石油圈? ? 目前中國集中式天然氣發電面臨著氣價較高、設備投資成本高、氣源不足等因素的困擾，而且執行的仍然是臨時上網電價，沒有體現氣電“峰谷分時”電價、環境保護等外部成本，較煤電而言缺乏市場競爭力。本文采用平準化發電成本（LCOE）作為衡量集中式天然氣發電競爭力的主要指標，計算出合理的LCOE電價，并對氣價、利用小時數等因素進行敏感性分析，通過上海、北京、浙江等6個典型省市的氣電上網電價對比，發現中國集中式天然氣發電項目經濟性較差，利潤空間有待進一步發掘。針對當前市場環境和未來發展趨勢，提出明確氣電發展政策、完善上網電價機制、加快天然氣發電核心技術開發等建議。
? ? 1 中國天然氣發電市場現狀
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? ? ?經過近些年的努力，中國天然氣行業取得了長足的發展，中國天然氣在一次能源消費結構中所占比重從2000年的2.7%提高到了6.4%（但仍遠低于世界平均水平的24%）；天然氣發電的發展步伐也在不斷加快，中國天然氣發電裝機容量、發電量不斷增加（見圖1、圖2）。2015年，中國集中式天然氣發電裝機規模達到5600萬千瓦。根據中國電力企業聯合會（中電聯）發布的《“十三五”天然氣發電需求預測》，預計到2020年中國天然氣發電規模為1億千瓦，其中分布式天然氣發電規模4000萬千瓦。
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? ? 國家政策的扶持，天然氣發電在環保、調峰等方面的優勢以及分布式能源的普及，為中國天然氣發電創造了很大的發展空間。表1是截至2015年10月中國各地區已有的天然氣發電站的情況（其中分布式天然氣發電站的裝機容量大于5萬千瓦）。從發電站分布來看，氣源供應充足、經濟承受能力較強的省市，例如廣東、江蘇、浙江、北京、上海等，天然氣發電站數量較多。
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? ? 在中國現行的電力市場環境下，天然氣發電的建設和折舊成本低于燃煤電廠，但天然氣發電成本中燃料成本比重較高，因此天然氣價格在很大程度上決定了天然氣發電是否具備成本競爭力。近期，國家密集發布天然氣行業有關政策，中國天然氣行業市場化進程加速，這將直接影響氣價，進而對天然氣發電行業產生深刻影響。除此之外，為了保證天然氣發電項目的經濟性，上網電價的制定也是關鍵因素。目前中國天然氣發電仍然只是臨時上網電價，各電廠的上網電價實行“一事一價”、“一廠一價”①。上海和浙江已開始試行兩部制電價。電量電價（又稱電度電價，以用戶每月實際用電量計算）可以彌補天然氣發電的變動成本，主要是燃料成本；容量電價（又稱基本電價，按變壓器容量或最大需量計算）可以補償發電企業的固定成本。天然氣發電項目的經濟性得到一定的保障，但仍未起到發展低碳能源的導向作用。
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? ? 2 集中式天然氣發電平準化成本測算
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? ? ?2.1 LCOE模型
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? ? 平準化發電成本（LCOE，levelized cost of electricity）是指發電項目在建造運營周期內每千瓦時的發電成本，是一種被廣泛認可的、透明度高的發電成本計算方法。本文利用LCOE模型，通過計算10萬千瓦集中式發電項目從初建到運營的總成本費用支出的折現值與其在壽命周期內能量產出的經濟時間價值的比值，得到燃氣電廠的平準化折現成本（度電成本），其推導過程如下。
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? ? 在考慮時間價值的情況下，凈現值NPV是多期的現值（PV）的集合，對LCOE的定義來自于收入的凈現值等于成本的凈現值這一恒等式，即
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? ? 基于上述公式，推導出度電成本LCOE的完整計算公式：
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? ? 其中，-初始投資成本的年值，包括自有資金、貸款以及折舊；
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? ? FCn-電廠每年的燃料成本；
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? ? OPEXn-運營維護成本的年值，包括保險費用、修理費用、勞動成本等；
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TAXn-電廠每年應納稅額，包括營業稅、增值稅、土地稅等；
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C-裝機容量；H-年利用小時數；On-廠用電率；N -電廠運營年限；r-折現率。
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模型需要的計算公式包括：
