“双碳”目标下我国大型水电可持续发展经济性研究.pdf

水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期Water Resources and Hydropower Engineering Vol.54 No.S2段敬东,凌世河,肖玲娟,等.“双碳”目标下我国大型水电可持续发展经济性研究J.水利水电技术(中英文),2023,54(S2):344-348.DUAN Jingdong,LING Shihe,XIAO Lingjuan,et al.Based on the“double carbon”target economic research of large hydropower for sus-tainable high-quality development J.Water Resources and Hydropower Engineering,2023,54(S2):344-348.“双碳”目标下我国大型水电可持续发展经济性研究段敬东1,凌世河2,肖玲娟1,刘长栋1(1.国家能源集团技术经济研究院,北京 102211;2.国能大渡河流域水电开发公司,四川 成都 610041)收稿日期:2023-06-30基金项目:国家能源集团科技项目“煤炭与新能源优化组合模式及气候与能源市场联合预测预警分析系统研发”(GJNY-22-151)作者简介:段敬东(1970),女,高级工程师,学士,主要从事水电、新能源项目评价评审研究。E-mail:jingdong.duan 通信作者:刘长栋(1969),男,高级工程师,学士,主要从事可再生能源及各类发电项目的投资咨询、产业政策研究。E-mail:chang-dong.liiu 摘 要:水力发电是传统的高效、优质可再生能源,技术成熟可靠,大型水电站的开发建设,是双碳目标下推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系的必要路径。我国水力技术可开发资源丰富,但开发程度已过半,未来待开发资源主要集中在川、滇、藏等西南偏远地区,大型水电资源日益稀缺,水电项目建设条件日趋复杂,环境敏感因素相对增多、移民安置难度大,建造成本快速攀升,同时面临着高弃电、低电价等新的市场环境,进一步加剧了大型水电项目开发难度。通过对四川在建水电站在现有条件下的经济效益分析研究,提出我国存量大型水电资源可持续、高质量发展路径。关键词:“双碳”大型水电;发展;经济性;研究DOI:10.13928/ki.wrahe.2023.S2.056中图分类号:TV9文献标志码:B文章编号:1000-0860(2023)S2-0344-05Based on the“double carbon”target economic research of large hydropower for sustainable high-quality development DUAN Jingdong1,LING Shihe2,XIAO Lingjuan1,LIU Changdong1(1.China Energy Technology and Economy Research Institute,Beijing 102211,China;2.CHN ENERGY Dadu River Basin Hydropower Development Co.,Ltd.,Chengdu 610041,Sichuan,China)Abstract:Hydroelectric power generation is a traditional and efficient,high-quality renewable energy source with mature and re-liable technology.The development and construction of large-scale hydropower stations is a necessary path to promote energy pro-duction and consumption revolution under the dual carbon goal,and to build a clean,low-carbon,safe and efficient energy sys-tem.China has abundant exploitable resources in hydropower technology,but the level of development has exceeded half.In the future,the resources to be developed will mainly be concentrated in remote areas in southwestern China such as Sichuan,Yun-nan,and Tibet.Large hydropower resources are becoming