中国风力发电社会成本收益分析*

　　李钢　　张磊　　姚磊磊

　　摘要：本文借鉴项目评价中增量分析的方法对中国风力发电的成本进行分析研究。研究结果表明若考虑社会环境成本，风力发电成本已经与火电成本相当，甚至可以判断获得的综合收益已经超过了支出。

　　关键词： 风力发电 环境成本 可再生能源

　　一、引言

　　风能是一种真正意义上的再生清洁能源。风力发电与传统能源相配合使用，在目前能满足人类能源需要，解决解决二氧化碳排放、应对全球气候变化。当今世界主要发达国家都把风力发电作为优先发展项目，给予各种优惠政策。目前发展风力发电的主要障碍是风力发电成本较传统能源的直接成本要高。风电、太阳能发电以及其他可再生能源发电的成本直接成本(不考虑社会环境效益)都比煤发电的成本要高很多，可再生能源发电企业与火电厂相比有巨大的价格劣势。因而如果单纯依靠市场的手段可再能源是难以发展的。本文的研究试图将可再生能源的完全成本及收益(包括环境收益)进行评估，以全面反映社会使用可再生能源的收本与收益。目前可再生能源使用量较大的是利用风力发电，因而本文主要估计风力发电成本及收益。本文的研究方法主要借鉴项目评估中的增量分析的方法来评估风力发电的成本与收益，即将传统的火力发电做为基础方案，估计可再生能源发电比基础方案新增的成本与收益。

　　赵久占博士根据中国目前风力发电平均状况，按照会计理论的成本归集方法，运用动态成本、静态成本计算模型对目前中国风力发电成本状况进行研究。在静态成本计算研究模型中，他指出，“在还本付息期风电成本较高，最高达到0.636元/kWh，最低也为0.50元/kWh。这么高的成本很难与常规能源竞争。还贷完成后，风电成本将为0.436元/kWh，这一成本能与核电竞争，但是高于煤火电。”在动态模型中，他得出如下结论：“在整个寿命期内，风电成本为0.56元/kWh，与常规发电相比偏高。” 综上，我们不难发现，风力发电的静态成本、动态成本的计算结果都不令人乐观。就目前而言，如果没有相应的政策扶持与鼓励，风电成本仍然不具备较强的竞争力，难以同常规能源相竞争。如美国奥丁格尔采用如下方法进行研究：定量法、定性法、投资回报率法、减少成本法并得出结论：从社会成本的角度看，风力发电是最受欢迎的发电技术。在国内，郭全英通过层次分析法从技术、经济、社会、环保、资源等方面进行全面系统地综合评价当前包括风力发电在内的各种发电形式的社会总成本，得出风力发电的社会总成本仅比水利发电稍微高，比煤火发电和核能发电明显低的结论。美国斯坦福大学环境工程教授马克·雅各布森研究表明：煤电与风电的发电内部成本差别不大的，均为3～4美分/(kW·h);但是加上外部环境成本，煤电的成本就变成5.5—8.3美分/(kW·h)。这表明，火电的发电成本早已超过风电成本。

　　二、中国风力发电现状及趋势

　　我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富，主要分布在东南沿海及附近岛屿，内蒙古、新疆和甘肃河西走廊，东北、西北、华北和青藏高原的部分地区。风能资源总量约为32 亿千瓦，初步估算可开发利用的风能资源约10 亿千瓦。

　　我国的并网风电从上世纪80 年代开始发展，“十五”期间，尤其是从2003 年开始，中国的风电产业进入了较快的成长阶段。总装机容量从2000 年的35 万千瓦增长到2006 年的260 万千瓦，年均增长率达到30%。到2005年底，中国已建成并网风电场60多个，总装机容量达到126万千瓦，为风电的大规模发展奠定了基础。此外，在偏远地区还有约25万台小型独立运行的风力发电机，总容量约为5万千瓦。根据国家能源领导小组办公室综合组周喜安司长2008年6月25日发布的数据：2008年底我国风电的装机容量将突破1000万千瓦

