基于CO_2減排效益的風力發(fā)電經(jīng)濟性評價

1、節(jié)能與環(huán)保第47 卷 第 8 期2014 年 8 月中 國 電 力ELECTRIC POWERVol 47， No 8 Aug. 2014基于CO2減排效益的風力發(fā)電經(jīng)濟性評價趙曉麗1，2，王順昊1，2（1. 華北電力大學 經(jīng)濟與管理學院，北京 102206；2. 華北電力大學 低碳經(jīng)濟與貿(mào)易研究所，北京 102206）摘 要： 環(huán)境的惡化迫使政策制定者們尋求可再生能源發(fā)電替代傳統(tǒng)能源發(fā)電的新途徑 ， 但是高額的發(fā)電成 本限制了可再生能源發(fā)電行業(yè)的發(fā)展 。 在考慮 CO2 減排效益的情況下 ， 利用 2012 年中國部分火力發(fā)電廠和 風力發(fā)電場發(fā)電情況的有關數(shù)據(jù) ， 基于全生命周期法和年限平均

2、法計算了火力發(fā)電和風力發(fā)電的綜合成本 。計算結果表明 ， 在考慮 CO2 減排效益的情況下 ， 2012 年風力發(fā)電的綜合成本只比火力發(fā)電的綜合成本高出 0.027 元/（kWh）。 當風力發(fā)電年度利用小時數(shù)達到并維持在 2 200 h 及以上時， 風力發(fā)電的綜合成本將低于 火力發(fā)電的綜合成本。關鍵詞： 可再生能源； 碳足跡； 發(fā)電成本； 風電； 火電； 經(jīng)濟性評價； 全生命周期法； 年限平均法中圖分類號： TM614；TK-9文獻標志碼： A文章編號： 1004-9649（2014）08-0154-070引言減 少 CO2 排放是世界及中國面臨的一項緊迫 任 務 。 火力發(fā)電是中國 CO2

3、排 放 的 主 要 來 源 ， 火 電發(fā)電量約占全部 發(fā) 電 量 的 80% 以 上 ， 年 消 耗 煤 炭 16 億 t1-5。 文 獻6研究表明， 碳排放強度的短 期年度變化主要是受到發(fā)電結構的 影 響 ， 因 而 改 善發(fā)電結構可以有效降低中國碳排 放 量 ， 因 而 提 高風力發(fā)電所占比例， 是降低中國對火電依賴度、 實現(xiàn) CO2 減排目標的重要手段之一。關于風電發(fā)展的經(jīng)濟性問題還存在一定爭議，這在一定程度上影響了風電的進一步發(fā)展?；?于 風 電環(huán)境價值和經(jīng)濟性研究文獻還比較 少， 在我們所掌握的 文 獻 范 圍 內(nèi) ， 只 有 文 獻7 綜 合分析了風力發(fā)電的環(huán)境價值和經(jīng) 濟 價 值

4、 ， 并 將 風力發(fā)電和火力發(fā)電的綜合成本進 行了對比， 得性 的 原 因 ， 并 論 證 了 本 文計算結果的可信性 。 分別 計 算 了火力發(fā)電和風力發(fā)電的經(jīng)濟成本 ， 并分析了煤炭價 格變化和風電機組利用小時變化 對發(fā)電經(jīng)濟成本的影響。 通過對比分析火力發(fā) 電和風力發(fā)電的綜合成本（環(huán)境成本和經(jīng)濟成本之 和）， 探討了風力發(fā)電的社會經(jīng)濟價值。1 風力發(fā)電碳足跡1.1 計算模型及步驟碳足跡的計算方法包括生命周 期 法 、 投 入 產(chǎn) 出法和混合生命 周 期 法 。 生命周期法更適合于微 觀系統(tǒng)的碳足跡 核 算 ， 因此本文將運用生命周期 法進行計算， 模型如式（1）。nEmission=Em

5、issioni=i=1出火力發(fā)電的綜合成本大約為 0.386 6 元/（kWh） ，nmConsumptionijEmission Factorij（1）風力發(fā)電的綜合成本為 0.354 元/（kWh） 。 但 是 ，i=1j=1文獻7只考慮了發(fā)電過程中的環(huán)境成本 ， 沒 有 考 慮 煤炭開采以及電廠/場建設中的環(huán)境成本 ， 因 此， 其結論可能與實際存在一定偏差。本文將基于全生命周期法 ， 研 究 基 于 CO2 減 排 效益的風力發(fā)電綜合成本 。 與已有研究相比 ， 本文的創(chuàng)新主要包括： 在計算中國風電碳足跡 的 基 礎 上 ， 進一步分析影響碳足跡 計 算 結 果 差 異式 中 ： Em

