小型水电站装机容量 选择的经济计算方法探讨

小型水电站装机容量选择的经济计算方法探讨一、前言装机容量是水电站的一项重要功能经济指标。装机容量的确定涉及到许多自然条件和技术条件，如河流的水力资源、站址的地质和地形条件、设计保证率，水库调节性能和综合利用特性，用电情况和电力系统对水电站的要求等。但更为重要的应该是经济条件，必须用经济效益来决定小水电是否值得开发及装机应该多大。欧美及日本等国都很重视小水电的经济论证工作。在可行性研究阶段，经济分析和财务分析占据着重要的地位。小水电的经济计算方法主要有两种，一种是分别计算小水电与小火电在建成后第一年及前十年的效益比，要求它们达到规定的数值；第二种是与替代的小火电厂或小柴油发电厂比较，根据使用年限内的支出和收入，计算其经济的单位千瓦投资值。我国在选定小水电的装机容量时，常用的选择方法有保证出力倍比法、年利用小时数法，规定单位千瓦投资法等，这些方法显然考虑了一些经济因素，但都十分粗略，尤其是一些系数的变化范围很大，甚至相差好几倍，难以精确掌握。有的小水电在规划设计时，采用投资回收年限法来衡量其经济性，这是较好的，但由于没有进一步与替代电站作比较仍然不能说明它是最优方案。为了合理地开发小水电，并使我国当前有限的资金发挥最大的效益，应该不断完善小水电装机容量选择的经济计算方法。二、经济计算公式小水电装机容量的经济计算应在技术比较的基础上进行。根据天然条件及用电条件选出几个装机容量方案，首先用投资回收年限法选出一个最经济方案，然后与替代电站作比较。我国大中型水电站在与替代电站比较时大都采用抵偿年限法。这种方法概念是清楚的，但由于规定的抵偿年限在理论上难以确定，所以用起来比较困难。本文采用单位千瓦投资效益法进行小水电与小火电之间的经济比较。这种方法以效益和利润率为基础，更为符合实际。我国当前小水电的投资是贷款加补助的方式，贷款占主要部分，补助约占四分之一左右。在计算时，我们把投资都当作贷款来考虑。（一）投资回收年限法：在某一装机容量方案下计算出来的投资回收年限只有等于或小于规定的投资回收年限才是经济的。T、计=≤T回、规（年）（1）式中：T回、计——计算投资回收年限（年）；T回、规——规定投资回收年限（年）；K水——水电站基本建设投资（元）；S水——水电站年毛收入（元）；U水——水电站年运行费（元）。水电站的年效益X水＝S水－U水，于是式（1）可写成：T回、计=≤T回、规（年）（2）投资回收年限的倒数是资金年利润率，它反映电站投资的经济效果，是审核新建工程的一项重要经济指标。规定的投资回收年限与国民经济发展情况及工程的重要性有关。我国六十年代整个社会平均的投资回收年限为六年左右。小水电的规定投资回收年限可定为6～8年（包括施工期），偏僻地区或水力资源缺乏的地区可定为10年。（二）单位千瓦投资年效益法：当前的小水电有不少都并入地方性小电力系统或区域性的大电力系统的末梢工作。因此，小水电必需与替代电站比较才能最后确定其经济性。替代电站可选择为小火电厂或已建火电厂扩建部分。至于孤立运行的小水电，也应该进行这样的计算，以确定其经济性。单位千瓦投资的年效益是一项综合性经济指标，它表示单位千瓦投资值平均每年可获得的效益（净收入）。其表示式为：x=（元／元／千瓦）（3）水电站单位千瓦年效益只有在等于或大于火电站的单位千瓦年效益时才是经济的，即X水≥X火（元/元／千瓦）（4）或≥（元／元／千瓦）。（5）式中：X水——水电站单位千瓦投资的年效益（元／元／千瓦）；X炎——火电厂单位千瓦投资的年效益（元／元/千瓦）；KNO水——水电站单位千瓦投资（元/千瓦），KN水——为水电站装机容量；KN火——火电厂单位千瓦投资，K为火电厂装机容量。（三）重复电能年效益法：小水电站的调节性能一般较差，因而常需装置重复容量。重复容量在系统中只能替代电能，而不能替代容量，所以它的替代对象应是已建火电厂。