天然氣價格對節(jié)能設(shè)備投資回收期的影響

摘 要

分析了天然氣價格的特點和構(gòu)成因素。以燃氣熱泵供熱、燃氣鍋爐供熱為研究對象，探討了天然氣價格對節(jié)能設(shè)備投資回收期的影響。
摘要：分析了天然氣價格的特點和構(gòu)成因素。以燃氣熱泵供熱、燃氣鍋爐供熱為研究對象，探討了天然氣價格對節(jié)能設(shè)備投資回收期的影響。
關(guān)鍵詞：天然氣價格；能源價格；節(jié)能設(shè)備；投資回收期
Influence of Natural Gas Price on Investment Recovery Period of Energy-saving Equipment
XIANG Ling，YANG Aiping，LIU Fengguo
Abstract：The characteristics and composition factors of natural gas price are analyzed.Taking gas heat pump heating and gas boiler heating as research objects，the influence of natural gas price on investment recovery period of energy-saving equipment is discussed.
Key words：natural gas price；energy price；energy-saving equipment；investment recovery period
1 概述
    能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。我國隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，能源的消耗量不斷增加，目前已經(jīng)是世界上僅次于美國的能耗大國。我國的能源有幾個特點：①煤炭、石油、天然氣等化石能源占能源總量的90%以上。化石能源燃燒應(yīng)用過程排放的二氧化碳是溫室氣體的主要來源，有關(guān)評估表明，在溫室氣體的總體溫室效應(yīng)中，二氧化碳約占63%，甲烷約占18%，氧化亞氮約占6%，氟化物約占13%[1]。因此，我國二氧化碳的減排任務(wù)很重[2]。②我國化石能源中固體燃料煤所占比例最大，約占我國總能耗的2/3，煤加工利用過程排放廢氣的凈化難度大，是大氣污染物中酸性氣體和粉塵的主要來源。③優(yōu)質(zhì)流體能源石油和天然氣相對緊缺，原油、液化石油氣、天然氣還需要大量進口[3]，石油對外依存度約50%，導致燃油價格受國際石油市場價格波動的影響很大，對我國的能源安全、經(jīng)濟安全和國家安全的影響也會越來越大。
    化石能源中，天然氣是最潔凈的一次能源，其主要成分是甲烷，按相同熱量計，二氧化碳產(chǎn)生量約為煤炭的1/2，為石油的2/3。從減少溫室氣體的排放來講，天然氣是人類首選的一次化石能源。近年來，我國天然氣的發(fā)展速度加快，城市能源結(jié)構(gòu)中天然氣的比例有所提高，但由于天然氣的季節(jié)峰谷差過大，曾出現(xiàn)局部“氣荒”[4]。為保障天然氣的供應(yīng)，天然氣的上、中、下游企業(yè)要共同應(yīng)對，要增加天然氣上游的供應(yīng)能力和中游的儲存調(diào)峰能力[5]，下游企業(yè)必須不斷提高天然氣的利用效率[6]，降低天然氣的消耗量。除此之外，還應(yīng)建立合理的能源資源價格管理機制[7～11]，以調(diào)節(jié)天然氣用戶對于天然氣的彈性需求。本文擬討論天然氣價格的影響因素，并著重討論節(jié)能技術(shù)對于價格制定的逆向影響作用。
2 天然氣價格的特點與構(gòu)成因素
    天然氣和煤炭、石油等化石燃料一樣，是數(shù)億年以前地球上大量植物和動物尸體沉積而形成的不可再生能源。從經(jīng)濟學的觀點來看，能源價格有如下特征：
    ① 能源價格的重要性。能源是重要的基礎(chǔ)產(chǎn)品，其價格的變化會傳遞或擴散到下游一系列后續(xù)環(huán)節(jié)中，對整個國民經(jīng)濟的影響和沖擊比其他產(chǎn)品大。
    ② 能源價格的市場性。能源的價格高低主要取決于反映價值規(guī)律和供求關(guān)系的市場價格信號，尤其是下游二次能源產(chǎn)品更是如此。
   ③ 能源價格的自然性?；茉慈∽宰匀唤?，其價格一般僅反映原料的開采、輸送、儲存等費用，為了經(jīng)濟合理地利用能源資源，能源價格還應(yīng)包括資源耗竭費和環(huán)境補償費。
    ④ 能源價格的可比性。各種能源在一定程度上具有互相替代性，如制冷、供熱可以電為能源，也可以天然氣為能源，則電與天然氣的價格也需要比較。