6、ission 為 生 命 周 期 內(nèi) CO2 總 排 放 ； Emissioni 為 第 i 階 段 的 CO2 排 放 ； Consumptionij 為 第 i 階段第 j 種材料的消費量； Emission Factorij 為 第 i 階段第 j 種材料的 CO2 排放因子。風力發(fā)電場按其生命周期可以 分 為 風 機 制 造 與運輸階段、 風機安裝和風電場基建階段（這一階 段包括風電外送電網(wǎng)工程建設）、 日常運行和維護 中 國 電 力第 47 卷收稿日期： 2014-03-19基金項目： 國家自然科學基金資助項目（71373078；71073053）作者簡介： 趙曉麗（1970）， 女

7、， 黑龍江雙城人， 教授， 從事能源經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展、 電力經(jīng)濟管理研究。E-mail: HYPERLINK mailto:email99zxlvip.sina email99zxlvip.sina 154階 段 、 風機拆除和風電場 相關設施回收和處理等 4 個階段， 計算步驟如圖 1 所示。圖 1 生命周期法核算風電場碳足跡的步驟 Fig.1 Process of using life-cycle assessment to calculate the carbon footprint of wind farms1.2 數(shù)據(jù)來源本文以大唐扎魯特旗風電場一期工程為 研 究 對 象 。 該風電

8、場位于內(nèi)蒙古 ， 設 計 裝 機 容 量 49.5 MW， 風 機 及 塔 架 選 取 東 汽 FD77-1500 型 風 力 發(fā)電機組。2012 年中國新開工的 風 電 場 總 數(shù) 為 246 座 ， 其中裝機容量在 47.5 50.0 MW 的 風 電 場 為 219 座8， 因此， 本文的計算結果雖然反映的是裝機容 量在 50 MW 左右的風電場的碳足跡情況， 但是對 于全國的風電場來講也具有較大代表性。文 中 所 使 用的數(shù)據(jù)來源于大唐扎魯特風電 場 的 可 研 報 告和工程概算定額及說明， 以及 電力工程電纜設計規(guī)范 。 各 種 原 材 料 的 CO2 排 放因子采用 IPCC200

9、6 和中國原子能科學研究院所 提供的排放因子數(shù)據(jù)進行核算。1.3風力發(fā)電生命周期各階段的材料消耗及 CO2 排放1.3.1 風機制造和運輸階段材料消耗及 CO2 排放風機制造階段的材料消耗和 CO2 排 放 計 算 結 果如表 1 所示。風機運輸分為 2 500 km 的鐵路運輸和 400 km 的公路運輸， 其中鐵路運輸 CO2 排放當量為 0.016 5 kg/（tkm）， 公 路 運 輸 CO2 排 放 當 量 為 0.055 6 kg/（tkm）9， 則可以計算出鐵路運輸和公路運輸帶來 的 CO2 排放量分別為 6.76 t 和 3.64 t。1.3.2風機安裝和風電場相關工程建設階段

10、材料 消耗及 CO2 排放風電場建設和風機安裝過程中的相關材 料 消 耗和 CO2 排放量， 如表 2 所示。風電場外送工程建設階段的 CO2 排 放 量 的 核算 ， 選 擇 220 kV 輸電線路作為風電場的外送線 路 。 同 時 ， 從 調(diào) 研 數(shù) 據(jù) 看 ， 風電場送出工程線路 長 度 一 般 為 9.0113.4 km， 其中大部分數(shù)值集中 在 20 km 左 右 。 因而本文在核 算時采用眾數(shù)值即 20 km 作為核算標準。 相關數(shù)據(jù)及計算結果如表 3 所示。1.3.3 風電場運行維護階段材料消耗及 CO2 排放風電場的維護周期按照每 2 周 進 行 一 次 常 規(guī) 檢 查 計 量