increasingly scarce,and the construction conditions of hydropower pro-jects are becoming increasingly complex.Environmental sensitive factors are relatively increasing,and resettlement is difficult.The construction cost is rapidly rising,while facing new market environments such as high electricity waste and low electricity 443段敬东,等/“双碳”目标下我国大型水电可持续发展经济性研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期prices,Further exacerbating the difficulty of developing large-scale hydropower projects.By analyzing and studying the economic benefits of hydropower stations under construction in Sichuan under existing conditions,a sustainable and high-quality develop-ment path for China s existing large-scale hydropower resources is proposed.Keywords:“Double carbon”target;large-scale hydropower;development economic research1 我国水电发展现状特点及目标1 我国水电发展现状特点及目标1.1 发展现状 我国水力资源技术可开发量约 6.87 亿 kW,年发电量约 3 万亿 kWh,居世界首位。在“保护好生态环境、妥善安置移民的前提下,积极稳妥发展水电,科学有序开发大型水电,严格控制中小水电”原则下,我国水电由建国之初仅 36 万 kW 装机发展成为现在的全球水电建设领先力量,取得了巨大成绩。截至 2022 年年底,我国常规水电已建成装机 3.68 亿 kW,年发电量 1.36 万亿 kWh,主要流域水能利用率约 98.7%,大容量水轮机组自主设计制造能力、特高坝和大型地下洞室设计施工能力世界领先(见图 1)。图 1 20102022 年全国水电装机容量增长情况图 2 中国水力资源开发利用分区情况1.2 开发特点1.2.1 资源分布不均,东中部开发基本完成我国水力资源主要分布于西南地区,云、贵、川、渝、藏 5 个省区就占全国水资源总量的三分之二。目前我国已建常规水电站主要分布在西南、华中、华南等地区,水电资源开发总体完成超过 50%,其中东部地区(京津冀、山东、上海、江苏、浙江、广东等)水力资源基本开发完毕,中部地区(安徽、江西、湖南、湖北等)开发程度达到 90%以上,西南地区重庆、贵州两省市开发基本完毕,仅四川、云南、西藏还有较大开发潜力(见图 2)。1.2.2 调节库容稀缺,消纳依赖外送我国大部分地区冬春少雨、夏秋多雨,主要流域年内径流存在较大差异,而具有联合调度、有调节能力的大型水库有限,对自然来水丰枯调蓄的作用不足。我国水力资源分布与经济发展严重不均衡,水电消纳依赖于“西电东送”,由于外送线路建设滞后以及网架结构薄弱等原因,水电资源不能在全国范围内进行有效配置,存在弃水情况。1.2.3 环保、移民压力加大,经济性逐渐下降我国待开发水电资源集中在西南地区大江大河上游,水电站址多处于深山峡谷地区,自然地理环境特殊,水土生态脆弱,涉及的生态保护、珍惜物种保护等敏感因素相对较多,经济社会发展相对滞后,移民安置难度较大。同时,上游河段水电资源条件及开发条件较差,区域构造背景复杂,交通条件困难,开发成543段敬东,等/“双碳”目标下我国大型水电可持续发展经济性研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期本高,项目经济性面临挑战。1.3 发展目标 经过过去 20 a 的快速发展,我国中东部地区水电基本开发完毕,待开发资源集中在四川、云南、西藏;20230 年前,四川、云南、青海的水电开发基本结束,2030 年后,我国新增水电主要来源于西藏东部、南部地区河流干流。在碳中和目标的实现进程中,水电将是我国低碳和非碳能源转型、降低高碳能源比重、有效减少碳排的有生力量。按照相关预测,到 2030 年,我国西南地区规划水电基地全面形成,澜沧江、金沙江等河流干流水电开发基本完毕,常规水电总装机将达到 4.3 亿 kW,年发电量18 530 亿 kWh;到 2050 年,我国常规水电装机容量将达5.1 亿 kW,年发电量19 050 亿 kWh。