    由于存在上述特點，天然氣價格的定量確定更為困難。對于不可再生能源的定價，應(yīng)當反映資源的稀缺程度，反映市場供需的狀況，反映對于生態(tài)的影響和環(huán)境治理的成本，反映不同能源間的可替代能力[12]。能源價格的構(gòu)成因素如下[13]：
   ① 能源資源本身的價格
   能源資源本身的價格是指礦物資源的價格，其中包括礦(田)絕對收益和級差收益，以及礦物能源資源耗竭補償費和環(huán)境補償費。
   ② 地質(zhì)勘探成本和生產(chǎn)成本
   地質(zhì)勘探成本是指從事能源資源活動在勘察過程中所耗費的全部勞動，包括工資及津貼、職工福利基金、勞動保護費、材料費、折舊費、管材攤銷費、修理費、運輸費、管理費和其他直接費。
   ③ 流動費用
   流動費用是指在能源流動過程中所發(fā)生的流動消耗的貨幣表現(xiàn)，是由兩部分不同性質(zhì)的流動消耗費轉(zhuǎn)化而來的。一部分是與生產(chǎn)過程有關(guān)的在流動領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)生的流動耗費，包括運輸、保管、包裝等費用。另一部分是屬于實現(xiàn)商品價值的費用，包括與能源商品購銷行為相聯(lián)系的簿記、廣告、能源經(jīng)銷企業(yè)的經(jīng)營管理費等。
    ④ 稅金和利潤
    稅金和利潤是能源價格超過能源勘探成本、生產(chǎn)成本和流動費用的差額，統(tǒng)稱盈利。包括勘探企業(yè)盈利、生產(chǎn)企業(yè)盈利和流動企業(yè)的盈利。其中稅金是按照國家稅法規(guī)定上交的純收入，其余盈利部分就是利潤。
    上述成本構(gòu)成是指能源直接利用情況下的構(gòu)成，如果能源不能直接利用，需要將其轉(zhuǎn)化為二次能源產(chǎn)品，則需加上能源轉(zhuǎn)化過程的成本。上述價格部分在能源流動的各個階段，分別形成不同的能源價格，如原煤價格、煤制氣廠的燃氣出廠價格、燃氣輸送到用戶的價格等。上述階段之間互相聯(lián)系、互相制約，形成一個有機的價格體系。
    能源價格的每個因素對于價格的制定均有影響。但是能源價格和其他價格一樣是經(jīng)濟調(diào)節(jié)的杠桿，是市場調(diào)節(jié)的重要手段。市場經(jīng)濟下價格調(diào)節(jié)的形式有兩種，一種是自發(fā)調(diào)節(jié)，即讓價格在市場上隨供求關(guān)系的變化而變化；另一種是運用經(jīng)濟政策、法律和計劃指導等宏觀調(diào)控手段來合理地確定能源價格。
    用宏觀控制手段合理地確定能源價格不僅要考慮能源資源的價格、地質(zhì)勘探的成本、生產(chǎn)企業(yè)的成本和購銷企業(yè)的流動費用，還應(yīng)包括能源資源的耗竭和補償費。由于能源產(chǎn)品不同于一般的產(chǎn)品，產(chǎn)品性能因使用條件的變化很大，如不同天然氣供熱方案的天然氣利用效率相差很大。另一方面，天然氣利用效率高的方案，一次投資也高。能源技術(shù)發(fā)達的國家曾經(jīng)研究過能源價格的作用，結(jié)果表明能源價格對于能源配置有重要的影響，在一定程度上能源價格過低，則能源消費必然過高[12]。因此，需要研究天然氣價格對用戶采取節(jié)能措施意向的影響問題。
3 天然氣價格對節(jié)能投資回收期的影響
    天然氣供熱方案有多種。常規(guī)方法是采用天然氣鍋爐供熱，由于未進行能量的梯級利用，其設(shè)備費用低，但熱效率也低，導致燃料費用高。和燃氣鍋爐供熱相比，燃氣熱泵供熱的一次投資高，但其火用效率也高，致使燃料費用降低。燃氣熱泵是一種節(jié)能設(shè)備，下面對天然氣熱泵供熱與天然氣鍋爐供熱的經(jīng)濟效益進行比較，以考察天然氣價格對節(jié)能設(shè)備回收期的影響。
    天然氣熱泵供熱與天然氣鍋爐供熱的有關(guān)參數(shù)如下：
    供熱要求參數(shù)：供暖建筑面積為10000m2，供熱介質(zhì)溫度為50℃，供暖熱指標為50W/m2，供暖負荷為500kW，年供暖時間為2880h。
    燃氣鍋爐參數(shù)：熱效率為85%，設(shè)備造價約30×104元。
    燃氣熱泵參數(shù)：燃氣熱泵發(fā)動機余熱利用率為30%，天然氣發(fā)動機機械效率為35%，壓縮機效率為85%，空氣源溫度為7℃。燃氣熱泵造價為100×104元，比燃氣鍋爐增加70×104元。夏天燃氣熱泵也用于空調(diào)制冷，按熱泵供熱和空調(diào)的造價各為總造價的一半計，就供熱而言，增加造價為20×104元。
    兩種方案的設(shè)備折舊費用均按設(shè)備費的10年平均折舊計算，維修與管理費用按設(shè)備折舊費的40%計。天然氣價格為0.16～0.30元/(kW·h)。一個供暖期的供熱費用計算如下。
    ① 天然氣鍋爐供熱成本計算
    a. 天然氣鍋爐供熱燃料費用
 