11、 ， 維護過程中技 術人員乘坐汽車對所有 桿 塔 進 行 維 護 ， 大 唐 扎 魯 特旗風電場一期工程內(nèi) 部 道 路 長 度 為 23.9 km， 則風機整個生命周期 （20 年）內(nèi)需行駛道路長度為 12 462 km， 按照 0.12 L/ km 計 算 ， 相當于耗費柴油 1 495.44 L， 根 據(jù) IPCC2006 發(fā) 布 的 CO2 排放當量可以得出柴油的 CO2 排 放 當 量 為 2.7 g/L， 可 以 得 出 CO2 排 放 量 為4.038 kg。 另 外 ， 在風力發(fā)電機的整個運行周期 內(nèi)， 需要更換掉 1 個葉片和 1/3 的機組10。 輸電線 路 的 維 護 一

12、般 1 個 月 進 行 一 次 ， 通常認為在風電 場 整 個 生 命周期中輸電線路同比更換 1/3 的 零 部 件11 。 由此可以計算得到風電場運 行 維 護 階 段 的 CO2 排放情況， 如表 4 所示。1.3.4 回收掩埋處理階段材料消耗及 CO2 排放風電場回收掩埋處理階段涉及的 CO2 排 放 主 要包括風機拆卸 。 認 為 風 機拆卸和風機安裝時所 用設備臺時可以等同計算 ， 即風機拆卸階段 CO2排放量為 59.36 t。1.4 風力發(fā)電碳足跡計算結果分析基于全生命周期法計算得到的大唐扎魯 特 旗49.5 MW 風電場碳足跡為 12.89 g/（kWh） ， 如 表5 所示。

13、 表 5 顯示， 在風電場的整個生命周期中，表 1 風力發(fā)電機組各部件 CO2 排放量Tab.1 CO2 emissions of wind turbine production部件葉片塔架風輪機艙齒輪箱發(fā)電機輪轂主軸單臺合計33 臺合計質(zhì)量/kg6 03590 40015 8955 60016 0006 80016 0007 150-CO2 排放量/t83.283198.88034.96912.32035.20014.96035.20015.730430.54014 207.000表 2 風電場建設與安裝階段材料消耗及 CO2 排放量Tab.2 Material consumption an

14、d CO2 emissions during the process of building and installing of wind farmst耗材鋼銅混凝土鋁油料消費合計3 113.220 0031.150 001 649.520 0022.044 0059.365 684 875.300 00質(zhì)量1 415.1008.90013 746.00013.36026.268-CO2 排放量表 3 電網(wǎng)架設 CO2 排放量耗材鋁/（t鋼/（tkm-1）混凝燃料油/CO2 排放km-1）土/m3（tkm-1）量/（tkm-1）鋼芯鋁絞線4鍍鋅鋼絞線0.360.78桿塔2

15、3.3051.04混凝土建設過程0.03合計3.2424.8440.0360.26Tab.3 CO2 emissions during the process of power grid building40.48表 4 風電場運行維護階段 CO2 排放量圖 2 本文計算結果與其他結果比較 Fig.2 Comparison of results between this paper and other literatures的原因主要是風電場風能質(zhì)量和規(guī)模的不同。風能質(zhì)量主要通過 2 種方式影響風電碳足跡：Tab.4 CO2emissions during the operating and一

16、是通過影響風機選型 ； 二是通過影響風機塔架 maintenance of wind farms高度和風機塔架的結構。0.004維護周期風電場 輸電線路油料消費 CO2 排放量設備更換 CO2 排放量4 735.9620.002400.000t此 外 ， 對于規(guī)模較大的風電場而言 ， 單 位 電 能 產(chǎn) 生 的 CO2 排 放量便會相應減小 ， 如 文 獻 14的 核 算 結 果 中 ， 單 機 容 量 為 3 MW 的 風 電 場 的 碳 足跡遠遠小于單機容量為 1.65 MW 的 風 力 發(fā) 電 場 的 碳 足 跡 。 而對于風機制 造 商 來 說 ， 當 風 力 發(fā) 電風 機 制 造 、

17、 基建與風機安裝 、 運 行 維 護 階 段 CO2 排放的比例都較高 ， 風機制造占到整體 CO2 排 放 量 的 55.70% ， 基建和風機安裝占到 23.82% ， 運 行和維護階段因為要更換 風 電 機 組 部 件 ， 因 而 所占比例也達到了 20.17%。 而廢棄處理和運輸階段 CO2 排放所占比例相對較小 ， 二者整體所占比例 不足 1.00%。本文掌握的對于風電場碳足跡研究的文 獻 的 核 算 結 果 ， 如 圖 2 所 示 。 風力發(fā)電碳足跡的計算 結果從 4.97 g/（kWh）至 69.60 g/（kWh）不 等， 其中 計 算 結 果 在 4.97 20.00 g/（