2 我国水电开发经济效益分析2 我国水电开发经济效益分析2.1 分析原则 水电项目经营期现金流入,主要为电站发电收入,主要影响因素有上网电价与上网电量,上网电价应考虑为计划电量对应的电价与交易电价加权平均后的综合上网电价;上网电量应在设计电量基础上,根据径流调节程度考虑有效电量系数,并扣除厂用电、输电损失,还应根据历史弃水情况考虑一定的系统限电影响。水电项目现金流出,期初为资本金现金流出,经营期主要为电站运行成本,包括财务费用、维修费、材料费、人工成本、水资源费、库区基金以及其他费用等。其中,在等额还本、利息照付模式下,财务费用平均占项目总成本费用 30%左右,运行初期高达约 40%,是电站运行期最大的成本费用支出。投资项目经济评价指标较多,其中“资本金内部收益率”是充分考虑融资条件后能够从投资者角度考察项目盈利能力、偿债能力和财务生存能力,可反应投资者对项目投资获利的最低期望,故而本文以“资本金内部收益率”为判据标准,对水电项目投资收益进行分析。资本金内部收益率是指项目在整个计算期内各年资本金财务净现金流量的现值之和等于零时的折现率,也就是使项目的资本金净现值等于零时的折现率,计算公式为FNPV(FIRR)=ni=0(CI-CO)i(1+FIRR)-i=0式中,FIRR 为财务内部收益率;CI 为现金流入;CO为现金流出;i 为项目运营周期。资本金内部收益率是反映项目实际收益率的一个动态指标,该指标越大越好。一般情况下,财务内部收益率大于等于基准收益率时,项目可行。2.2 边界条件2.2.1 建设成本随着水电开发向大江大河的上游以及西南等偏远地区推进,水电项目建设条件日趋复杂,环境敏感因素相对增多、移民安置难度大,造成建设投资成本快速攀升。由于水电站与其他发电类型不同,地质、水文条件相差很多差异大,建设投资水平影响差异较大。2021 年核准常规水电站单位千瓦总投资平均为14 384 元,总体保持在高位水平。根据公开资料显示,目前雅砻江流域、金沙江流域在建大型水电项目单位千瓦总投资平均为 16600 元、14800 元,具有调节性的龙头水库或流域控制型水库电站,由于淹没大、移民多、生态环保问题多等因素,其投资水平高于平均值,如金沙江上游叶巴滩电站,单位千瓦总投资为 15300 元,而雅砻江流域的两河口电站单位千瓦投资更是超过 22000 元(见表 1)。2.2.2 弃水限电我国大部分地区冬春少雨、夏秋多雨,主要流域汛期来水一般占其径流量的 60%80%,水力发电有着明显的冬枯夏荣现象。在流域规划中,规划调节性水库达到总库容充足且具备多年调节的能力,实现储存并重组水资源用以调配和发电。但调节性水库投资大、造价高、发电能力有限,所以虽然我国主要流域已建成大、中、小型水库 5.12 万座,总库容约 3588亿 m3,但具有联合调度、有调节能力的大型水库有限,对自然来水丰枯调蓄作用不足,造成一定的自然弃水现象(见图 3)。表 1 雅砻江流域在建项目单位千瓦投资情况项 目两河口(多年调节)牙根一牙根二孟底沟杨房沟卡 拉装机容量/万 kW30030220240150102发电量/亿 kWh110.0011.5384.98140.0568.5639.97单位动态投资/万元kW-122 15217 08015 98014 46813 33516 785单位电能投资/元(kWh)-16.044.444.142.482.924.28643段敬东,等/“双碳”目标下我国大型水电可持续发展经济性研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期 同时,我国水力资源主要分布西南部地区,水电资源集中地区经济社会发展较为滞后,用电需求不足,距我国东中部用电负荷中心距离较远,水力资源分布与经济发展存在较大错配,水电规模效益严重依赖于“西电东送”。由于调节性能缺乏、外送线路建设滞后以及网架结构薄弱等多方面原因,从 2016 年起我国弃水情况愈加严重,2018 年我国全年弃水 691 亿 kWh,达到弃水峰值。之后几年,通过提升水电输送能力、探索水电外送空间、优化电网运行方式以及挖掘省内市场潜力等多种方式并举,弃水状况得到一定缓解,但局部地区弃水规模仍较高。2.2.3 综合上网电价我国水电上网电价历史上有三种模式:(1)按照“还本付息电价”或“经营期电价”制定的独立电价;(2)跨省跨区送电的协商电价;(3)省内执行的标杆电价。自 2014 年起,我国新投产水电站,跨省跨区域交易价格由供需双方参照受电地区省级电网企业平均购电价格扣减输电价格协商确定;省内消纳电量实行标杆上网电价制度,水电比重较大的省份可实行丰枯分时电价或者分类标杆电价。以四川省为例,四川水电站上网电价为双轨制,计划电量(合同电量)执行水电标杆上网电价(统调电价),市场电量执行市场电价。目前,四川电网统调水电站执行分类标杆上网电价,其中径流式电站0.297 4 元/kWh,季调节(含不完全年调节)电站0.338 0 元/kWh,年调节电站 0.376 7 元/kWh(增值税 13%)。2022 年四川省调水电机组市场电量1219 亿 kWh,占比超过 50%,平均交易价格为0.22378 元/kWh;批复电价执行率约为 70%,水电企业综合上网电价在 0.216 元/kWh 至0.25 元/kWh,较标杆上网电价存在较大差距。