天然气价格对节能设备投资回收期的影响

摘 要

分析了天然气价格的特点和构成因素。以燃气热泵供热、燃气锅炉供热为研究对象,探讨了天然气价格对节能设备投资回收期的影响。

摘要:分析了天然气价格的特点和构成因素。以燃气热泵供热、燃气锅炉供热为研究对象,探讨了天然气价格对节能设备投资回收期的影响。
关键词:天然气价格;能源价格;节能设备;投资回收期
Influence of Natural Gas Price on Investment Recovery Period of Energy-saving Equipment
XIANG Ling,YANG Aiping,LIU Fengguo
AbstractThe 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 wordsnatural gas price;energy price;energy-saving equipment;investment recovery period
1 概述
    能源是人类生存和发展的重要物质基础。我国随着社会经济的不断发展,能源的消耗量不断增加,目前已经是世界上仅次于美国的能耗大国。我国的能源有几个特点:①煤炭、石油、天然气等化石能源占能源总量的90%以上。化石能源燃烧应用过程排放的二氧化碳是温室气体的主要来源,有关评估表明,在温室气体的总体温室效应中,二氧化碳约占63%,甲烷约占18%,氧化亚氮约占6%,氟化物约占13%[1]。因此,我国二氧化碳的减排任务很重[2]。②我国化石能源中固体燃料煤所占比例最大,约占我国总能耗的2/3,煤加工利用过程排放废气的净化难度大,是大气污染物中酸性气体和粉尘的主要来源。③优质流体能源石油和天然气相对紧缺,原油、液化石油气、天然气还需要大量进口[3],石油对外依存度约50%,导致燃油价格受国际石油市场价格波动的影响很大,对我国的能源安全、经济安全和国家安全的影响也会越来越大。
    化石能源中,天然气是最洁净的一次能源,其主要成分是甲烷,按相同热量计,二氧化碳产生量约为煤炭的1/2,为石油的2/3。从减少温室气体的排放来讲,天然气是人类首选的一次化石能源。近年来,我国天然气的发展速度加快,城市能源结构中天然气的比例有所提高,但由于天然气的季节峰谷差过大,曾出现局部“气荒”[4]。为保障天然气的供应,天然气的上、中、下游企业要共同应对,要增加天然气上游的供应能力和中游的储存调峰能力[5],下游企业必须不断提高天然气的利用效率[6],降低天然气的消耗量。除此之外,还应建立合理的能源资源价格管理机制[7~11],以调节天然气用户对于天然气的弹性需求。本文拟讨论天然气价格的影响因素,并着重讨论节能技术对于价格制定的逆向影响作用。
2 天然气价格的特点与构成因素
    天然气和煤炭、石油等化石燃料一样,是数亿年以前地球上大量植物和动物尸体沉积而形成的不可再生能源。从经济学的观点来看,能源价格有如下特征:
    ① 能源价格的重要性。能源是重要的基础产品,其价格的变化会传递或扩散到下游一系列后续环节中,对整个国民经济的影响和冲击比其他产品大。
    ② 能源价格的市场性。能源的价格高低主要取决于反映价值规律和供求关系的市场价格信号,尤其是下游二次能源产品更是如此。
   ③ 能源价格的自然性。化石能源取自自然界,其价格一般仅反映原料的开采、输送、储存等费用,为了经济合理地利用能源资源,能源价格还应包括资源耗竭费和环境补偿费。
    ④ 能源价格的可比性。各种能源在一定程度上具有互相替代性,如制冷、供热可以电为能源,也可以天然气为能源,则电与天然气的价格也需要比较。
    由于存在上述特点,天然气价格的定量确定更为困难。对于不可再生能源的定价,应当反映资源的稀缺程度,反映市场供需的状况,反映对于生态的影响和环境治理的成本,反映不同能源间的可替代能力[12]。能源价格的构成因素如下[13]
   ① 能源资源本身的价格
   能源资源本身的价格是指矿物资源的价格,其中包括矿(田)绝对收益和级差收益,以及矿物能源资源耗竭补偿费和环境补偿费。
   ② 地质勘探成本和生产成本
   地质勘探成本是指从事能源资源活动在勘察过程中所耗费的全部劳动,包括工资及津贴、职工福利基金、劳动保护费、材料费、折旧费、管材摊销费、修理费、运输费、管理费和其他直接费。
   ③ 流动费用
   流动费用是指在能源流动过程中所发生的流动消耗的货币表现,是由两部分不同性质的流动消耗费转化而来的。一部分是与生产过程有关的在流动领域继续发生的流动耗费,包括运输、保管、包装等费用。另一部分是属于实现商品价值的费用,包括与能源商品购销行为相联系的簿记、广告、能源经销企业的经营管理费等。
    ④ 税金和利润
    税金和利润是能源价格超过能源勘探成本、生产成本和流动费用的差额,统称盈利。包括勘探企业盈利、生产企业盈利和流动企业的盈利。其中税金是按照国家税法规定上交的纯收入,其余盈利部分就是利润。
    上述成本构成是指能源直接利用情况下的构成,如果能源不能直接利用,需要将其转化为二次能源产品,则需加上能源转化过程的成本。上述价格部分在能源流动的各个阶段,分别形成不同的能源价格,如原煤价格、煤制气厂的燃气出厂价格、燃气输送到用户的价格等。上述阶段之间互相联系、互相制约,形成一个有机的价格体系。
    能源价格的每个因素对于价格的制定均有影响。但是能源价格和其他价格一样是经济调节的杠杆,是市场调节的重要手段。市场经济下价格调节的形式有两种,一种是自发调节,即让价格在市场上随供求关系的变化而变化;另一种是运用经济政策、法律和计划指导等宏观调控手段来合理地确定能源价格。
    用宏观控制手段合理地确定能源价格不仅要考虑能源资源的价格、地质勘探的成本、生产企业的成本和购销企业的流动费用,还应包括能源资源的耗竭和补偿费。由于能源产品不同于一般的产品,产品性能因使用条件的变化很大,如不同天然气供热方案的天然气利用效率相差很大。另一方面,天然气利用效率高的方案,一次投资也高。能源技术发达的国家曾经研究过能源价格的作用,结果表明能源价格对于能源配置有重要的影响,在一定程度上能源价格过低,则能源消费必然过高[12]。因此,需要研究天然气价格对用户采取节能措施意向的影响问题。
3 天然气价格对节能投资回收期的影响
    天然气供热方案有多种。常规方法是采用天然气锅炉供热,由于未进行能量的梯级利用,其设备费用低,但热效率也低,导致燃料费用高。和燃气锅炉供热相比,燃气热泵供热的一次投资高,但其火用效率也高,致使燃料费用降低。燃气热泵是一种节能设备,下面对天然气热泵供热与天然气锅炉供热的经济效益进行比较,以考察天然气价格对节能设备回收期的影响。
    天然气热泵供热与天然气锅炉供热的有关参数如下:
    供热要求参数:供暖建筑面积为10000m2,供热介质温度为50℃,供暖热指标为50W/m2,供暖负荷为500kW,年供暖时间为2880h。
    燃气锅炉参数:热效率为85%,设备造价约30×104元。
    燃气热泵参数:燃气热泵发动机余热利用率为30%,天然气发动机机械效率为35%,压缩机效率为85%,空气源温度为7℃。燃气热泵造价为100×104元,比燃气锅炉增加70×104元。夏天燃气热泵也用于空调制冷,按热泵供热和空调的造价各为总造价的一半计,就供热而言,增加造价为20×104元。
    两种方案的设备折旧费用均按设备费的10年平均折旧计算,维修与管理费用按设备折旧费的40%计。天然气价格为0.16~0.30元/(kW·h)。一个供暖期的供热费用计算如下。
    ① 天然气锅炉供热成本计算
    a. 天然气锅炉供热燃料费用
 
