双碳目标下差异化电网投资与输配电价联动模型研究

张玉鸿,周英,王倩,胡林,张冀嫄,喻小宝

(1.国网四川省电力公司经济技术研究院,成都 610041; 2上海电力大学 经济与管理学院,上海 201306)

0 引 言

自2016年输配电价改革以来,关于输配电价相关的政策不断更新,明确了中国输配电价改革的基本思路和方向,随着输配电价改革试点的不断扩大,第二轮监管周期将满,新一轮监管周期如何合理核对和有效监管是输配电价改革的重要任务。同时,2019年提出的“2060”目标进一步提升了输配电价研究的重要性,尤其是在大规模分布式清洁能源并网的趋势下,电网备用容量费用增加和配套投资费用增加等一系列新增投资能否转化为有效资产并纳入到输配电价核算中,这些问题亟待解决。

此外,随着国家“千家万户沐光行动”和“千村万户驭风计划”的推进,分布式光伏和分散式风电迎来快速发展期。目前,分布式项目自用电量免收系统备用容量费,随着分布式电源规模扩大,大电网继续无偿提供备用并承担全额消纳所需的隐性成本,不符合“谁受益、谁承担”原则,且大量负荷由分布式电源就地平衡,电网设备下送电量减少,设备利用小时数大幅下降,部分设备出现轻载、空载现象,公司电网资产被核减风险增大,不利于电力系统健康可持续发展。

对于电网投资与输配电价的问题,国内外学者对此开展了多层次的研究和探讨,具体可以分为以下两个方面。

1)电网投资有效性方面。

国外关于电网投资方面的研究比较多,也有一些可以借鉴的成果。文献[1]主要对电网项目经济性评价问题开展研究,构建基于效用价值函数和基于AHP的评估模型;文献[2]主要在此基础上增加了投资回报率和内部收益率指标。在我国对于电网投资有效性的研究分析中,一般对象为电网工程项目。文献[3]提出一种数据驱动的配电网投资有效性多维量化分析方法。文献[4]构建了电网业务投资效率模型,在电网投资效率理论研究的基础上提出了电网企业投资效率的计算模型。

2)输配电价核算方面。

合理的输配电价是电力市场改革的重要基础。文献[5]针对峰荷责任法在国内输配电价电价中可能遇到的数据缺失问题,提出了解决方案。文献[6]则给出了考虑同时率和符合率的高峰增量负荷计算模型,计算得出分电压等级的输配电价;文献[7]则借鉴了价差法,核算居民用户和农业用户输配电价的交叉补贴规模。而国外对于输配电价的研究也有相当长的时间,文献[8]提出了基于分布因子对成本进行分摊的输配电定价方法;文献[9]在提出长期边际成本和节点交换因子基础上,设计了一种基于电网潮流的输电电价定价方法。

梳理文献发现,目前国内外对于电网投资和输配电价的研究多将二者单独研究方面,较少有重点关注外部政策对投资及输配电价的同时影响。然而,政策对于电网投资和输配电价核算的影响是不可忽视的,本文以投资-有效资产-输配电价-收入-投资作为循环依据,基于系统动力学理论,构建电网投资与输配电价联动模型,在现有实施的输配电价定价测算模型的基础上,通过增加外生变量,即不同场景下的投资策略选择,研究在不同场景参数设置下的投资优化机制;结合四川省相关数据,探讨差异化电网投资对输配电价的影响程度,为输配电价市场监管政策的完善和实施提供借鉴。

1 差异化投资场景

1.1 输配电价核定参数分析

目前关于输配电价定价问题出台了一系列重要参考文件,在强化成本监审约束和激励方面都有着重要作用[10-11]。此外,还对可计提收益的有效资产进行了明确,但仍有灰色领域。

随着各项文件的修订颁布,国家政府对电网企业输配电价的监管变化体现在对输配电价的监管越来越严厉[12],新一轮监管周期内输配电价还会继续下滑,主要体现在以下三个方面:

1)输配电价监管日趋严峻,对电网投资效率提出更高要求;

2)折旧年限的变化、各类成本费用核定上限约束,未来输配电价继续下降;

3)其他运营费用的明确、新增经营者义务等,监管趋严趋紧。

1.2 电网投资场景关键要素分析

1)投资规模有效性。

经相关政府主管部门认定,在监审期间内除政策性因素外造成的未投入实际使用、未达到规划目标、擅自提高建设标准的输配电资产相关成本费用支出;国家重大输配电项目建设中,因企业自身责任导致工期延误、工程质量不合格、重复建设等造成的额外投资费用支出是不允许计入输配电定价成本的。同时,未明确具体投资项目和资产结构、监管周期内无投运计划或无法按期建成投运的,不得计入预计新增输配电固定资产投资额。从两项新办法可以看出一些因企业自身问题导致的项目工程质量不过关、未发挥真正有用性的项目资产都不能纳入有效资产核定,从而影响公司投资有效性[13]。在此基础上,电网公司一方面要提高自身项目完成能力、技术水平,另一方面要积极与政府部门进行交流,提高自身监管力度,做好项目评估等措施。

