煤電一體化下時(shí)空替代效應(yīng)與火電廠選址決策關(guān)系的研究

楊 超

(華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司，北京 100120)

電力和煤炭是中國(guó)能源產(chǎn)業(yè)的兩大行業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可或缺的產(chǎn)業(yè)。近年來(lái)隨著煤電之爭(zhēng)的愈演愈烈，“電煤一體化”這一新型經(jīng)營(yíng)模式突現(xiàn)出來(lái)。煤炭行業(yè)加快建設(shè)坑口電廠；而電力行業(yè)搶占煤炭資源，建設(shè)開發(fā)煤礦。在我國(guó)的電力結(jié)構(gòu)中，火電廠占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)地位，可以說煤電不可分割。但是近年來(lái)隨著電煤供應(yīng)矛盾突出，產(chǎn)能、運(yùn)能跟不上，電煤供應(yīng)問題亟待解決。

在電煤供應(yīng)上，火電廠與煤炭供應(yīng)商之間是直接通過簽訂購(gòu)買合同來(lái)滿足煤炭供應(yīng)量，一般地，火電廠會(huì)建立儲(chǔ)煤中心保證電煤的持續(xù)供應(yīng)。盡管已經(jīng)成功簽訂煤炭購(gòu)買合約，但是由于火電廠地理位置的原因，煤炭運(yùn)輸量往往達(dá)不到要求。煤炭的運(yùn)輸瓶頸這在一定程度上造成電煤供應(yīng)危機(jī)，此時(shí)決策者如何合理進(jìn)行火電廠選址決策是本文研究的一個(gè)重點(diǎn)。本文主要針對(duì)火電廠在選址時(shí)如何在交通運(yùn)輸?shù)挠绊懴逻M(jìn)行決策來(lái)展開分析。

1 文獻(xiàn)回顧

火電廠儲(chǔ)煤中心選址是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工程，它與企業(yè)利益、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等息息相關(guān)。在選址時(shí)所要考慮的各方面因素很多，定性與定量因素的交織使得選址決策難度加大，而目前人們對(duì)火電廠儲(chǔ)煤中心選址(盧攀，劉澤劍，2009)這一綜合評(píng)價(jià)問題做了很多研究，提出了如模糊綜合分析法、層次分析法、主層次分析法、專家咨詢法(曲曉平，2007)等，這些研究方法主要體現(xiàn)在憑借簡(jiǎn)單的技術(shù)條件與經(jīng)濟(jì)條件的比較來(lái)對(duì)火電廠廠址的評(píng)價(jià)和決策。火電廠選址作為一項(xiàng)較大的復(fù)雜工程，不是簡(jiǎn)單一個(gè)模型就能完好地解決這一問題，適當(dāng)發(fā)展一些新的理論運(yùn)用到實(shí)際工程中，這對(duì)火電廠今后的發(fā)展能起到指導(dǎo)性作用。

在選址決策上，楊超，葉蜀君(1996)曾提出利用時(shí)空替代效應(yīng)來(lái)分析快速交通線在城市空間資源分配上對(duì)家庭選址所產(chǎn)生的間接效益，為居民進(jìn)行居住選址提供了一個(gè)創(chuàng)新的思路。文中從時(shí)空替代的角度通過模型分析了城市快速交通下，居民在選址時(shí)其選址范圍會(huì)擴(kuò)大，即擴(kuò)大了城市活動(dòng)空間，不僅節(jié)約居民住房成本，更在一定程度上為工商業(yè)者提供更經(jīng)濟(jì)的土地和勞動(dòng)力等生產(chǎn)要素。從中可以看出，便利的交通在一定程度上會(huì)影響居民的選址決策。毫無(wú)疑問，火電廠在選址時(shí)，當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)輸狀況是管理者必須考慮的一個(gè)問題。