式中Zb,1——鍋爐供熱燃料費用，元/a
    Φh——供熱負荷，kW
    th——年供暖時間，h，取2880h
    Cg——天然氣價格，元/(kW·h)
ηb——燃氣鍋爐熱效率，取85%
b. 天然氣鍋爐供熱非燃料費用
    Zb,2=CbKb(1+Ab)    (2)
式中Zb,2——鍋爐供熱非燃料費用，元/a
    Cb——燃氣鍋爐造價，元
    Kb——年設(shè)備折舊率，取10%
    Ab——維修與管理費用與設(shè)備折舊費之比，取0.4
    c. 天然氣鍋爐供熱總費用
    Zb=Zb,1+Zb,2    (3)
式中Zb——鍋爐供熱費用，元/a
   ② 天然氣熱泵供熱成本計算
   a. 燃氣熱泵供熱燃料費用計算
   壓縮機出口工質(zhì)溫度(冷凝器中的冷凝過程視為等溫過程)：
    T1=Th+3    (4)
式中T1——壓縮機出口工質(zhì)溫度，K
    Th——供熱介質(zhì)溫度，K
壓縮機出口工質(zhì)絕對壓力：
 
式中p1——壓縮機出口工質(zhì)絕對壓力，MPa
    p0——基準大氣絕對壓力，MPa，取0.1MPa
    qR22——工質(zhì)R22的蒸發(fā)熱，kJ/kg，取206kJ/kg
    M——工質(zhì)相對分子質(zhì)量，取86.5
    R——摩爾氣體常數(shù)，kJ/(kmol·K)，取8.31kJ/(kmol·K)
    T0——基準大氣溫度，K，取273K
   壓縮機進口工質(zhì)溫度：
    T4=Ta-3    (6)
式中T4——壓縮機進口工質(zhì)溫度，K
    Ta——空氣源溫度，K，取280K
壓縮機進口工質(zhì)絕對壓力：
 