式中Zb,1——锅炉供热燃料费用,元/a
    Φh——供热负荷,kW
    th——年供暖时间,h,取2880h
    Cg——天然气价格,元/(kW·h)
ηb——燃气锅炉热效率,取85%
b. 天然气锅炉供热非燃料费用
    Zb,2=CbKb(1+Ab)    (2)
式中Zb,2——锅炉供热非燃料费用,元/a
    Cb——燃气锅炉造价,元
    Kb——年设备折旧率,取10%
    Ab——维修与管理费用与设备折旧费之比,取0.4
    c. 天然气锅炉供热总费用
    Zb=Zb,1+Zb,2    (3)
式中Zb——锅炉供热费用,元/a
   ② 天然气热泵供热成本计算
   a. 燃气热泵供热燃料费用计算
   压缩机出口工质温度(冷凝器中的冷凝过程视为等温过程):
    T1=Th+3    (4)
式中T1——压缩机出口工质温度,K
    Th——供热介质温度,K
压缩机出口工质绝对压力:
 
式中p1——压缩机出口工质绝对压力,MPa
    p0——基准大气绝对压力,MPa,取0.1MPa
    qR22——工质R22的蒸发热,kJ/kg,取206kJ/kg
    M——工质相对分子质量,取86.5
    R——摩尔气体常数,kJ/(kmol·K),取8.31kJ/(kmol·K)
    T0——基准大气温度,K,取273K
   压缩机进口工质温度:
    T4=Ta-3    (6)
式中T4——压缩机进口工质温度,K
    Ta——空气源温度,K,取280K
压缩机进口工质绝对压力:
 
式中p4——压缩机进口工质绝对压力,MPa
    热泵供热性能系数:
   
