·h）-1，风电的平均上网电价格将变为0.4670736元·（kW·h）-1，此时两者的电价基本平行，而且如果火电的单位电度成本大于0.2610668元·（kW·h）-1（用风电场生产期内的单位电度成本减去环境效益值）时，则风电场的电度成本要比火电的低。由此可见，如果考虑风电的环境效益，从长远来看，其经济效益要优于火电的[8]。

4 结语

本文主要研究火电厂的污染物排放费用，在此基础上，对风力发电进行环境效益分析，计算出其环境效益值0.0929264元·（kW·h）-1，接着对具体的风电场实例进行经济效益分析，计算出其生产期内的单位电度成本0.3539932元·（kW·h）-1，在考虑风电的环境效益的前提下，当火电厂的单位电度成本小于前两者之差0.2610668元·（kW·h）-1时，则风力发电具有较好的经济性和广阔的前景。笔者认为组织力量对火电污染带来的成本进行评估和风电环境效益定量化是提高对风电进行技术经济评价的科学性的一个重要问题。

[1]郭昆.内蒙古太仆寺旗贡宝拉格风电场项目综合效益评价研究[D].华北电力大学，2008.

[2]郑玉莹.降低建设成本 发展风力发电[J].华北电业，2001(12)：19-20.

[3]吴宗香，陈文颖.以煤为主多元化的能源清洁战略[M].2001.

[4]魏学好，周浩.中国火力发电行业减排污染物的环境价值标准估算[J].环境科学研究，2003，16（1）：53.

[5]刘殿海，杨勇平，杨昆，等.计及环境成本的火电机组供电成本研究[J].中国电力，2005(9):24-28.

[6]解建宁，高辉，韩仁德.我国风力发电度电成本的分析与预测研究[J].神华科技，2009，10（5）：20-21.

[7]苏民.全国分为四类风能资源区[N].经济日报.2009，7，25（4）.

[8]Wijarn Wangdee,Roy Billinton.Reliability Assessment of Bulk Electric Systems Containing Large Wind Farms[J].InternationalJournalofElectricalPower& Energy Systems,2007,29(10):759.

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

为了对风力发电的经济性有进一步的认识，在现有排污收费标准和美国环境价值标准的基础上，从火电厂的污染物排放出发，测算出火电厂的污染物排放费用，进而推算出风电场的环境效益值，通过实例计算得到某风电场的环境效益值，如果考虑风电的环境效益，当火电厂的成本大于两者（生产期内单位电度成本与环境效益值）之差时，风力发电具有较好的经济性和广阔的发展前景。

风力发电；火力发电；污染物排放费用；环境效益分析；经济效益分析

1674-3814（2010）09-0044-04

TM614

A

2010-03-24。

丁乐群（1947—），男，教授，博士,主要研究方向是电力技术经济、电力市场、博弈论、项目管理等；

董术涛（1984—），男，硕士,主要研究方向电力技术经济、项目管理、电力企业财务管理等。

（编辑 徐花荣）