2)投资结构。

电网投资主要包括输电网投资、配网投资和技改投资,而不同电压等级电网投资比例也有所差异,因此不同的投资结构也会直接影响输配电价的核定。此外,对于未履行政府部门认定程序的小型基建、生产技改、营销资本性投入、信息化资本性投入的项目存在不能被确认为有效资产的风险[14]。对于这些不确定风险的投资,其投资比例也会影响有效资产的比重,进而影响输配电价的核定。

3)投资时序。

电网投资并不是截面数据的排列组合,还需要考虑电网投资的时序性。电网负荷的不断增长对不同时序的电网供能水平提出了新的要求,单一阶段的投资优化可能会导致前期容量冗余和后期容量不足等问题,因此有必要针对电网投资时序性设计差异化场景[15]。根据多阶段优化理论,首先基于当前输配电价水平和参数设置,优化初始阶段的投资计划,其次,在初始阶段计划的基础上,再对下一期投资计划进行优化,以此类推,直到所有时序都完成优化,并满足负荷需求。

2 联动模型构建

2.1 投资与输配电价联动模型

输配电价核算基础上,将有效资产形成路径纳入到模型中,从而实现投资→有效资产→输配电价→投资的循环联动。在联动模型中,投资与输配电价是互相影响的,投资差异主要影响有效资产、折旧、准许成本等要素,这些又是输配电价核算的基础,进而形成投资差异对输配电价核算结果的影响。同时,输配电价反过来也会影响电网收入,电网收入也是决定电网投资规模的重要因素,进而形成输配电价对电网投资的影响。本文采用比较成熟的软件平台Vensim构建投资与输配电价联动模型[16],流量存量图如图1所示。

投资与输配电价联动模型主要由两部分组成,一部分是有效资产测算模型,另一部分是输配电价核算模型。其中,有效资产测算模型又可以划分为三个子模块,包含固定资产模块、营业模块和无形资产模块;输配电价核算模型分为三个子模块,包括可计提收益有效资产模块、准许成本模块和准许收益率模块。

1)有效资产测算模型。

有效资产测算模型的核心是厘清从投资到有效资产的形成路径,包括固定资产净值、营运资本和无形资产三大模块,主要参考公式如下:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(a)固定资产净值模块。固定资产净值的形成可以细化为输电网投资、配电网投资、生产技改投资和小型基建投资,对于新增输配电投资需要相关主管部门审批,并结合用电量、负荷增长和供电可靠性等要素情况进行核定。考虑到“双碳”目标的大背景,本文将分布式电源上网配套新增电网投资单独列支,并通过转固率约束指标来限制固定资产净值形成有效资产的比率,这是由于当分布式电源上网配套新增电网投资过高时,会导致电网投资增长过快,如果全部转为有效资产,会引发新一轮输配电价的增幅过大问题,因而这里对此进行了约束,分布式电源上网配套新增电网投资比重也是后续差异化电网投资场景的关键变量之一[17];

(b)营运资本模块。营运资本模块主要考虑营销技改投资、信息化投资和科技投资三个组成部分[18],其中,信息化投资和科技投资对本文影响较小,这里简化为通过数字化建设指标和科技创新指标来估算两者投资;营销技改投资通过测算电网技改、现金流动负债比率和营销服务规范率来进行核定,后两者简化为常数来处理;

(c)无形资产模块。无形资产由于在有效资产占比较小,这里简化为电网投资与无形资产投资比例来测算,其中,无形资产投资比例简化为常数处理。

2)输配电价核算模型。

(a)准许成本。

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(b)折旧。

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(c)准许收益。

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(d)定价税金。

(32)

(33)

12%/(1-12%×13%)

(34)

(e)输配电价。

(35)

2.2 输配电价核定参数

1)收益类参数。

对于收益类参数的计算,这里主要考虑以下几个方面的参数:对于存货的计算是基于外购原材料动力费和规划新增输配电投资,通过测算综合年度投资占比来推算存货增加数;对于负债的计算是根据历史借款和还款情况来测算;对于现金的计算是基于财务投资能力和规划新增输配电投资推算得到;对于政策性投资能力的计算是综合净资产收益率、一般性有效资产净值、政策性有效资产净值所占比重,并结合权益收益率推算得到;权益资本收益率和准许收益率都是基于定价办法规定来确定[19]。

