基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的核電經(jīng)濟(jì)性分析

許峻豪

【摘要】隨著核電投資規(guī)模不斷增大，核電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性分析成為了行業(yè)的焦點(diǎn)問題。就核電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，本文從能源資源的角度出發(fā)，基于其在能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境之間的關(guān)系，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法建立經(jīng)濟(jì)性分析評(píng)估模型。多維度多角度的核電經(jīng)濟(jì)性分析，有利于增進(jìn)項(xiàng)目運(yùn)行的有效性，同時(shí)將有助于制定項(xiàng)目的投資與運(yùn)營計(jì)劃，降低投資風(fēng)險(xiǎn)和提高決策的科學(xué)性和合理性。

【關(guān)鍵詞】系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 核電 經(jīng)濟(jì)性

1引言

人類社會(huì)步入21世紀(jì)以來，中國的經(jīng)濟(jì)有了持續(xù)增長，人民的生活水平也不斷的提高。伴隨著兩者的發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)能源的需求也急劇增大，而煤炭、石油和天然氣等常規(guī)不可再生能源已被大量開采和使用，導(dǎo)致了嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了巨大威脅。為促使能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的解決，保障人類社會(huì)的可持續(xù)進(jìn)步，大力發(fā)展綠色清潔可再生能源是人類社會(huì)的必經(jīng)選擇。短期內(nèi)風(fēng)電、光伏等新能源沒有辦法較大規(guī)模地替代傳統(tǒng)的能源，因此其良好的發(fā)展前景的優(yōu)勢(shì)也不能體現(xiàn)出來。而核能很好地解決了這方面的問題，其安全、清潔、經(jīng)濟(jì)、可大規(guī)模利用，目前已經(jīng)逐漸在全球的范圍內(nèi)受到認(rèn)可并且開發(fā)利用，新能源問題有望解決。

作為世界上最大的發(fā)展中國家，中國正面臨著國內(nèi)能源資源限制，能源需求增加，進(jìn)口石油依存度增加，環(huán)境惡化以及大量溫室氣體排放等問題。因此中國將核電作為未來能源發(fā)展的重要方向以應(yīng)對(duì)國內(nèi)能源安全所面臨的挑戰(zhàn)。中國電力結(jié)構(gòu)的調(diào)整目標(biāo)是逐步減少火電在發(fā)電結(jié)構(gòu)中的比例，增加發(fā)電能源的多元化。電力工業(yè)“十一五”規(guī)劃強(qiáng)調(diào)要優(yōu)化發(fā)展核電，并且“核電中長期發(fā)展規(guī)劃”的目標(biāo)是在2020年核電新增裝機(jī)為40GW，占到總體裝機(jī)容量的4%。2009年末，中國擁有世界最大規(guī)模的在建核電項(xiàng)目，在建核電規(guī)模為20臺(tái)機(jī)組總計(jì)裝機(jī)21.92GW。

2系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)

核電的發(fā)展不僅影響經(jīng)濟(jì)，而且影響環(huán)境和能源。因此，根據(jù)核電技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析，需要找到一個(gè)全面的評(píng)估系統(tǒng)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)作為建模工具提供了一個(gè)綜合分析的方法，這是本文研究的主要方法。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics，SD）是于20世紀(jì)50年代中后期興起的關(guān)于探索信息反饋系統(tǒng)的學(xué)科，其基礎(chǔ)是反饋控制理論，方法為計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，研究對(duì)象為復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，是一門分析和解決系統(tǒng)問題的綜合性交叉學(xué)科。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論的創(chuàng)始人為麻省理工的弗雷斯特，他的研究經(jīng)歷了從1961年發(fā)表企業(yè)層面的工業(yè)動(dòng)力學(xué)，1969年發(fā)表城市層面的城市動(dòng)力學(xué)，再到1971年發(fā)表世界層面的世界動(dòng)力學(xué)的過程；后者直接促成了1972年梅多思等人發(fā)表的《增長的極限》報(bào)告。如今，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)已經(jīng)在幾乎所有動(dòng)態(tài)復(fù)雜問題上有所應(yīng)用，重要的應(yīng)用領(lǐng)域包括能源轉(zhuǎn)變與資源稀缺、環(huán)境與生態(tài)管理、公共秩序與公共政策、社會(huì)組織動(dòng)力學(xué)、經(jīng)濟(jì)金融、信息科學(xué)和供應(yīng)鏈管理等。