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固定成本＝折舊＋財務費用＋運行費用
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財務費用＝總投資×年利息率
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折舊＝總投資×年折舊率
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投資回報＝總投資×自有資金比例×年回報率
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貸款利息＝總投資×借用資金比例×負債回報率
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燃氣電站燃料費＝每千瓦時耗氣量×氣價
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? ? 集中式天然氣發電與傳統燃煤發電一樣，直接發電成本一般包括總投資折舊成本、運營和維修費用以及燃料成本，發電成本加上資金回報和貸款利息構成上網電價，也就是說，當發電成本一定時，為了滿足內部收益率、投資回報率等經濟評價指標，就會形成一個最低的上網電價標準。本文最終目標是針對集中式天然氣發電，在已知的數據背景下，構建一個財務評價指標模型——平準化發電成本LCOE模型，對項目投資收益情況做出合理的分析。
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? ? 2.2 模型參數
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? ? 影響集中式氣電項目經濟效益的因素有很多，除了氣價和發電利用小時數等關鍵因素，單位投資成本、裝機容量等參數也會產生一定影響。本文選取典型省市（上海、北京、浙江、江蘇、廣東、湖北）的集中式天然氣發電項目作為代表性機組進行分析。氣價以各省物價局公布的發電用氣價為準；由于涉及調峰機組，設定各省平均利用小時數在2500～4000小時。其他參數根據幾個典型省份的具體情況和行業數據進行設定（見表2）。
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? ? 考慮到全國各省市的燃氣發電狀況存在較大差異，對裝機容量、氣價、利用小時數等變量取全國平均值計算出平均水平的LCOE電價，作為標準情景來衡量各省市的氣電電價水平。全國集中式天然氣發電項目的平均機組容量為30萬千瓦，設定單位投資成本3000元，使用年限為20年，發電利用小時數3500小時（較為合理且貼切實際），年利息率6%，稅后內部收益率為8%，氣價取典型省市平均值為2.5元/立方米，綜合其他參數，最終計算得出的上網電價為0.7628元/千瓦時，其中燃氣成本占比達到74%?？梢钥闯?，氣價是影響集中式發電項目上網電價的最主要因素。
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? ? ?3 LCOE測算結果及敏感性分析
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? ? ?3.1 測算結果
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? ? 天然氣發電可以作為基荷發電，也可以用于調峰，由于調峰機組在利用小時數方面存在較大的不確定性，同時所給予的調峰電價也相對較高，本文以天然氣發電作為基荷電廠的情況進行研究。按照基準情景的設定，根據各省市實際氣價數據，計算出了全國天然氣發電基荷LCOE電價（見圖3）?？梢钥闯?，東南沿海和中西部地區依靠豐富的氣源供應，氣價較低，有很好的氣電發展環境，北京、上海等地在氣電發展政策上的優勢使其具有一定的市場競爭力，LCOE價格比其他省市低0.1～0.3元/千瓦時。氣電的上網電價直接決定了其電力市場競爭力。
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? ? 本文選取了氣源供應充足、天然氣發電發展較早，且經濟承受能力較強的6個典型省市——上海、北京、浙江、江蘇、廣東、湖北，其發電用氣價分別是2.5元/立方米、2.51元/立方米、2.31元/立方米、2.1元/立方米、2.6元/立方米和2.372元/立方米，在發電利用小時數為3500小時的情況下，6個典型省市氣電實際上網電價與LCOE電價構成對比情況見圖4。
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? ? 從圖4可見，如果假定利用小時數為3500小時，根據不同省份的氣價計算出的LCOE電價要比對應的實際上網電價高，只有湖北省的實際上網電價與LCOE結果相近，其他省份的電價差距都在0.1元/千瓦時左右。由于燃料成本所占份額較高，如果按照1立方米天然氣發5度電的標準計算，要彌補0.1元/千瓦時的電價差就需要降低氣價0.5元/立方米。目前，中國很多企業都需要依靠政府的補貼來彌補一部分成本，利潤空間很小甚至很多項目虧損。2017年上海碳排放交易市場建立后，天然氣發電站還會增加一定的碳排放費用，會進一步壓縮其利潤空間。