　　“十一五”期间，将在我国风能资源丰富地区如江苏、河北、内蒙古等地建设30个左右十万千瓦等级的大型风电项目以形成数个百万千瓦风电基地。根据国家的规划，大约在2020 年前后，使得风电能够与其他常规能源发电技术相竞争，成为火电、水电之后的第三大常规发电电源，至少达到装机容量3000 万千瓦，积极创造条件实现1 亿千瓦，占届时发电装机容量的10%。2010 年的风电装机500 万千瓦的目标在2008 年已经实现;不出现大的变化，2020 年实现装机容量3000 万千瓦的目标也会提前实现。2040 年或2050 年实现5 亿乃至10 亿千瓦，在届时的发电装机和发电量中占据20%以上。

　　三、火力发电的环境成本

　　电力行业是我国国民经济的基础性行业，在我国的现代化进程中发挥着无可替代的作用。然而，电力行业尤其是火力发电的迅速发展在促进我国国民经济的快速增长的同时，也对我国乃至全球的生态环境提出了严峻的挑战。数据显示，2006年我国火电耗煤占我国煤炭总消费量的60%，共计为65亿吨。

　　表1　我国近几年电力行业环境成本估算

	2001			2003			2005			2007
行业	损失量（亿元）	占工业总产值的比（%）	占工业增加值的比（%）	损失量（亿元）	占工业总产值的比（%）	占工业增加值的比（%）	损失量（亿元）	占工业总产值的比（%）	占工业增加值的比（%）	损失量（亿元）	占工业总产值的比（%）	占工业增加值的比（%）
已经支付成本	338.48	6.65	12.55	554.75	8.09	15.38	624.23	3.51	10.91	959.43	3.63	10.87
虚拟成本	157.69	3.10	5.85	32.14	0.47	0.89	278.34	1.56	4.87	286.57	1.08	3.25
总成本	496.17	9.75	18.40	586.89	8.56	16.27	902.57	5.07	15.78	1246.00	4.71	14.11

　　资料来源：作者计算

　　我们计算了电力行业的环境成本，我们将环境成本分为三种成本，即环境已支付成本、环境虚拟成本与环境总成本。环境已支付成本指工业企业在生产经营过程中对生产过程中产生的废气、废水、烟尘粉尘等已处理而支付的成本。虚拟治理成本是指目前排放到环境中的污染物按照现行的治理技术和水平全部治理所需要的支出。环境虚拟成本估计对包括二氧化硫、CO2、工业烟尘和粉尘以及污水等污染物在内的已处理与未处理污染物的虚拟成本进行估计。由于经济是持续向前发展的，不同经济规模所包容的污染数量和程度是不同的，所以绝对数的使用有一定的局限性，用相对值指标来度量污染物成本的大小更具有参考意义。本文用环境虚拟成本分别占当年工业总产值及工业增加值的比例来度量环境成本的大小。环境总成本等于环境虚拟成本与环境已支付成本之和。我们计算出，2001年电力行业虚拟成本为157.69亿元，占工业增加值的5.85%;到2007年电力行业虚拟成本为286.57亿元，占工业增加值的3.25%。从这一数据可以看出，电力行业的环境成本较高。我们将虚拟环境成本占工业增加值前十名列在表2中，从表2中看出，电力行业是环境染污程度较大的行业。2001年排名第四，2005在、2007年均年排名第3。可以判断出电力行业是环境染污程度是污染较大的行业。

　　表2 近几年虚拟环境成本占工业增加值前十名行业排名

2001		2005		2007
行业	占工业增加值的比（%）	行业	占工业增加值的比（%）	行业	占工业增加值的比（%）
非金属矿物制品业	10.82	其他矿采选业	8.49	其他矿采选业	9.22
黑色金属冶炼及压延加工业	6.91	非金属矿物制品业	5.81	非金属矿物制品业	3.54
造纸及纸制品业	6.05	电力蒸汽热水生产供应业	4.87	电力蒸汽热水生产供应业	3.25
电力蒸汽热水生产供应业	5.85	黑色金属冶炼及压延加工业	3.85	黑色金属冶炼及压延加工业	2.97
黑色金属矿采选业	5.20	造纸及纸制品业	2.56	造纸及纸制品业	2.06
煤气的生产和供应业	3.15	木材加工及竹藤棕草制品业	0.99	纺织业	0.53
化学纤维制造业	1.59	煤气的生产和供应业	0.76	金属制品业	0.50
木材加工及竹藤棕草制品业	1.49	纺织业	0.76	煤气的生产和供应业	0.48
纺织业	1.45	石油加工及炼焦业	0.66	有色金属矿采选业	0.47
化学原料及制品制造业	1.27	化学原料及制品制造业	0.64	木材加工及竹藤棕草制品业	0.46