18、 kWh） 的 有 13 個 ，占到全部結果的 81.20%。 計算數(shù)值比較高的 2 個 結 果 是 69.90 g/（ kWh） 12 和 46.80 g/（ kWh） 13 。 文 獻12 在核算過程中使用的是投入 產(chǎn) 出 分 析 方 法 ， 該方法選取的系統(tǒng)邊 界比生命周期核算方法 的系統(tǒng)邊界寬泛， 因而核算結果偏大。 而文獻13 針 對 的 是 250 W 的風力發(fā)電機組計 算 的 碳 足 跡 ， 核算風機的單機裝機容量 較 小 ， 而其他結果在計 算時針對的是 主 流 1.5 MW 或 者 3 MW 的 風 力 發(fā) 電 機 組 ， 因而核算結果存在較大差異 。 除 掉 這 2 個 差

19、 異 較 大 的 結 果 ， 結 果 依 舊 存 在 著 從 4.97 g/（kWh）到 21.60 g/（kWh）的 差異， 導致這種差異機單機裝機規(guī)模較大時 ， 所消耗的材料相比較與 同類型小型發(fā)電機組來講 并不是成倍增加 ， 而 是 呈現(xiàn)逐漸變緩的增長趨勢。 文獻13的研究結果顯 示 ， 單機額定裝機容量為 250 W 和 1.5 MW 的 機 組的碳足跡相差 32.40 g/（kWh）， 而文獻15對于 澳 大 利 亞 850 kW 和 3 MW 的風力發(fā)電機組 的 研 究也證明了這一點。圖 2 還 顯 示 ， 本文計算結果與現(xiàn)有大部 分 計 算結果基本一致 ， 從 這 一 點 看 ，

20、 本文計算結果具 有 較 大 代 表 性 。 此 外 ， 本 文計算結果略大于大部 分的現(xiàn)有研究結論 ， 其 原 因可能是本文在計算時 考慮了外送線路的碳足跡 。 外送線路碳足跡在總 體碳足跡中大約占到 6%以上的比例。2 考慮 CO2 減排效益的風電發(fā)電成本2.1 風力發(fā)電的經(jīng)濟成本2.1.1 計算方法及數(shù)據(jù)來源鑒于數(shù)據(jù)的可獲得性 ， 本文采用年限平 均 法 進行計算， 如式（2）。C=C1+C2+C3（2）式 中 ： 按 1 kWh 計 算 ， C 為 發(fā) 電 成 本 ； C1 為 靜表 5 風電場各階段 CO2 排放及所占比例 Tab.5 Volume of CO2 emissions

21、of each stage and its proportion to the total during the operation life of wind farms風電場各階段風機制造安裝與基建運行維護廢棄處理運輸合計CO2 排放量/t14 207.8906 080.0005 135.97059.36010.40025 493.620碳足跡/（g（kWh）-1）7.183.072.600.030.0112.89占比/%55.7023.88100.00態(tài) 投 資 成 本 ； C2 為 管理費用及其他費用附加 ； C3為人力成本。 其中，（1i）T2i計局發(fā)布 20

22、12 年人民幣對美元平均匯率折算價）， 而發(fā)達國家則高達 315 元 （50 美 元 ）。 文 獻17 估 算 出 CO2 排 放 的 外 部 成 本 為 20 美 元/t。 但 是 根 據(jù)OI（1r）（1i）T1（1i）T2iT2OIr世界觀察研究所的數(shù)據(jù) ， 發(fā)達國家和發(fā)展中國家 C1=TIhwT3（3）CO2 排放的成本并不能等同計算 ， 因 而 直 接 將 這式 中 ： OI為 初 始 總 投 資 ； TI 為 總 裝 機 容 量 ； r 為 自有資金 比 率 ， 一 般 為 20%； hw 為風電場運營期 內(nèi)年平均利用小時數(shù) ， 根 據(jù)近年風電機組發(fā)電情 況， 本文取值 2 000