式中Icop——热泵供热性能系数
    η2——压缩机效率,取85%
    η3——冷凝器换热效率,取80%
    κ——R22的等熵指数,取1.194
    制热所需燃气功率:
 
式中Pg——热泵制热所需天然气的功率,kW
    η1——发动机效率,取35%
    η4——发动机余热利用率,取30%
一个供暖期热泵用燃料费用:
ZGHP,1=PgthCg    (10)
式中ZGHP,1——热泵制热一个供暖期的燃料费用,元/a
   b. 燃气热泵供热非燃料费用
    ZGHP,2=CGHPKb(1+Ab)    (11)
式中ZGHP,2——热泵制热一个供暖期的非燃料费用,元/a
    CGHP——燃气热泵供暖分摊的造价,元,为50×104
   c. 燃气热泵供热总费用
    ZGHP=ZGHP,1+ZGHP,2    (12)
式中ZGHP——燃气热泵供热总费用,元/a
   企业投资一个新项目时,对方案要进行技术经济评价。评价指标之一为投资回收期,如果企业的投资在短期内能回收,则项目可行。天然气热泵和天然气锅炉相比,可节约天然气。采用天然气热泵供热与天然气锅炉供热相比,节能回收期为热泵投资增加值与节能利润之比[14]。根据供热要求、燃气锅炉参数和天然气热泵参数,采用上述供热费用计算公式得出不同天然气价格时,天然气热泵供热与燃气锅炉供热相比的节能投资的回收期见表1。
表1 不同天然气价格天然气热泵供热节能投资的回收期
天然气价格/(元·kW-1·h-1)
燃气热泵供热年总费用/(元·a-1)
燃气锅炉供热年总费用/(元·a-1)
燃气热泵年节约费用/(元·a-1)
燃气热泵增加投资回收年限/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,由于燃气热泵效率高,燃料费用低,燃气热泵供热年总费用也低。随着天然气价格的提高,燃气热泵相对于天然气锅炉节约的费用越多,与燃气锅炉供热相比燃气热泵供热所增加投资的回收期越短。因此,采用天然气热泵供热的经济效益更好。换言之,适当提高天然气的价格有利于推广节能效果好的天然气热泵供热装置。
4 结论
    ① 天然气价格的定量确定非常困难,利用价格这一经济杠杆的作用时,不仅要考虑天然气的生产成本,还要反映天然气资源的品质、稀缺的程度,还要考虑天然气的价格对于采取节能措施的影响。
    ② 随着天然气价格的提高,与燃气锅炉供热相比燃气热泵供热增加投资的回收期缩短。因此,适当提高天然气的价格有利于推广节能技术与装置,有利于节能减排。
参考文献:
[1] 冯会会,苗红,薛兵.循环经济:低碳城市建设的路径与手段[J].再生资源与循环经济,2009,2(11):17-20.
[2] 徐辰.低碳经济与城市天然气的发展[J].煤气与热力,2010,30(6):B41-B43.
[3] 高建业.煤液化燃料替代石油的开发应用[J].煤气与热力,2007,27(1):37-43.
[4] 中国城市燃气协会企业管理工作委员会.“天然气供气短缺,城市燃气企业如何应对供需不平衡矛盾座谈会”会议纪要[J].城市燃气,2010(1):37-39.
[5] 吕淼.城市天然气战略安全思考[J].煤气与热力,2010,30(3):B42-B44.
[6] 及鹏.天然气燃烧利用效率的评价[J].煤气与热力,2009,29(10):B18-B20.
[7] 郭艳红,段洁仪,福鹏,等.两部制管输费对城市门站价格影响的研究[J].煤气与热力,2008,28(12):B39-B42.
[8] 程鹏,郭艳丽.天然气价格的制定[J].煤气与热力,2007,27(8):36-41.
[9] 郭艳红,段洁仪,张秀梅,等.城市天然气价格及价格机制的探讨[J].煤气与热力,2007,27(4):51-54.
[10] 程鹏,张洪军,张凤伟,等.天然气两部制定价的方法与实施[J].煤气与热力,2009,29(2):B30-B33.
[11] 程鹏,张洪军,张风伟,等.两部制定价的理论与实例[J].煤气与热力,2008,28(9):B52-56.
[12] 韦布M G,里基茨M J.能源经济学[M].罗根基,译.成都:西南财经大学出版社,1987:87-90.
[13] 华泽彭.能源经济学[M].东营:石油大学出版社,1991:282-298.
[14] 武春友,张米尔.技术经济学[M].大连:大连理工大学出版社,1998:36-37.
 
(本文作者:项凌1 杨爱萍2 刘凤国3 1.天津大学管理学院 天津 300072;2.天津市公用基础设施建设公司 天津 300010;3.天津城市建设学院 天津 300384)