　　资料来源：作者计算

　　四、风力发电成本收益分析

　　1　风力发电成本分析

　　有关资料表明，我国风电场建设和运行成本在逐步降低，初始投资从1994年的约12000元/千瓦降低到2008年约10000元/千瓦时，风电运营成本也降到了0.5～0.6元/千瓦时左右。但目前火电企业的运营成本也降到了仅为0.2～0.4/千瓦时左右，因而可再生能源的生产成本要高很多。

　　目前可再生能源上网电价要高于火电企业。2008年8月国家发改委网站公布，黑龙江马鞍山、辽宁阜新一期和河北满井三期等风力发电项目电价水平为0.61元/千瓦时。虽然地区不同，火电上网电价有所差别，但火电企业的上网电价要低于可再生能源的上网电价。2007年南方区域发电企业平均上网电价为0.368元/千瓦时，北方企业的上网电价为0.3元/千瓦时左右。考虑到08年全年平均煤价上涨导致的火力发电上网电价大概提高了3.8分/千瓦时左右，因此，以风力电价计算，每度电高于火力电价0.204-0.272元/度时。也就是说风力发电每度电的社会成本为0.204-0.272元/度。

　　2　风力发电环境收益分析

　　(1)减少环境污染物的收益

　　使用可再生能源发电的环境效益表现在减少了环境污染物(包括水污染、大气污染、工业固体废物污染)。因而本文对可再生能源环境效益的估计主要采取了治理成本法核算环境虚拟成本，虚拟治理成本是指目前排放到环境中的污染物按照现行的治理技术和水平全部治理所需要的支出。特别需要说明的是，我们认为计算可再生能源环境效益时不包括火电厂已经处理环境污染物所支付的成本，因为这部分成本已经包括在了火电上网电价中了。我们计算出火电厂2006年发电的虚拟治理成本共计284.60亿元，而2006年火电厂共发电为23696亿度，可计算出每度电的环境成本为0.012元/度。

　　(2)、减少温室气体排放的收益

　　我们将按市场价格法计算了减少温室气体排放的收益。目前国际市场已经形成了碳排放权的交易市场，市场价格目前为220元/吨，即0.22元/千克。2007年中国电力行业二氧化碳排放绩效为1.021千克/度。根据上面的数据可以测算出火电排放二氧化碳的机会成本是0.22元/度。

　　因而风力发电每度电的环境效益为上面两项的和，即0.012元/度+0.22元/度=0.232元/度。

　　(3) 风力发电净收益估计

　　风力发电每度电的净收益=每度电的收益-每度电的成本

　　根据上面的数据可以得出，风力发电的净收益为-4至2.8分/度电。平均为-0.6分/度电。

　　2008年底我国风电的装机容量将突破1000万千瓦。如果按照年利用小时数为2000小时计算，年内能够发出112亿度风电。根据上面的数据，可计算出风力发电112亿度的收益为-4.48亿元到3.136元之间。

　　五、结论及政策建议

　　美国斯坦福大学环境工程教授马克·雅各布森教授所作的相关研究表明如果考虑环境成本，风力发电的成本已经低于火力发电的成本。考虑到我们测算数据的准确性，以及评估只采用了二氧化碳、二氧化硫、以及烟尘这几个主要的量作为评估项目，没有考虑氮氧化物及工业废物等的环境成本，因此从一定意义上来说对风力发电的环境效益存在低估的现象。因此，我们认为目前中国推广风能的成本很少，甚至可以判断获得的综合收益已经超过了支出。根据我国目前风电产业发展的现状，我们提出如下政策建议：

　　1、积极开发风力发电的多种用途。

　　风力发电一方面可以作为分布式能源，采用小型离网风力发电，给一些偏远地区提供电力;另一方面也可以建立并网风电场，为大电网提供电力。目前国内学者多注重并网风电，而对小型离网风电重视不够。小型离网风电对于实现电力的普遍供应，提高偏远地区人民的生活质量有很大的意义。因而国家有关部门出台的针对并网风力发电的政策也应适用于小型离网风电，并且应针对小型离网风电的特点出台专门的优惠措施。例如对生产小型离网风电电机的企业国家应提供相关的税收优惠;对于个人购买小型离网风电电机可以提供相应的贴息贷款。