23、h； T1 為風電場建設期， 一般 為 1 年 ， 建設期利息取值 6.55%16 ； T2 為 折 舊 期 限， 即本文中的還款時間， 一般為 15 年； T3 為風 電場有效使用年限， 一般為 20 年。為了計算風力發(fā)電的經(jīng)濟成本 ， 選 取 國 內(nèi) 某 新 能 源 公 司 2012 年核準并完成建設的 26 個 風 電 場項目進行計算。2.1.2 計算結果及分析（1） 風力單位發(fā)電量靜態(tài)投資成本 。 某 公 司 26 個風電場項目總投資額為 1 206 623.56 萬 元 ， 總裝機容量為 127.26 萬 kW， 利用式（3）， 可以得 出 2012 年風力靜態(tài)投資成本為 0.37

24、元/（kWh）。（2） 管理費用和其他費 用 及 附 加 。 某 公 司 1 座 200 MW 風 電 場 ， 管理費用和人工成本按照年 1 500 萬 元 計 算 ， 則管理費用和人 工 費 用 為 0.038 元/（kWh）。（3） 風力發(fā)電單位經(jīng)濟成本 。 根 據(jù) 計 算 得 到 的風力單位發(fā)電量的靜態(tài) 投資成本和管理費用以 及其他費用及附加成本， 可以得出 2012 年中國風力發(fā)電單位成本為 0.408 元/（kWh）（0.370+0.038）， 根據(jù)現(xiàn)行會計準則 ， 企業(yè)所得稅不計入 成 本 項 ， 而增值稅要計入成本項 。 風 力 發(fā) 電 享 受 50% 的 優(yōu) 惠 退 稅 ， 現(xiàn)

25、行增值稅稅率為 17%， 因 而 風 力 發(fā) 電 度電稅費大約為 0.035 元/（kWh）， 風力發(fā)電總成 本大約為 0.440 元/（kWh）。 從計算結果來看， 風 力發(fā)電成本中初始靜態(tài)投 資成本占到總成本的 78%， 管理費用大約占到 8%， 其余部分由人力成 本和稅費分攤。2.2 考慮 CO2 外部性的風力發(fā)電綜合成本為了計算風力發(fā)電的 CO2 排 放 成 本 ， 需 要 確 定 單 位 CO2 排放的環(huán)境外部性成本 。 CO2 排 放 的 環(huán)境成本定量化分析的數(shù) 據(jù) 還 比 較 少 ， 世 界 觀 察研究所認為消減 1 t CO2 排放量， 發(fā)展中國家需要 的成本為 31.563.

26、0 元（510 美元）（ 匯率取國家統(tǒng)一數(shù)據(jù)引入到發(fā)展中國家 的計算中并不適用 。 文 獻7 利用等比例法計算出中國 CO2 排 放 的 環(huán) 境 成 本為 29 元/t， 并且認為應該將 126 元/t（20 美元/t）、23 元/t18 和 29 元/t 求 平 均 得 出 CO2 排 放 的 環(huán) 境 成 本為 44 元/t。本 文 CO2 排 放按照世界觀察研究所 給 出 的 CO2 減排成本中的低位值 31.5 元/t（5 美元/t）和 高 位 值 63.0 元/t（10 美元/t）的平均值即 47.3 元/t 計算。 由此可以得到風力發(fā)電的 CO2 排放成本為 0.000 6 元/（k

27、Wh） ， 從而得到在考慮 CO2 外 部 成 本 的 情 況 下 ， 2012 年 風力發(fā)電綜合成本仍為 0.44 元/（kWh）， 和經(jīng)濟成本一致。3考慮 CO2 減排效益的風電成本與火電成 本對比3.1 考慮 CO2 排放的火力發(fā)電綜合成本3.1.1 火力發(fā)電的經(jīng)濟成本計算火力發(fā)電的經(jīng)濟成本 ， 需 要 用 到 火 電 廠 建設的靜態(tài)投資成本 、 煤 炭 價 格 、 發(fā) 電 煤 耗 率 、 火電廠管理費用、 年發(fā)電量等數(shù)據(jù)， 如表 6 所示， 選取 2012 年投產(chǎn)的 12 座 120 萬 kW 和 132 萬 kW 的火力發(fā)電廠數(shù)據(jù)， 2012 年國內(nèi)新投產(chǎn)的燃煤發(fā) 電 廠 總 數(shù) 為