2 火電廠選址現(xiàn)狀簡(jiǎn)介

廠址選擇是基本建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，受到政治、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等諸多方面的約束，其內(nèi)容比較廣泛，一般具有如下特點(diǎn)：全面性、政策性、長(zhǎng)遠(yuǎn)性、不可移動(dòng)性和綜合性等?；痣姀S在選址，落實(shí)建廠條件時(shí)輸電方案和運(yùn)煤方案是兩大要素，其中運(yùn)煤方案中包含鐵路、水路、公路和管道，通過衡量運(yùn)輸方案的最大運(yùn)能和流量來(lái)確定最佳運(yùn)煤方案，以保證電煤的供應(yīng)。特別是在出現(xiàn)“電荒”現(xiàn)象下，選擇合適的廠址和運(yùn)煤方案，滿足電煤和電的供應(yīng)和運(yùn)輸尤為重要。

通過研究發(fā)現(xiàn)，每年出現(xiàn)“電荒”的主要原因有：全國(guó)用電增長(zhǎng)、水力發(fā)電廠乏力、煤炭源供應(yīng)緊缺、運(yùn)煤渠道運(yùn)力不足，其中，主要是運(yùn)力與煤炭資源配置有問題。我國(guó)的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中所有的主動(dòng)脈幾乎都在超負(fù)荷的運(yùn)作，其運(yùn)輸能力已經(jīng)接近巔峰，在面臨每年將15億t～20億t電煤從中西部基地運(yùn)往全國(guó)各地的火電廠，需要新建大量的高水平專業(yè)輸送鐵路，或者配套的港口碼頭、運(yùn)輸團(tuán)隊(duì)，據(jù)此在2020年以前我國(guó)大概需要15～20條像“大秦鐵路”和“秦皇島煤碼頭”來(lái)滿足才能保證電煤供應(yīng)。顯然，安置這些設(shè)施難度非常大，可行性小。

大力發(fā)展“煤電一體化”戰(zhàn)略雖然從理論上可以緩解運(yùn)輸瓶頸，但是要選擇即符合火電廠選址又能滿足煤炭供應(yīng)的合適地理位置也是決策者一大難題。此時(shí)如何選址決策才能有效緩解電煤供應(yīng)瓶頸問題是本文要研究的關(guān)鍵點(diǎn)。

3 時(shí)空替代效應(yīng)

在分析替代效應(yīng)時(shí)，以生產(chǎn)要素替代為例。生產(chǎn)者在配置生產(chǎn)要素時(shí)，當(dāng)某一種生產(chǎn)要素的價(jià)格上升時(shí)，為了達(dá)到有效配置，生產(chǎn)者會(huì)調(diào)整其生產(chǎn)方案，以便宜的生產(chǎn)要素替代較昂貴的生產(chǎn)要素。通過生產(chǎn)要素之間的替代，達(dá)到以最小的成本生產(chǎn)出相同的產(chǎn)品的效果。其同樣運(yùn)用于消費(fèi)者購(gòu)買行為上，道理相同。

本文研究的時(shí)空替代，指的是通過將廠址選在交通便利的地方，節(jié)約運(yùn)輸電煤的時(shí)間，使得原先由于選址不當(dāng)造成運(yùn)輸擁堵、運(yùn)能跟不上電煤需求的現(xiàn)象得到緩解，從而使得火電廠可以擴(kuò)大選址范圍，不需要依賴于煤礦的位置來(lái)建廠，同時(shí)靠近城鎮(zhèn)，降低輸電成本。在時(shí)空替代效應(yīng)下，火電廠選址可以產(chǎn)生兩種效果：一是火電廠可以不僅節(jié)約電煤運(yùn)輸時(shí)間，緩解電煤運(yùn)輸瓶頸，同時(shí)可以節(jié)約運(yùn)輸成本；二是煤電一體化型火電廠的選址活動(dòng)范圍擴(kuò)大，“電煤一體化”不必局限于火電廠必須同煤礦綁定。這種時(shí)空替代效應(yīng)，正是火電廠在選址時(shí)需要考慮的重要因素。