　　2、国家应投资研究如何减小风力发电对电网稳定性的影响。

　　由于风力发电是利用风力作为动力来源进行发电，因而风力发电有天然的不稳定性，如果没有有效的技术措施相配合，风力发电必将会带来电网的不稳定性。由于风力发电的不稳定，为了让风力发电的电力上网，大电网必须有相当的容量来消除风力电力的不稳定性;因而风力发电质量低于火力发电等传统的发电形式。国外相关研究表明，风力发电占总电网发电量的30%以上时，电网的稳定性就很难保证。虽然目前中国风力发电占上网电量的比例还很低，但已经出现了几例由于风力发电质量较差而影响电网稳定性，从而将风电机组脱网的事件。因而目前必须加强研究如何减少风力发电对电网稳定性的影响。

　　3、积极研究与风力发电相配套的风能储存技术

　　风能储存是有效利用风能的重要因素。利用风能发电，只能是有风才能有电，风停了，电也就随之没有了。因而即使大规模利用风能后，风能也只能作为辅助能源，虽然并网供电，但始终无法取代火力电站，成为主要能源。如果能有效的将风能储存，将为更有效的利用风能铺平道路。目前国外已经有机构在研究将风能以传统的压缩空气的形式储存起来，然后把灌装的压缩空气运输到”空气发电厂“，利用压缩空气推动发电机发电。压缩空气在被压缩和释放的过程中会有大量的热能交换，但这种热能可以被用来取暖或者推动热能机发电。如果能够在空气压缩技术上实现突破，风能的储存将实现可能。因而国家有关部门应积极研究风能的储存技术，为大规模利用风能创造必要的条件。

　　4、以风力发电设备为核心推动中国风能产业的发展

　　目前国内有关风电产业的政策往往以风能的最终利用(或者说风场的建设)为核心来推动风能产业的发展。从目前的情况来看，风能产业的发展尚需要国家产业政策的扶持才能发展，也就是说需要国家投入资源才能发展。我们认为，国家应在投入有限的资源情况下取得最大的国家利益。对整个风电产业起到控制作用的是风力发电设备制造业，因而有关部门应以风力发电设备业为核心来推动风能产业的发展。国家发展改革委下发的《关于风电建设管理有关要求的通知》中明确规定：风电设备国产化率要达到70%以上，不满足设备国产化率要求的风电场不允许建设，进口设备海关要照章纳税。上述规定虽然有利于国产设备厂商的竞争，但实际上核心部件仍旧依靠进口，国产设备在兆瓦级以上仍旧难以进入市场。由于大型设备的学习曲线明显，生产成本会随设备生产的台数快速下降，因而国家有关部门应支持兆瓦级以上设备进入市场。可以规定，第一台进入市场并正常使用的国产兆瓦级以上设备国家支付该设备的70%的设备款，第二台国家支付50%，第三台国家支付30%，从而鼓励风电建设方利用国产设备。同时可以规定每提高1兆瓦，可以作为新设备享受国家相关政策。

　　5、采取措施使风电在成本上能与火力发电竞争

　　我们的研究表明，如果计算环境成本风力发电成本与火力发电成本基本持平，考虑到我国的环境标准相对较低，如果提高环境标准，可以预计火力发电的成本将高于风力发电。因而目前我国火力发电较低的成本是以环境污染为代价的，而并非真的具有成本优势。再考虑世界碳排放权价格上涨趋势，风力发电将更加具有成本优势。中国社会科学院工业经济研究所最近针对工业企业的环境成本进行估测，研究结果显示，中国2006年环境支付率已经提高到64.42%。如果我们将环境支付率提高到100%，也就说所有的工业废物按现行标准全部处理达标后排放，将提高环境成本55.23%，即使如此，生产成本上涨也仅占工业总产值的0.3%;即使环境成本上涨100%时(意味着大幅提高目前中国的环境标准)，生产成本上涨也仅占工业总产值的0.55%。上述数据表明，仅就环境成本而言，即使中国实施更严格的环境标准，对中国产业国际竞争力的影响也十分有限;也就是说，目前中国工业已经完全有能力承受较高的环境标准。环境执法力度及环境标准的提高，将使风力发电具有价格优势，从而可以通过市场的力量促进风电产业的发展。

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