28、 111 座 ， 其中裝機容量在 120 萬 kW 及 以 上 的 大 約 有 16 座 ， 本文只獲得了其中 12 座 火電廠的數(shù)據(jù)。 120 萬 kW 火力發(fā)電廠屬于國內(nèi)較 先進的火力發(fā)電廠配置 ， 其生產(chǎn)成本及生產(chǎn)中的 碳排放也會相對較低， 因而與風電更具有可比性。 表 6 中 ， 新增裝機容量和新增電源投資 額 數(shù)據(jù)由筆者根據(jù)國內(nèi) 12 座 2012 年投產(chǎn)的 120 萬 kW 以上火電廠數(shù)據(jù)整理， 2012 年國內(nèi)新投產(chǎn)的燃煤 發(fā)電廠總數(shù)為 111 座， 其中裝機容量在 120 萬 kW 及 以 上 的 大 約 有 16 座 ， 本文只獲得了其中 12 座 火電廠的數(shù)據(jù)。 120 萬

29、 kW 火力發(fā)電廠屬于國內(nèi)較 先進的火力發(fā)電廠配置 ， 其生產(chǎn)成本及生產(chǎn)中的 碳排放也會相對較低 ， 代 表了未來火電廠的發(fā)展 趨 勢 。 使 用 期 限 按 照 火力發(fā)電工程經(jīng) 濟 評 價 導表 6 2012 年國內(nèi) 12 座新投產(chǎn)火力發(fā)電廠數(shù)據(jù) 發(fā)電設備平均利用小發(fā)電標準煤耗/新增裝機容量/新增電源投資額/ 時數(shù)/h （g（kWh）-1）萬 kW億元4 9823051 588593.389 9Tab.6 Data of 12 new thermal power plants in 2012 in China自有資金率/%折舊期限/年使用期限/年建設期/年2015202則 （DL/T 543

30、52009） 要求火電廠項目運行期按 20 年計算。計算火力發(fā)電經(jīng)濟成本的公式與計算風 力 發(fā) 電經(jīng)濟成本的公式類似， 如式（4）所示。C=C1+C2+C3+C4（4）式 中 ： 按 1 kWh 計 算 ， C 為 發(fā) 電 成 本 ； C1 為 靜 態(tài) 投 資 成 本 ； C2 為 管理費用及其他費用附加 ； C3 為人力成本； C4 為火力發(fā)電燃煤成本?；鹆Πl(fā)電靜態(tài)投資成本為：（1i）T2i圖 3 煤炭價格波動情況 OI（1r）（1i）T1（1i）T2iT2OIrFig.3 The fluctuation of coal priceC1=TIhtT3（5）按 照 17% 的稅率繳納增值稅 ，

31、 因 而 火 力 發(fā) 電 稅 費式中： r 為自有資金比率， 為了保持與風力發(fā)電場 數(shù) 據(jù) 的 可 比 性 ， 也 取 20%； ht 為火電廠運營期內(nèi) 年平均利用小時數(shù)， 按照 2012 年火力發(fā)電利用小 時 數(shù) 的 統(tǒng) 計 結 果 ， 取 498 2 h； T1 為 火 電 廠 建 設為 0.05 元/（kWh）。綜上， 按照式（4）可以計算得出火力發(fā)電度電 總成本在 0.373 元/（kWh）， 其中燃煤成本約占到 總成本的 60%。期， 取平均水平 2 年 ， 建設期利息取值 6.55%16；3.1.2火力發(fā)電的 CO2排放成本T2 為折舊期限， 即本文中的還款時間， 一般為 15 年

32、； T3 為火電廠有效使用年限， 按照火力發(fā)電工 程 經(jīng) 濟 評 價 導 則 （DL/T 54352009） 要 求 火 電 廠 項目運行期按 20 年計算。利用公式（5）結合表 6 中有關數(shù)據(jù)可以計算得 出火力發(fā)電廠靜態(tài)投資成本為 0.057 元/（kWh）。火力發(fā)電燃煤成本： 7 000 IPCC 給出了臺灣地區(qū)火力發(fā)電 行 業(yè)CO2 排 放 量 大 約 為 620 g/（kWh） 。 文 獻20 計 算 得 到 中 國 山西某燃煤電廠的碳足跡 大 約 為 730 g/（ kWh） ， 文 獻 21 計 算 2009 年 火 電 碳 足 跡 約 為 866 . 3 g/（kWh）， 文獻2