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? ? 3.2 敏感性分析
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? ? 在影響集中式天然氣發電項目的經濟性因素中，氣價的影響最大，然后是利用小時數、單位投資成本和裝機容量。敏感性分析是在基準情景基礎上，關注以上這些因素的變動對集中式氣電項目經濟性的影響程度。
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? ? 3.2.1 天然氣價格敏感性分析
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? ? 在其他條件不變時，利用小時數為3500小時的情況下，天然氣價格變動對應的LCOE電價情況見圖5?？梢钥闯?，氣價對LCOE電價的影響呈線性關系，在年發電小時數3500小時的情況下，氣價對LCOE電價的敏感系數為0.235，當氣價從2元/立方米上漲到2.6元/立方米（上漲幅度為30%），LCOE電價同步上漲0.1413元/千瓦時，漲幅為21%。
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? ? ?如果以北京和上海為例，在保持現行氣電上網電價標準不變的情況下，當氣價降低為2元/立方米時，LOCE模型下的電價剛好與北京、上?，F行的上網電價吻合。2015年12月，上海市采用兩部制電價來規范天然氣上網電價標準，其中容量電價為每月每千瓦45.83元，電度電價為0.4856元/千瓦時，折算后上網電價為0.64元/千瓦時，較之前的單一電價提高很多，一定程度上緩解了天然氣發電企業的生存壓力，但仍不能達到使集中式天然氣發電項目盈利的地步。針對企業發電虧損的情況，國家和地方部門通常采取補貼和電價疏導兩種方式來彌補這部分虧損。在中國天然氣發電裝機較集中的華北電網、南方電網和華東電網三個區域電網，對天然氣發電上網電價高出燃煤標桿電價部分采用政府補貼和上調電價全網平攤消化兩種方案。這兩種方案同時使用時，對于高出煤電標桿上網電價（各省的煤電上網電價集中在0.3～0.4元/千瓦時）的部分進行補貼，按照平均值計算，國家財政補貼為0.377元/千瓦時（＝625.41/1658，2015年補貼總額625.41億元，2015年天然氣發電量1658億千瓦時），電網電價上調0.007～0.02元/千瓦時（見表3），兩者之和基本與氣電LCOE高出煤電標桿上網電價的部分一致。從表3可見，如果要實現氣電裝機目標，在現行上網電價標準下，財政補貼金額非常龐大；另一種方案就是提高氣電上網電價，使得企業在市場交易中至少可以實現收支平衡。
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? ? ?3.2.2 年運行小時數敏感性分析
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? ? 利用小時數敏感性結果如圖6所示，以一個10萬千瓦機組為例，在氣價為2.5元/立方米的前提下，對利用小時數在2500～4000小時的變化范圍內LCOE電價進行回歸分析。結果顯示，發電利用小時數每增加100小時，LCOE電價相應下降約0.5分錢。說明利用小時數對LCOE電價的影響不如氣價明顯。
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? ? 3.2.3 單位投資敏感性分析
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? ? 在計算發電成本時，總投資折舊也占到一定比例，從本文LCOE模型來看，該比例大約為6%。單位投資是氣電項目總投資額與裝機容量的比值。當氣價為2.5元/立方米時，測算不同發電小時數下單位投資的LCOE電價，結果見圖7?？梢钥闯?，LCOE電價對單位投資的敏感性也基本呈線性關系。利用小時數為3500小時時，總投資增加20%，LCOE電價漲幅大約為4%。
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? ? 3.2.4 裝機容量敏感性分析
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? ? 在氣價為2.5元/立方米的情況下，圖8反映了項目裝機容量對LCOE電價的作用。從圖中折線趨勢來看，不同利用小時數情況下裝機容量從10萬千瓦增加到20萬千瓦，LCOE電價變化趨勢明顯，之后隨著裝機容量增加LCOE電價變化趨勢趨于平緩。同樣在氣價為2.5元/立方米、年發電小時數為3500小時的情況下，對裝機容量在10萬～100萬千瓦變化范圍內的LCOE電價進行回歸分析，結果顯示，裝機容量在20萬～50萬千瓦范圍內，每增加10萬千瓦，LCOE電價下降0.2分錢左右，裝機容量超過50萬千瓦后，LCOE電價不再有明顯的減少。這種情況可以用規模效應來解釋，當裝機容量增加到一定程度時成本不再下降甚至會出現上升的趨勢，也就是規模不經濟。
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? ? 4 結論與建議