云南水电站核定上网电价 330 元/MWh(含税),自2016 年开始全电量参与市场化交易,年平均上网电价普遍处于 162 元/MWh 175 元/MWh(不含税)区间。由上述可见,水电项目普遍面临着参与电力市场交易,交易规模不断扩大、综合上网电价下行的问题。2.3 实例分析 以四川在建某季调节水电站为例,电站安装 4 台50 万 kW 立轴混流式水轮发电机组,总装机容量 200万 kW,年均发电量 83.64 亿 kWh。国家发展改革委批复项目总投资 309.69 亿元,其中项目资本金为61.94 亿元,占项目总投资的 20%,以融合造价水平、发电能力的单位电能投资,在不同度电投资,在 0.27 元/kWh、0.30 元/kWh、0.32 元/kWh 三种电价条件下进行测算,结果如图4 所示。由图 4 可知,电价与收益率成正比,电价越图 3 20162021 年全国流域弃水电量情况表 2 2022 年四川省水电企业年度交易情况交易品种电厂数/家成交电量/亿 kWh平均价格/元(kWh)-1丰水期平水期枯水期电量/亿 kWh均价/元(kWh)-1电量/亿 kWh均价/元(kWh)-1电量/亿 kWh均价/元(kWh)-1常规直购228625.610.225 25336.280.193 3996.460.239 49192.680.273 73计划外216463.050.215 72278.110.175 9859.550.247 07125.390.288 99水电消纳2854.740.231 6829.220.180 597.960.248 9417.560.308 88留存电量13975.620.255 2534.710.218 0213.300.254 4127.610.302 47合 计2361 219.020.223 78678.330.186 96177.460.243 58363.240.282 88743段敬东,等/“双碳”目标下我国大型水电可持续发展经济性研究水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期图 4 资本金内部收益率高,资本金内部收益率越高;单位电能投资与收益率成反比,单位电能投资越低,资本金内部收益率越高。前述四川季调节水电站,单位投资 15 485 元/kW,单位电能投资 3.7 元/kWh,如要资本金收益率达到6%,需要电价达到约 0.355 元/kWh 以上。又如 2022年全部投产的两河口电站,装机容量 300 万 kW,多年调节水库,设计年均发电量110.62 亿 kWh,总投资664.57 亿元,单位度电投资 6.01 元/kWh,其经营期上网电价要达到 0.65 元/kWh 以上,而在四川现行电价体制下,上述电价都是很难达到的,电站的市场竞争力较弱。目前,我国水电优质资源殆尽、开发难度加大、市场消纳及电价环境复杂,调节及龙头水库更是面临资源少、开发经济性低的严苛现实。综合考虑我国能源转型发展要求、水电项目综合效益以及目前推进困难的实际情况,为高质量开发存量水电资源,提高水电项目竞争力,应在水电消纳、电价机制、优惠政策等方面进行深耕细作。在水电消纳方面,加大跨省外送通道建设力度,实现区域电网互联互通,增强省际间多元化、多方向互济能力,优化重构区域电网网架,推动资源地与负荷中心电网形成相对独立、互联互济、多重备份的坚强电网格局,扩展水电这一清洁电力的消纳范围。另外,水电集中省份通常存在国调、网调、省调等多层输电架构,应协调各调度层级形成水库群联合优化运 行调度机制,充分利用大型水库调蓄空间,最大限度的减少弃水损失。在电价机制上,引入建立风 电、光 伏 发 电 项 目 的“绿电”交易机制,以市场化方式引导绿色电力消费,体现水力发电的绿色环境价值,支持促进水电项目开发建设;创新龙头水库、调节性水库上下游利益共享机制,制定对龙头水库电站的电量返还标准,合理分担龙头水库电站建设运营成本;研究建立龙头水库、调节性电站“两部制”电价机制,鼓励有调节性电站的开发建设;加强流域一体化管理机制,协调梯级各电站市场合约电量与来水电量的不协调,在电力交易中发挥流域协调能力获得最优电价组合。同时,完善健全在移民安置、环保水保、土地等方面适应水电快速发展要求的政策法规体系,加大对水电项目给予更大力度的财税金融政策支持,为水电进一步发展提供机制保障。3 结论及建议3 结论及建议 水电是我国能源绿色转型的重要清洁电力来源,积极开发大型水电,是推进“四个革命、一个合作”的能源安全新战略,实现“双碳”目标、构建清洁低碳、安全高效的新型能源体系的重要抓手。我国未来可开发水电资源集中在大江大河上游及西藏等地区,面临着开发成本高、市场竞争力较弱等问题。通过分析,我国大型水电站建设,内部应以优化设计方案、充分利用水能、控制建设投资为根本,外部需要不断创新区域消纳机制,建立健全体现水电绿色、可调节以及容量支撑的价值体系,在征地、移民以及财税等方面给与政策支持,从而提高项目资本回收能力以及市场竞争力,以保障大型水电项目高质量可持续发展。(责任编辑 王 璐)843