水电站装置重更容量需要附加一部分投资（如进水建筑物，引水建筑物，厂房及机电设备需增加的投资），平均每年生产的重复电能的收入减去贷款偿还费（按投资回收年限折算）即为重更容量年效益，当它等于或大于火电厂生产相应电能所获得的年效益时才是经济的。其计算公式为Sˊ水－Uˊ水≥S火－Uˊ火（元）（6）式中：Sˊ水——水电站生产重复电能的年毛收入（元）；Sˊ火——火电厂生产相应电能的年毛收入（元）；Uˊ火——水电站生产重更容量的年支出。其中包括在投资回收年限内的附加投资年平均偿还费。Uˊ水=Kˊ水／T回＋U水，Kˊ水为重复容量附加投资，U水为年运行费；Uˊ火——火电厂生产相应电能的年运行费。在经济计算中应注意以下几个问题：1、贷款要计利息。建设银行贷款年率为3％，以单利形式计入电站年运行费内。在投资回收年限内，电站的年效益作为偿还贷款之用，以后交纳一定比例的税金。2、小水电站的施工期较短，一般为1～3年，这与小火电厂的施工期差不多，可不考虑施工期内的资金积压问题。施工期内分期投资的年利应计入总投资内。小水电站施工所用机械较少，有的可以租用，因此其投资和造价大致相等。3、火电厂的单位电能煤耗随着年利用小时数的减少而增加。这是由于火电厂在日负荷图峰荷工作时的煤耗比基荷时大。因此火电厂在担当峰荷叶，应计入煤耗的增值（初估时可为基荷煤耗的1．5倍）。为了提高电力系统的经济效益，应鼓励小水电调峰，在国外，峰荷电价是基荷电价的2～3倍，我国今后也应提高峰荷的电厂电价甚至枯水期水电站电能的出厂价。有调节水库的水电站比径流式电站的造价要高，使它效益高一些也是合理的。在方案比较时，峰荷电价可订为基荷电价的1．5倍。4、投资分摊问题。综合利用水库中公共建筑物的投资应在各有关受益部门之间分摊。否则水电站的投资将是不真实的。如以灌溉为主的水电站，以往在计算水电站投资时，常不计入水库建筑物的分摊部分。分摊的方法可按各自的效益占总效益的比例进行分配。小火电厂用煤量不大，可不计入煤矿投资的分摊部分。5、水、火电站要同样满足负荷的要求，它们实际的装机容量和发电量是不一样的，这是由于它们的厂用电和线损都不同。这里只考虑厂用电的差别，引入可比系数。（7）式中：Z水——水电站厂用电率；Z火——火电厂厂用电率；E水———水电站年发电量（度）；E火———火电厂年发电量（度）。6、小水电站的容量小、调节性能差，一般不考虑装设系统的备用容量，其装机容量为最大工作容量与重复容量之和。三、不同类型小水电的经济计算方法小水电的类型主要有径流式电站，日调节电站和以灌溉为主的年调节水库水电站。下面分别叙述它们的经济计算方法。（－）径流式水电站：1、常年发电的径流式水电站当河流常年有流量、气候条件又允许，或者上游有长期调节水库时，径流式电站能常年发电，它具有保证出力。由于径流式电站只能在基荷工作，其最大工作容量就等于保证出力。在日平均出力历时曲线（图1）上，假设若干个重复容量N重1、N重1……，可求出其相应的重复电能E重1、E重2……，以及相应的年电能E年1、E年2……，由式（1）求出各方案的投资回收年限T回1T回2……。绘制装机容量与投资回收年限关系曲线（图2）。由规定的投资回收年限在曲线上就可求出装机容量。在水、火电比较时，应将装机容量分成工作容量及重复容量两部分，分别用式（5）和式（6）计算。2、不能常年发电的径流式水电站河流不是常年有流量，或由于气候关系（如严寒地区的冬季）、水头不足等原因不能常年发电，那么水电站的装机容量就应该全部作为重复容量看待。先用式（1）选择装机容量，然后用式（6）与已建火电厂比较。水电站所替代的电能应该是火电厂设备陈旧、煤耗大的机组生产的电能。在有的地方性电力系统中，有一些每年都在固定时期用电且负荷量较大的电力用户，如电力排灌站、农付产品加工厂等。为了满足这些用户用电，对于小电力系统来说，还需要增加一定的工作容量。如果水电站的发电期与此类电力用户的用电期一致，那么水电站在这期间提供的有保证的出力应当看作必需容量，可以称之为季节性保证出力。这部分出力可以替代容量形式与小火电比较。其余部分按重复容量计。