2)成本类参数。

对于成本类参数的计算,主要考虑以下三个指标:投资需求的测算基于基期需求,并结合售电量增长情况来推断;对于财务投资能力的计算同样基于基期投资水平,并结合资产负债率情况来推断;对于定价折旧率的计算,综合资产结构和定价折旧年限来推算[20]。

3 算例分析

3.1 场景设置

为了验证投资与输配电价联动模型的合理性,测算差异化投资场景下输配电价变化情况,这里以某省级电网输配电价改革监管为例,进行仿真测算。基于电网投资关键要素分析结果,结合最新输配电价定价管理办法参数对电网投资规模有效性、投资结构和投资时序的影响,这里分别设置4种不同场景,具体如表1所示。

表1 场景参数设置

其中,投资规模优化是通过对总投资规模有效性指标进行优化,主要是设置投资转固率的系数分别在95%、90%和85%水平下,对输配电价核算结果进行测算;投资结构优化是设置配网投资水平增加1%、2%、4%,进而影响定价折旧率;投资时序优化是通过调整投资工程时序,这里主要设置不同新增资产运行维护费率来拟合不同项目投资时序对系统的影响。

1)场景一。

场景一是基准场景,即不对三个要素进行优化,按照基本数据运行,测算在当前环境下的输配电价核算情况。这里以2022年为基期,2023-2025年、2026-2028年为第二、第三监管周期。根据计划,2022年投资387亿元,第二监管周期计划投资1 150亿元,预计新增输配电量600亿千瓦时,第三监管周期计划投资670亿元,预计新增输配电量450亿kW·h,其他相关参数取自该地区电网公司。

2)场景二。

在场景二中,主要是对投资规模有效性进行优化,考虑到在大规模发展分布式能源并网情况下,电网配套投资成本也会呈现较大增长趋势,这部分投资能否转化为有效资产,形成固定资产会直接影响输配电价的核算。

3)场景三。

在场景三中,主要是对投资结构进行优化,考虑增加定价折旧率变化较大的电网工程投资规模。在不影响电网安全的前提下,对配网部分投资工程规模进行优化,增加投资规模,从而解决由于定价折旧年限延长导致的定价折旧率降低的问题。

4)场景四。

在场景四中,主要是对投资结构和投资时序协同优化,即对定价折旧率低的电网投资项目优先安排,同时由于主网投资项目比配网投资项目具有更低的定价折旧率,从而保证下一监管周期内的有效资产处于正常水平。对投资时序进行优化是根据输配电价定价管理办法,超出监管上限的新增资产运行维护费率会导致运行维护费被核减,从而导致准许收益率的降低。在满足监管要求和投资总额不变的前提下,通过调整投资工程时序,并且保证不影响电网运行安全,优先安排安全相关类型项目,降低其他类型项目,会导致投资效率的变化,进而影响输配电价核算结果。因此,本文对投资结构和时序进行协同优化,定价折旧率低的主网工程靠前或者靠后两种情景,对输配电价水平进行核算分析。

3.2 仿真结果

首先,为了凸显投资有效性对输配电价的影响,本文对输配电价核算中的高可靠性收入、可再生能源附加收入、电铁加价收入、政府补助、其他应扣收入、省外输电收入、农维费免税影响金额、小水电税率影响金额之和按照准许收益的5%进行计算[21]。通过系统仿真运行,得到基本场景下的新增输配电投资与输配电价水平趋势,如图2所示。

图2 基本场景下各类投资与输配电价仿真结果

从图2可以看出,由于初期新增负荷增量较大,对投资需求要求高,而财务投资能力均高于投资需求,因而出现投资规模与投资需求相重合的现象;同时,输配电价在高比例投资驱动下也呈现出不断上升的趋势,而这趋势必然会导资产负债率的增加。在投资中后期,由于政府对资产负债率的监管约束,导致财务投资能力不断下降,而无法满足投资需求,因而投资规模需要尽可能达到最高水平,也就是与财务投资能力重叠,但此时由于投资规模的不断下降,也导致了输配电价在保持一段平稳趋势后出现下降趋势。通过分析可知,投资与输配电价走势基本符合一致性。

其次,考虑到投资约束对投资有效性的影响,对新增投资转为有效资产比例进行约束,设定部分年份的投资规模与投资有效性受到严格监管,并按比例核减可计提收益有效资产比例,输配电价仿真结果如图3所示。