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? ? 4.1 結論
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? ? 從LCOE測算結果來看，全國大部分省市在基準情景下LCOE電價要高于當地執行的上網電價，沒有政策補貼和環保價值補償等外部扶持，燃氣發電站很難盈利。從敏感性分析可以看出，氣價是對LCOE電價影響最大的因素，與煤炭等能源的比價關系對集中式天然氣發電的發展至關重要。未來中國天然氣管道運輸的輸配氣價將主要由“準許成本”和“合理收益”以及一些稅費組成，其中的“合理收益”為稅后全投資收益率8%，這是中國天然氣市場化改革的重要拐點，也將極大地促進天然氣發電行業的發展。
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? ? 國務院提出綠色低碳戰略，要求著力優化能源結構，把發展清潔低碳能源作為調整能源結構的主攻方向。集中式天然氣發電作為高效低碳發電方式的代表，在未來能源低碳化的改革中將作為中堅力量來發展。
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? ? 4.2 政策建議
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? ? 4.2.1 加大政策扶持力度，明確天然氣發電的發展路徑，優化能源結構
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? ? 國家主席習近平在巴黎氣候大會上的重要講話，指引了低碳綠色的能源革命方向，明確了天然氣的重要地位和改革基調。但與世界發達國家天然氣發電相比，中國仍然處于發展初期，只是在大方向上明確了天然氣發電的戰略地位，并沒有明確完善的扶持集中式天然氣發電的政策出臺。而且可再生能源對天然氣的替代性很強，近期國家發展改革委有一個領跑者計劃，對光伏發電進行招標，有消息稱在四川有企業投標的電價為0.61元/千瓦時，這會使很多氣電企業陷入更大的生存困境。未來明確而有力的政策支持是集中式天然氣發電大規模發展的重要驅動力。
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? ? 4.2.2 建立完善的天然氣發電上網電價機制
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? ? 現今各省市大多實行的是臨時氣電上網電價，并未形成完善的氣電價格聯動機制，也沒有體現調峰及環保價值，國家發展改革委出臺的政策中明確了氣電上網電價與煤電之間0.35元/千瓦時的最高限差價，很多項目即便實行最高限差價仍然不能保證其經濟性。集中式天然氣發電的高成本需要一套規范的上網電價機制來補償，特別是體現其環保價值的價格機制，實現天然氣發電的環保折價補償和氣電“峰谷分時”電價，以補償氣、煤發電的成本差距，其價格聯動機制的形成有利于提高未來集中式天然氣發電的能源份額。同時，制定嚴格的環保法律法規，通過收取碳稅等方式，讓企業享受天然氣發電的正外部性收益，促進產業快速發展。
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? ? 4.2.3 加快建立成熟的天然氣發電核心技術開發體系，減少投資成本
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? ? 目前中國未完全掌握燃氣發電核心技術，導致進口設備價格昂貴，整體上影響了發電的價格。國內制造企業雖然能夠制造、組裝燃氣發電機組，但在整機設計、熱部件材料制造以及冷卻和隔熱涂層等關鍵技術領域尚未實現實質性突破，燃機燃燒器、透平葉片等熱部件仍完全依靠進口。由于沒有掌握機組的核心技術，后續的高昂維護成本也讓發電企業難以承受，每年國內F級機組檢修維護費用一般都超過3000萬元/臺。政府和企業應在核心技術方面投入更多，以擺脫國外企業高昂的價格限制。
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? ? 4.2.4 實現適度優先發展、區域合理布局原則，統籌規劃
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? ? 由于當前受天然氣輸送設施、氣電上網政策以及地區氣電經濟承受能力的限制，集中式天然氣發電只是在經濟發達的幾個省市優先發展。氣峰與電峰重合，特別是在冬季，燃氣電廠存在缺氣風險，部分地區的燃機規模增加可能會導致天然氣供應不足，這就要求各地區根據氣源供應能力和電力需求等因素，實現集中式天然氣發電有序發展、合理布局。同時要兼顧天然氣需求的季節性，冬季社會用氣用電處于高峰，春秋季節用氣較少，用電負荷較低，這樣就造成了氣電供需的矛盾，因此要統籌規劃，合理應對氣電供需矛盾問題。
? ? ①中國現行的上網電價大致分為三類：一是按成本加成法制定臨時上網電價；二是國家批復的臨時上網電價0.72元/千瓦時；三是采用燃煤機組標桿電價加補貼的方式確定。
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