33、2計算得出 2009 年火力發(fā)電碳足 跡為 892 g/（kWh）， 文獻23利用 CDM 的排放因 子計算得出全國火力發(fā)電 CO2 碳足跡平均為 1 030g/（kWh）。 目前 ， 對于火力發(fā)電碳足跡的計算結 PcHCcC4=1 000 000（6）果還沒有形成統(tǒng)一結論 ， 國內(nèi)的計算結果從 730g/（kWh）到 1 030 g/（kWh）不 等18，20-23， 為了減弱式中 ： C4 為 燃 煤 成 本 ； Pc 為 煤 炭 價 格 ； H 為 煤 炭 熱值； Cc為發(fā)電標準煤耗。在計算火力發(fā)電廠單位發(fā)電量的燃煤成本時， 本文采用發(fā)電標準煤耗及 標準煤的價格作為計算 根 據(jù) 。 圖

34、3 19 顯 示 了 近 2 年 （2012 年 1 月 5 日 至 2014 年 3 月 12 日 ） 環(huán) 渤 海 5 500 大卡動力煤市場 價格， 2012 年 5 月 9 日以后煤炭價格出現(xiàn)明顯下 降， 至 2012 年 8 月 1 日煤炭價格下降到 621 元/t，2013 年 5 月 8 日左右煤炭價格又開 始 下 滑 ， 直 到2013 年 10 月 9 日下降到最低點 530 元/t 后開始回 升。 圖 3 顯示， 自 2012 年 8 月 1 日以后， 煤炭價 格總體變動趨勢比較平穩(wěn) ， 因 此 ， 本 文 中 的 煤 炭 價格取 2012 年 8 月 1 日至 2014 年

35、 3 月 12 日（本文 完成時）的 5 500 kcal 動力煤價格的平均值， 該均 值為 600 元/t， 折合標準煤價格為 762 元/t（標準煤 熱 值 為 7 000 kcal， 折 合 系 數(shù) 1.27）， 則 相 應 單 位 千瓦時發(fā)電量的煤炭消耗成本為 0.232 元/（kWh）。 根據(jù)火電廠定員標準的規(guī)定 ， 由 4 臺 機 組 組成 的 200 MW 火 力 發(fā) 電 廠員工數(shù)大約為 290 人 ， 現(xiàn)行火電廠員工福利大約為 11.9 萬元/年， 則平均 度電人工成本為 0.034 元/（kWh）。 火力發(fā)電廠應不同計算結果對于本文計 算 結 果 的 影 響 ， 取 國 內(nèi)

36、已 有 火 力 發(fā) 電 CO2 碳 足跡的平均值作為火力發(fā)電 CO2 的 碳 足 跡 ， 結 果 為 879.5 g/（ kWh） 。 由 此 可以得到火力發(fā)電廠 的單位發(fā)電量產(chǎn)生的 CO2 外 部成 本 為 0.04 元/（kWh） 。 這 樣 ， 可 以 得 出 目 前 火 力發(fā)電的 綜 合 成 本 為 0.413 元/（kWh） ， 其 中 CO2 排放的外部成本約占總成本的 10%。3.2 風力發(fā)電與火力發(fā)電綜合成本比較分析2.1 節(jié) 和 3.1 節(jié) 中 關 于 2012 年風力發(fā)電和火 力發(fā)電綜合成本（經(jīng)濟成本與 CO2 環(huán)境成本之和）的 計 算 結 果 分 別 為 0 . 440

37、元 / （ kWh ） 和 0 . 413 元 /（kWh）。 火力發(fā)電經(jīng)濟成本中占比最大的是燃煤 成 本 ， 大約占到總成本的 60%。 根 據(jù) 中 國 能 源 發(fā) 展 戰(zhàn) 略 ， 未來將盡可能控 制 煤 炭 消 費 ， 因 此 煤 炭 價格近年內(nèi)快速上漲的可 能 性 不 大 ， 因 此 假 設 未 來 5 年之內(nèi)火力發(fā) 電經(jīng)濟成本將維持在 0.373 元/（kWh）左 右， 綜合成本為 0.413 元/（kWh）左 右。 風 電 的 發(fā) 電 成 本 （ 主要由固定投資成本決定 ）與風電利用小時密切相關 。 若風電利用小時數(shù)增 加 ， 風力發(fā)電成本將降低 。 圖 3 列出了標準煤價 格 在