图3 投资约束下的输配电价走势对比

从图3可以看出,同样的投资水平下,由于政府对各项输配电价相关指标的监管要求,导致输配电价走势出现了明显差异。与计划投资下的输配电价水平相比,投资约束会导致输配电价在2023-2025年这一轮中下降1.71%,平均输配电价为206.5元/(103kW·h),2026-2028年这一轮中平均下降了3.45%,平均输配电价为204.1元/(103kW·h)。由此可以看出,在后一轮的投资约束和考核约束下,输配电价相比计划水平下降幅度更为明显。

3.3 结果分析

1)场景二结果分析。

在投资约束下,设置计划投产率的系数分别在95%、90%和85%水平下,对输配电价核算结果进行测算,结果如图4所示。

图4 投资有效性对输配电价影响

从图4中可以看出,当大规模发展分布式能源时,其配套建设成本增长过快,假定投资满足电网建设的前提下,分布式能源配套工程建设费用占比激增,会影响导致输配电价增长过快,因而考虑计划投产率的系数不为1,在不同水平下的输配电价走势明显出现差异。在95%、90%和85%投产转化率水平下,第二监管期的输配电价分别平均下降0.65%、1.32%、1.82%;第三监管期的输配电价分别平均下降1.47%、3.22%、4.82%。由此可以看出,投资有效性对输配电价核算结果影响较大,并且随时间推移影响会进一步扩大。因此,建议提高投资有效性,保障纳入监管周期的项目建设效率,提高核价规模,避免出现因投资无法转换有效资产引起的后续输配电价水平降低的现象。

2)场景三结果分析。

在投资约束下,设置配网投资比重增加1%、2%、4%水平,对输配电价核算结果进行测算,结果如图5所示。

图5 投资结构对输配电价影响

在假定投资满足基本需求、保障电网运行安全的前提下,适当增加110千伏及以下配网投资比重,由此提高了综合定价折旧率,从而影响输配电价的核算结果。从图中可以看出,当配网投资比重分别增加1%、2%、4%水平时,第二监管期的输配电价分别平均增加0.31%、0.72%、1.22%;第三监管期的输配电价分别平均增加0.34%、0.86%、1.67%。由此可以看出,通过调整投资结构,提高配网投资规模,能够提高输配电价水平,但相比投资有效性指标来说,投资结构的调整对输配电价的影响相对较小,这一点从输配电价变动比率可以得出。因此,从折旧率角度出发,适当提高配网投资规模,增加定价折旧率较高的配网工程投资规模,能够有效或保障更有竞争力的输配电价水平。

3)场景四结果分析。

在投资约束下,通过同时设置投资时序和投资结构,对投资和输配电价核算结果进行测算,具体结果如图6所示。

图6 投资时序与投资结构对输配电价影响

从图6中可以看出,在满足电网运行安全前提下,优先增加配网投资规模,将建设周期短、转资快的项目提前实施,可以加快可计提收益有效资产增速,测算结果表明,输配电价在这种前提下相比投资结构调整优化结果在第二监管和第三监管周期内增加0.62%、0.91%,而由于受到行业投资约束,相比计划输配电价,该情景下结果在第二监管周期内增加0.08%、却在第三监管周期内下降0.95%。

4)对比分析。

通过分析每一种优化场景下的投资和输配电价走势情况,发现投资规模、投资结构和投资时序都会导致输配电价波动,为了更好分析每一种优化对输配电价的影响程度,这里以2028年输配电价水平作为比对指标。同时,将其他学者输配电价核算模型的测算结果[22]也纳入到对比中,具体如图7所示。

图7 场景结果对比情况

从图7中可以看出,相比已有输配电价测算模型结果,本文测算的输配电价明显偏低,这说明投资约束对输配电价水平的影响是非常明显的。在此基础上,结合投资规模变化来看,投资规模、投资结构和投资时序的调整都会对输配电价构成一定程度的影响,其中,投资有效性规模变动对输配电价影响程度最大,投资结构次之,投资时序影响最小。

4 结束语

本文通过构建电网投资与输配电价联动模型,系统性分析投资规模有效性、投资结构和投资时序等关键要素对输配电价的结果影响,得到以下结论与建议:

1)行业投资约束对输配电价核算影响较大,在严格监管下,输配电价核算结果相比计划测算结果要低2%以上,因此电网投资应该控制投资规模,并加强对投资转化为可计提收益有效资产的管控,避免投资无效性;

2)投资结构也会明显影响输配电价核算结果,在保障电网运行安全的基础上,可以适当提高投资效率高、转固率高、工期短等类型的规模,从而有效提高综合定价折旧率,进一步提升输配电价水平;

3)投资时序是影响输配电价结果最小的因素,但可以结合投资结构同时进行优化,起到事半功倍的效果,通过适度提升投资效率高的项目投资规模,并将该类项目投资时序靠前,反之靠后,从而在满足行业投资约束基础上保障输配电价水平。