显然，能够有季节性保证出力的水电站必需具备上述先决定条件。可以看出，它与小火电的比较是较粗略的，因为小火电的为部分容量可以作为系统备用容量，而小水电的重复容量只能在枯水期发无功，二者可比性条件较差。但是这种比较方法可适当提高小水电额定的单位电能投资值。（二）日调节水电站：1、常年发电的日调节水电站此类电站与径流式水电站的区别是它在枯水期可以调峰。在求出保证出力及保证电能后，根据日调节库容的大小，在日负荷图上确定其最大工作容量。这部分容量在丰水期由峰荷转入腰荷或基荷工作。平均年电能为E年=E峰+E基（8）用投资回收年限法确定经济的装机容量。在计算水电站年效益时要分别计算峰荷电能电价和基荷电能电价。在与小火电比较时，要划分工作容量和重复容量，分别用式（5）和式（6）计算。2、不能常年发电的日调节水电站与不能常年发电的径流式电站同。如果有的时期可以在峰荷工作，那么重复电能的组成为E重=E峰+E基（9）用式（6）与火电厂比较时，火电厂的燃料费应按下式计算：b(d峰E峰+d其E峰)（10）式中：b——煤价（元/吨）；d峰——峰荷单位电度煤耗（元/度）；d基——基荷单位电度煤耗（元/度）；（三）以灌溉为主的年调节水库上的小水电站：灌溉水库上的小水电站，大都是在灌溉期发电，一般不能进行日调节。其计算方法与径流式电站相同。从黑龙江省的情况看，这类小水电大都没有保证出力。为了提高小水电的经济效益，发挥小水电在电力系统中的作用，应尽量创造条件在兴利库容中划分或增加一部分发电库容，使水电站具有保证出力。最好在下游修建反调节水库，使水电站能进行日调节。四、经济计算的估算公式在资料缺乏或需要速算的情况下，可将上述经济计算公式加以简代。首先要确定一些估算值：1、水电站造价的估算值：国外有许多小水电造价的估算公式，可供借鉴。国内尚无统计资料，但可参照已建工程估算。2、水电站年运行费的估算值：小水电的使用年限，根据国内外资料，为40～50年，如按45年计，采用一个综合折旧率为2·2%，年折旧费为2·2%K水。年利率为3%，投资回收年限为6年时，平均每年利息约为0·6K水×3%=1·8%K水。维修费、运行管理、行政开支等费用约为2%K水。于是小水电年运行费用为3、火电厂年运行费的估算值小火电使用年限为20年左右，平均年折旧费为5％K火，平均年利息为1．8％K水。维修费、运行管理及行政开支等费用占投资比例较高，约为5％K火，于是U火＝11．8％K火＋bdE火（12）小火电的燃料费很高，约占年运行费的80％以上。4、可比系数的估算值。水电站厂用电率约为Z水=1％，火电厂厂用电率约为Z火＝10％，则可比系数。下面推导估算公式：（－）单位投资年效益的估算公式由N装·水=1·1N装·火，式（5）可写成（13）式中：f—一一度电的出厂价，按目前平均价为0．04元／度。按照小火电较好的情况b＝0．025元/公斤，d=0．7公斤／度，则bd＝0·0175元/度。代人式（13），可简化成k（14）式中：kE水——水电站单位电能投资（元／度）；kE火——火电厂单位电能投资（无/度）；若kE火=0．08元／度～O·12元／度，则要求kE水≤0．192元／度——0．326元／度。由此可见，适小水电的单位电能投资为火电的2．5倍左右，则是经济的，（二）重复容量年效益的估算公式：式（6）可写成以下形式式中：P′水——水电站重复容量部分的年运行费与附加投资之比。投资回收年限若为6年，则P′水=1/6十P水=0·167＋0．06＝0．227如不经济运行的火电厂机组bd＝0．03元／度，则要求k′E水≤13元／度才是经济的。这个数值比有替代容量的小水电的单位电能投资的经济值要低得多，因此，装置重复量要更加慎重。五、结语本文提出小水电在选择装机容量时，必须要在技术比较的基础上进行经济计算。经济计算分两步进行，首先确定水电本身的经济装机容量，然后与替代电站比较。无论是联网小水电，或孤立运行的小水电，只有与替代电站比较后，才能最后证明其经济性。在经济计算时要考虑到水电站的调节性能