38、650800 元/t（5 500 kcal 動 力 煤 價 格 為 510630 元/t） 波動情況下的火力發(fā)電成本與發(fā)電小時 數(shù)變化下的火力發(fā)電綜合 成本與風力發(fā)電綜合成 本 變 化 趨 勢 ， 從 中 可 以 看 出 ， 相比較于火力發(fā)電 成本隨煤炭價格變化的趨勢 ， 風力發(fā)電成本隨年 度利用小時數(shù)的變化趨勢 更 加 明 顯 。 圖 3 中 黑 色 虛線列示了在標準煤煤價為 762 元/t 情 況 下 的 火 力發(fā)電綜合成本， 其與風力 發(fā) 電 綜合成本相交于 風 電 年 度 利 用 小 時 數(shù) 為 2 200 h 處， 即按照目前 的煤炭價格水平 ， 當 風 力 發(fā)電年度利用小時數(shù)上 升

39、 并 維 持 在 2 200 h 及 以 上 時 ， 風力發(fā)電的綜合 成本便低于火力發(fā)電的綜 合 成 本 。 本 文 研 究 中 僅 考 慮 了 CO2 排放的外部成本 ， 如果再考慮粉塵 、 SO2、 NOx 的外部成本， 風力發(fā)電的綜合成本效益 將更加顯著。圖 3 還 顯 示 ， 中國主要的風力發(fā)電場中 ，2012 年利用小時數(shù)大于 2 200 h 的已經(jīng)有 152 家，甚 至 有 45 家風電場的年度利用小時數(shù)超過 3 000 h8， 對于這些風力發(fā)電場 ， 其綜合成本已經(jīng)低于 了火力發(fā)電的綜合成本 。 國內(nèi)風能資源較為豐富 的內(nèi)蒙和甘肅北部 、 黑 龍 江 、 吉林的東部及遼東 和山東

40、半島沿海地區(qū) ， 青 藏高原北部等地區(qū)以及 風能資源豐富的東部沿海 地 區(qū) ， 年度可利用風能 時常普遍大于 3 000 h24。 目前中國風電利用小時 偏 低 ， 主要原因是與風電 快速發(fā)展相配套的電網(wǎng) 建設和制度建設相對落后 ， 如果以后這些問題得 以 解 決 ， 大多數(shù)風電場年利用小時超過 2 200 h 是完全有可能實現(xiàn)的 ， 則 那時考慮環(huán)境外部性的 風電成本的競爭優(yōu)勢將會完全得以顯現(xiàn)。圖 4 風力發(fā)電成本與年利用小時數(shù)變化 Fig.4 Change of production cost and yearly utilization hours of wind power4 結語隨著

41、風電產(chǎn)業(yè)的技術進步 ， 風 力 發(fā) 電 成 本 快 速 降 低 ， 但是在不考慮環(huán) 境外部性的情況下 ， 風力發(fā)電成本仍然高于火力 發(fā) 電 成 本 ， 難 以 與 火 電 進 行 競 爭 。 本文基于風力 發(fā) 電 的 CO2 減 排 效 益 ， 對比分析了風力發(fā)電和火力發(fā)電的綜合成本（經(jīng)濟成本和環(huán)境成本之和）。 研究結果顯示， 在僅考慮 CO2 環(huán)境成本的情況下 ， 火力發(fā)電的綜合成本比 其經(jīng)濟成本高出 0.04 元/（kWh） ； 風 力 發(fā) 電 的 綜 合 成 本 與 其 經(jīng) 濟 成 本 一 致 。 基于標準煤炭價格 762 元/t（5 500 kcal 動力煤價格 600 元/t）， 風

42、電機 組利用小時數(shù)為 2 000 h 基 礎 上 ， 計 算 得 到 2012 年中國風力發(fā)電的綜合成 本比火力發(fā)電的綜合成 本僅高 0.027 元/（kWh）。 研究中還發(fā)現(xiàn)， 如果風 電機組利用小時數(shù)上升 并 維 持 在 2 200 h/年 及 以 上時， 風力發(fā)電的綜合成本將低于火力發(fā)電成本。 以上結果僅考慮了 CO2 排放的外部成本 ， 如 果 再考 慮 粉 塵 、 SO2、 NOx 等污染氣體的 環(huán) 境 外 部 成本， 風電的經(jīng)濟性將變得更加顯著。參考文獻：1 數(shù) 據(jù) 顯 示 巴 西 2012 年溫室氣體排 放 量 為 20 年 來 最 低 EB/ OL.（2013-11-11）20

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