4 引入時(shí)空替代的選址模型構(gòu)建

4.1 相關(guān)變量的解釋

時(shí)間作為一種特殊的資源，其同樣具有價(jià)值，在本文中，該時(shí)間指的是交通—物流時(shí)間(榮朝和，2011)。其價(jià)值即指在電煤在運(yùn)輸過程中由于時(shí)間的節(jié)省或延誤而可能導(dǎo)致的火電廠機(jī)會(huì)收入或損失。通過選擇交通便利的廠址，節(jié)約運(yùn)煤時(shí)間，縮短時(shí)間距離(用時(shí)間來(lái)表示的距離)。就像克服空間距離一樣，縮短時(shí)間距離也具有成本?；痣姀S選址時(shí)的時(shí)空替代效應(yīng)是建立在便利運(yùn)輸線效益和縮短時(shí)間距離成本的比較基礎(chǔ)之上的。

本文中提到的縮短時(shí)間距離成本指的是將廠址建在交通便利的地方，那么土地征用費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)提高，同時(shí)社會(huì)對(duì)污染物治理的要求也更加嚴(yán)格，這樣火電廠也相應(yīng)增加了治污成本。我們假設(shè)煤礦在較偏遠(yuǎn)的地方，而火電廠的選址越遠(yuǎn)離煤礦，那么其土地征用費(fèi)用越高，輸電成本越低，運(yùn)煤費(fèi)用也越高，所花費(fèi)時(shí)間越長(zhǎng)，時(shí)間損失越大。設(shè)該距離為d，則土地使用費(fèi)為r(d)，輸電成本為e(d)，運(yùn)煤費(fèi)用m(d)，運(yùn)煤時(shí)間損失t(d)。

4.2 時(shí)空替代選址模型構(gòu)建

(1)火電廠的成本預(yù)算模式解釋

本文假設(shè)有一個(gè)火電廠A和煤礦B，火電廠發(fā)電后將電能輸送到C地，A和C的距離固定為D，A與B的距離為d。

為簡(jiǎn)化起見，不考慮其他成本影響，設(shè)火電廠的收入為Y，那么火電廠的預(yù)算模式為：

為了更好的分析火電廠選址問題，本文對(duì)上式成立有如下假設(shè)：火電廠的土地征用費(fèi)與同煤礦的距離d成正比，輸電成本與d成反比，電煤運(yùn)輸費(fèi)與d成正比。用一個(gè)極端的例子來(lái)說，假設(shè)d1為D，即火電廠選在C地，這時(shí)r(d1)最大，輸電費(fèi)用為r(D-d1)最小，運(yùn)煤費(fèi)用m(d1)最大，運(yùn)煤途中耗費(fèi)4h；如果此時(shí)火電廠A、煤礦B之間修建了快速路，途中時(shí)間縮短了1h，而且假設(shè)運(yùn)煤費(fèi)用不變，仍為m(d1)，這樣火電廠就可能節(jié)約時(shí)間，擴(kuò)大運(yùn)煤量，緩解電煤運(yùn)輸瓶頸，增加機(jī)會(huì)收入，從而可以提高產(chǎn)能，追求更高的效用。

在經(jīng)濟(jì)學(xué)中，當(dāng)生產(chǎn)者用一種生產(chǎn)要素替代另外一種生產(chǎn)要素可以增加產(chǎn)量時(shí)，生產(chǎn)者會(huì)改變其生產(chǎn)方案，同樣此時(shí)火電廠可以重新選址決策。將時(shí)間節(jié)省引入(1)式子后可得火電廠的成本預(yù)算模式(即分配到輸電成本和運(yùn)輸成本的部分)：

式(2)中的Y表示火電廠的收入總額，Yt表示因?yàn)闀r(shí)間節(jié)省而增加的收入或者減少的機(jī)會(huì)損失?？蓪+Yt- t(d)看做一個(gè)整體，記為Yc，表示成本預(yù)算額度。那么機(jī)會(huì)成本化的預(yù)算線可表示為：

其中，A、B分別表示輸電成本、運(yùn)輸成本同土地租用費(fèi)用的實(shí)際配額，PA、PB分別表示上述兩者所分配到那部分資金的單位機(jī)會(huì)成本。由于在單位時(shí)間內(nèi)，總預(yù)算額度Yc不變。

