西气东输电能替代经济性评估与模式研究

陈蓉珺，何永秀

（华北电力大学经济与管理学院，北京 102206）

西气东输电能替代经济性评估与模式研究

陈蓉珺，何永秀

（华北电力大学经济与管理学院，北京 102206）

不合理的能源结构给中国带来了许多环境问题，优化能源结构已经成为中国亟待解决的问题。随着电力市场改革的推进，电能替代开始得到关注。电能替代战略是改善环境、提升能源利用效率的重要方式。针对西气东输加压站进行电能替代研究，分析电能替代的必要性以及西气东输电能替代的技术实现。通过对电加压的经济性测算得出不经济的结论，并基于以上结论设计了电能替代模式，分析该模式下对于电网、用户、新能源企业、政府等各方利益的影响情况，发现经济性是由于电价优惠产生的，因而进一步完善大用户直供电实施细则是推进电能替代的重点之一。

电能替代；经济性；可再生能源

0 引言

随着社会对环保的愈发重视，使用清洁能源替代化石能源来减少污染的需求也越来越大［1］，国内诸多学者对电能替代从效益评价、推广策略、替代机遇与挑战等多方面进行了广泛而深入的研究［2-5］。随着电力市场改革的推进，电能替代也成为研究热点。

从电能替代政策的重要性与意义入手，论证西气东输电能替代在技术上的实现，并引入竞争性分析的指标，对西气东输电能替代的经济性进行评估，最后设计了西气东输电能替代的模式，对政策制定者一定的参考价值。

1 理论分析

1.1 电能替代的内涵与意义

近年来随着能源形势的日趋紧张，国家电网公司提出了“以电代煤、以电代油、电从远方来”的电能替代模式。电能替代是指以电能替代煤炭、石油、天然气等化石燃料，提高电能在终端能源消费中的比重，从而改善能源利用的环境和经济效益。加快推进电能替代能从一定程度上改善中国的用能结构。

提高能源利用效率。我国的能源转换效率十分低下，与发达国家差距极大。提高电能在终端能源中的消费比重，提升能源的利用效率是一项极为关键且艰巨的任务。而风能、光伏等清洁能源具有传输迅速、利用效率高、清洁等特点，加快这些清洁能源的发展有助于提升能源利用效率。

改善环境。据统计，我国每年的燃煤超过8亿t，远远高于发达国家，燃烧化石能源带来的大气污染使得人们的生活质量与健康水平受到极大的威胁，以清洁能源替代煤炭和石油能有效地改善污染物排放问题［6］。

1.2 电加压技术

现有西气东输加压站的驱动加压模式多使用燃气轮机。燃气轮机作为热力发动机，主要通过以下方式做功，首先空气经由压缩机进入燃烧室，同时将燃料与之混合燃烧，产生的烟气进入燃气轮机后膨胀，以此做功来推动动力叶片的高速旋转［7］。

西气东输的电能替代方案主要集中在电加压技术替代原有燃气加压技术。随着电加压相关技术的日趋成熟，电驱机组已经可以胜任长输管道增压驱动的工作。变频调速驱动系统、压缩机及辅助系统3个部分就构成一个电驱加压机组。其额定功率为22MW，额定电压 4.8kV，转速为 3 120～4 800r／min，最高转速可达 5 040r／min［8］。 电驱压缩机具有诸多优势，如可靠性高、加压效率高、运行维护简单，除此，电驱机组还有较高的环境效益和经济效益。

2 西气东输电加压的经济性评估

2.1 评估指标

为了对电能替代方案的经济性进行定量研究，建立以下竞争性分析模型，其中设电能替代其他能源的临界电价为Ps，临界电价与该行业所适用的实际电价差额为e，若e为正，则该种电能替代在电价上较为经济。

式中：Qs为用电的热值；Qv为所替代能源的热值；ηs为用电的效率；ηv为所替代能源的效率；Pv为所替代能源的能源价格。

2.2 经济性测算

电机驱动和燃气轮机驱动的效率分别为95.8％和 35％，天然气的热值为 3.57×107J／m3，电的热值为3.6×106J／kWh，天然气的价格为 1.5 元 ／m3，基于上述数据，结合公式（1）可以得到电能替代的经济性指标。

由于在高峰时段电价较高而西气东输加压无法避免高峰时段用电成本，且天然气热值较高，西气东输中使用电能替代燃气的经济性不高［9］。

本文从投资、价格等角度设计西气东输电能替代模式，以促进电能替代的推广。

3 西气东输电加压模式设计

西气东输加压站用能大，如果参与电能替代每年可替代用电量较大。设计了如图1所示的撮合融资租赁模式鼓励加压站电能替代。

图1 撮合融资租赁模式

首先使用电机驱动的加压站可以申请免向电网公司缴纳入网费，电网从未来的增量售电收入利润中逐步补偿配网改造成本。同时加压站与融资公司签订协议，向融资公司租入其电驱设备，在合同结束后，设备所有权归加压站所有。其次，考虑到用电能替代天然气后，企业的用能成本较高，在目前我国弃风弃光现象较为严重的背景下，应鼓励加压站与新能源企业签订直供电协议，促进风、光消纳，改善双方财务状况。