3核電項(xiàng)目系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及建模

影響核電競(jìng)爭能力的主要因素是核電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，而本文從核電的發(fā)電成本來分析核電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。核電的發(fā)電成本包括內(nèi)部成本和外部成本，核電的內(nèi)部成本包括核電建設(shè)成本、發(fā)電成本、電價(jià)等。核電的外部成本主要體現(xiàn)在核電廠的能源消耗、大氣污染的排放、固體廢物和放射性污染的排放以及碳減排的貢獻(xiàn)等方面。

3.1核電的內(nèi)部成本

目前，國際上通用的是全壽期平準(zhǔn)化貼現(xiàn)發(fā)電成本（Lifetime Levelised Generation Cost）。全壽期平準(zhǔn)化的成本計(jì)算法是通過使用貼現(xiàn)率將未來各個(gè)時(shí)段的支出折算成在某一選定日期（通常是電廠投產(chǎn)日期）的現(xiàn)值。對(duì)未來各個(gè)時(shí)間的發(fā)電量也進(jìn)行同樣的貼現(xiàn)計(jì)算。支出的現(xiàn)值按照類型（投資、燃料、運(yùn)行和維護(hù)）增加。對(duì)發(fā)電量現(xiàn)值采用類似的方法累加到一個(gè)單一的數(shù)值。每千瓦時(shí)發(fā)電量的平準(zhǔn)化壽期成本是壽期總支出的現(xiàn)值與總發(fā)電量現(xiàn)值的比值。如果用EGC表示平準(zhǔn)化單位電量發(fā)電成本，則根據(jù)平準(zhǔn)化發(fā)電成本方法的定義有以下關(guān)系式：

式中EGC是全壽期平準(zhǔn)化貼現(xiàn)發(fā)電成本；I_t是在第t年的投資支出；M_t是在第t年的運(yùn)營和維護(hù)費(fèi)用；F_t是第t年的燃料費(fèi)用；E_t是第t年的供電量（即扣除廠用電后的上網(wǎng)電量），r是折現(xiàn)率。

3.2核電的外部成本

目前，我國各種發(fā)電技術(shù)成本核算、經(jīng)濟(jì)分析，沒有將外部成本納入核算范圍。碳排放成本是外部成本范疇的一部分。在發(fā)電領(lǐng)域，外部成本一般指各種發(fā)電方式造成的環(huán)境損失以及克服這些損失所需的投入。因此，核電的外部成本包括核電站的污染排放和核電站建設(shè)和運(yùn)行過程中各種能源的總消耗。核電站建設(shè)和運(yùn)行對(duì)環(huán)境的影響主要是放射性污染、非放射性污染和碳減排的貢獻(xiàn)，總能耗是指核電站建設(shè)和運(yùn)行過程中資源的總消耗。它包括材料、電力、水和燃料消耗。為了便于計(jì)算，將不同的能量類型轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量。

基于上述分析，得到核電經(jīng)濟(jì)性分析的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型如下。

式中F₂、F₃是環(huán)境污染和能源消耗；RP、NRP、CER分別是放射性污染、非放射性污染和碳減排貢獻(xiàn)量；Si是能量的煤當(dāng)量轉(zhuǎn)化系數(shù)；MC、PC、WC、FC分別是材料消耗、電力消耗、水力消耗和燃料消耗。

模型從能源資源的角度出發(fā)，基于其在能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境之間的關(guān)系，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法建立經(jīng)濟(jì)性分析評(píng)估模型。多維度多角度的核電經(jīng)濟(jì)性分析，有利于增進(jìn)項(xiàng)目運(yùn)行的有效性，比起單一評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性更有效。