式中p4——壓縮機進口工質(zhì)絕對壓力，MPa
    熱泵供熱性能系數(shù)：
   
式中Icop——熱泵供熱性能系數(shù)
    η2——壓縮機效率，取85%
    η3——冷凝器換熱效率，取80%
    κ——R22的等熵指數(shù)，取1.194
    制熱所需燃氣功率：
 
式中Pg——熱泵制熱所需天然氣的功率，kW
    η1——發(fā)動機效率，取35%
    η4——發(fā)動機余熱利用率，取30%
一個供暖期熱泵用燃料費用：
ZGHP,1=PgthCg    (10)
式中ZGHP,1——熱泵制熱一個供暖期的燃料費用，元/a
   b. 燃氣熱泵供熱非燃料費用
    ZGHP,2=CGHPKb(1+Ab)    (11)
式中ZGHP,2——熱泵制熱一個供暖期的非燃料費用，元/a
    CGHP——燃氣熱泵供暖分攤的造價，元，為50×104元
   c. 燃氣熱泵供熱總費用
    ZGHP=ZGHP,1+ZGHP,2    (12)
式中ZGHP——燃氣熱泵供熱總費用，元/a
   企業(yè)投資一個新項目時，對方案要進行技術(shù)經(jīng)濟評價。評價指標之一為投資回收期，如果企業(yè)的投資在短期內(nèi)能回收，則項目可行。天然氣熱泵和天然氣鍋爐相比，可節(jié)約天然氣。采用天然氣熱泵供熱與天然氣鍋爐供熱相比，節(jié)能回收期為熱泵投資增加值與節(jié)能利潤之比[14]。根據(jù)供熱要求、燃氣鍋爐參數(shù)和天然氣熱泵參數(shù)，采用上述供熱費用計算公式得出不同天然氣價格時，天然氣熱泵供熱與燃氣鍋爐供熱相比的節(jié)能投資的回收期見表1。
表1 不同天然氣價格天然氣熱泵供熱節(jié)能投資的回收期
天然氣價格/(元·kW-1·h-1)
燃氣熱泵供熱年總費用/(元·a-1)
燃氣鍋爐供熱年總費用/(元·a-1)
燃氣熱泵年節(jié)約費用/(元·a-1)
燃氣熱泵增加投資回收年限/a
0.16
24.33×104
31.30×104
6.97×104
2.87
0.18
26.50×104
34.69×104
9.19×104
2.18
0.20
28.67×104
38.18×104
9.51×104
2.10
0.22
30.83×104
41.47×104
10.64×104
1.88
0.24
33.00×104
44.86×104
11.86×104
1.69
0.26
35.16×104
48.25×104
13.09×104
1.53
0.28
37.33×104
51.63×104
14.30×104
1.49
0.30
39.50×104
55.02×104
15.52×104
1.29
    由表1可知，由于燃氣熱泵效率高，燃料費用低，燃氣熱泵供熱年總費用也低。隨著天然氣價格的提高，燃氣熱泵相對于天然氣鍋爐節(jié)約的費用越多，與燃氣鍋爐供熱相比燃氣熱泵供熱所增加投資的回收期越短。因此，采用天然氣熱泵供熱的經(jīng)濟效益更好。換言之，適當提高天然氣的價格有利于推廣節(jié)能效果好的天然氣熱泵供熱裝置。
4 結(jié)論
    ① 天然氣價格的定量確定非常困難，利用價格這一經(jīng)濟杠桿的作用時，不僅要考慮天然氣的生產(chǎn)成本，還要反映天然氣資源的品質(zhì)、稀缺的程度，還要考慮天然氣的價格對于采取節(jié)能措施的影響。
    ② 隨著天然氣價格的提高，與燃氣鍋爐供熱相比燃氣熱泵供熱增加投資的回收期縮短。因此，適當提高天然氣的價格有利于推廣節(jié)能技術(shù)與裝置，有利于節(jié)能減排。
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(本文作者：項凌1 楊愛萍2 劉鳳國3 1.天津大學管理學院 天津 300072；2.天津市公用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)公司 天津 300010；3.天津城市建設(shè)學院 天津 300384)