加压站采用燃驱机组与电驱机组的费用参数如表 1 所示［10］。

表1 燃驱机组与电驱机组参数比较

讨论在现有政策的基础上，分别改进投资模式、增加价格优惠力度对用户、电网公司、政府以及新能源企业等的利益影响。

3.1 改进投资模式

加压站与融资租赁公司签订融资租赁合同，合同周期为10年，加压站每年付给融资租赁公司648万元租金，合同到期后机组所有权归加压站所有。测算可得加压站每年将向电网缴纳电费2 282万元；每年设备维修费用3 000元。年平均成本为电费、维修费以及将租赁费平摊至寿命周期每一年的费用之和，因而，采用电驱机组的年平均成本为2 282+648×10／15＋0.3＝2 714（万元）。虽然相对于采用燃驱机组第一年免去支付高昂的设备费用，但是在以后年度的用电成本要显著高于用天然气的成本1 601万元。

3.2 价格优惠模式

若加压站可与新能源发电企业进行直购电交易，参考某省2016年大用户直购电交易结果，在实际电价0.474 9元／kWh基础上优惠 0.297 8元／kWh，实际优惠电价为0.177 1元／kWh，每年加压站承担电费850.82万元。可以计算得出加压站的年平均成本为1 283万元，相对于采用燃驱机组每年可节省成本318万元，即采用电驱机组具有经济性。

由于加压站采用电驱机组，每年可以新增48.05 GWh的电量，电网因此每年可以获得新增851万元电费收入。

表2给出了天然气加压站采用燃驱机组与价格政策变动后运用撮合融资租赁模式采用电驱机组的年成本比较。可以看出价格优惠后采用电驱机组比燃驱机组每年节省近1 000万元的成本。

表2 天然气加压站考虑大用户直供电后年成本 万元

表3给出了加压站、电网公司、融资租赁公司3方在采用撮合融资租赁模式后的利益情况，各方均可接受该情景下的利益分配。

表3 考虑大用户直供电后各方利益

4 结语

加压站需要不间断用电，其用电成本略高于采用燃气，政府应当鼓励加压站采用电机驱动，促进清洁能源的消纳。

追求经济效益是企业的经营目标，因此用电经济性是成功推行电能替代的关键一步。

企业在加入了大用户直供电后，用电成本显著下降，若加以考虑国家、省政府给予的相应补贴，企业用电相对于用燃气驱动具有显著经济性。

［1］ 宋胜荷，刘春华，李志宾，等.实施电能替代促进节能减排［J］.科技创业家，2013，4（21）：72.

［2］ 李作锋.江苏电能替代的研究与实践［J］.电力需求侧管理，2016，18（5）：1-3.

［3］ 金玮.加快农村地区电能替代的步伐［J］.中国电力企业管理，2014，32（22）：46.

［4］ 康重庆，杜尔顺，张宁，等.可再生能源参与电力市场：综述与展望［J］.南方电网技术，2016，10（3）：16-23.

［5］ 张云.电能替代：走清洁、环保、可持续发展之路［J］.国家电网，2013，8（10）：36-40.

［6］ 刘进军.电能系统未来发展趋势及其对电力电子技术的挑战［J］.南方电网技术，2016，10（3）：78-81.

［7］ 刘平.我国燃气轮机发电技术的发展现况与展望［J］.大科技，2013（13）：68-69.

［8］ 林森，董昭旸，康焯，等.西气东输二线电驱压缩机组驱动方式比选［J］.油气储运，2012，31（6）：470-472.

［9］ 陈蓉珺，何永秀.基于临界电价的典型工业电能替代竞争力分析［J］.东北电力技术，2017，38（2）：15-17.

［10］卢祥林.白鹤加压站压缩机采用变频电机驱动方式的可行性研究［J］.城市公用事业，2006，20（3）：26-29.

Economic Evaluation and Mode Study of Electricity Substitution for West-to-East Gas Transmission

CHEN Rongjun，HE Yongxiu
（School of Economics and Management，North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

The improper energy structure causes many environmental problems to China.Optimizing the energy structure becomes an urgent task to be fulfilled.Energy substitution is an important way to improve the environment and enhance energy efficiency.As the electricity market reform deepening，the energy substituion is attracting more and more attentions.This paper analyzes the necessity of the west-to-east gas transmission and the application of technologies associated with energy substitute to serve the program.In this paper，analysis is carried out on the effieciency of applying energy substitution to the west-east gas transmission station.The results shows that it is not economical.Based on this conclusion，this paper designs the mode of electric substitution，and analyzes the impact brought by this model on the profits of the grid，the users，the new energy enterprises，government and other parties and finding that the profit is mainly coming from price incentives.Therefore，further improvment on the implementation details about direct electric power supply to the large consumers is one of the key issues to promote electric substitution.

electric power substitution；economy；new energy

F426

：A

：1007－9904（2017）07－0025－03

2017-02-20

陈蓉珺（1994），女，硕士，研究方向为技术经济及管理；

何永秀（1970），女，教授，博士生导师，研究方向为能源经济评价。