(2)火電廠的效用曲線解釋

接著本文分析火電廠的效用函數(shù)。由于這種效益和成本的衡量比較復(fù)雜，本文用效用函數(shù)Ud來(lái)衡量。效用曲線等價(jià)于消費(fèi)者行為理論中的無(wú)差異曲線，它代表了能帶給經(jīng)濟(jì)主體相同滿意度的所有商品或服務(wù)的組合，同時(shí)它也表示經(jīng)濟(jì)主體為了獲得一種商品而愿意放棄的另外一種商品或服務(wù)的數(shù)量。在本文中，效用曲線代表了能給火電廠帶來(lái)相同滿意度的輸電成本同運(yùn)煤費(fèi)用和土地使用費(fèi)的組合。兩部分并不是完全替代的關(guān)系，在不考慮效用曲線位置的前提下，影響其形狀的具體因素有：一是“輸電成本”資金和“運(yùn)輸費(fèi)用+土地使用費(fèi)”資金的效益，也可以從這些資金的機(jī)會(huì)成本得到體現(xiàn)；二是運(yùn)煤時(shí)間損失，該運(yùn)煤時(shí)間損失指的是在運(yùn)送電煤過程中損耗的時(shí)間成本(如：由于供煤不及時(shí)而造成的機(jī)會(huì)損失)。

效用函數(shù)(用來(lái)表示無(wú)差異曲線)及其影響因素之間的關(guān)系可表示如下：

公式(4)具有如下含義：火電廠的總效用的改變可以通過改變d繼而改變輸電成本、運(yùn)輸費(fèi)用和土地使用費(fèi)，或者改變時(shí)間損失等要素來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(3)時(shí)空替代效應(yīng)下火電廠選址決策分析

由(1)、(2)做比較可以看出，由于交通條件變好，火電廠在運(yùn)送電煤時(shí)可以縮短時(shí)間距離，這不僅減少了運(yùn)輸時(shí)間，同時(shí)也降低了因電煤運(yùn)輸瓶頸造成的機(jī)會(huì)損失，即t(d)減少，那么由于供煤及時(shí)以及節(jié)約時(shí)間，火電廠因此可以增加額外收益，如減少因電煤無(wú)法供應(yīng)而造成供電系統(tǒng)癱瘓的可能性，即Yt>=0。無(wú)論Yt是否等于0，均有：

即火電廠的成本預(yù)算額度增加，其成本預(yù)算線向外移動(dòng)，見圖1。

圖1 火電廠選址決策圖

在交通條件未變好時(shí)，火電廠的成本預(yù)算線與效用曲線U相切于A點(diǎn)，此時(shí)火電廠與煤礦的距離為d。當(dāng)改善交通運(yùn)輸條件后，成本預(yù)算額度增加，預(yù)算線向外移動(dòng)，與新的效用曲線相切于平衡點(diǎn)B，火電廠與煤礦的距離增大，變?yōu)閐'。這說明在煤電一體化戰(zhàn)略下，火電廠廠址即使選在稍微遠(yuǎn)離煤礦的地方，同樣可以達(dá)到煤電一體化的效果。

以上分析可看出，運(yùn)輸時(shí)間的節(jié)約，可以擴(kuò)大電廠的選址范圍。

4.3 結(jié)論

便利的交通條件給火電廠帶來(lái)的選址決策變化，使得火電廠在選址范圍上得以擴(kuò)大。通過這個(gè)例子我們可以將研究范圍推廣到目前的“煤電一體化”戰(zhàn)略中去，煤電一體化指的是火電廠在經(jīng)營(yíng)火力發(fā)電產(chǎn)業(yè)時(shí)，同時(shí)經(jīng)營(yíng)煤礦，煤礦產(chǎn)出的煤炭直接供給電廠發(fā)電，節(jié)省了運(yùn)輸成本和采購(gòu)工作。那么在考慮時(shí)空替代效應(yīng)下，在交通便利的地區(qū)煤電一體化類型火電廠的選址范圍更廣，可以不需依附于煤礦而建，同時(shí)考慮水源、環(huán)境、安全等諸多選址因素，這種煤電運(yùn)一體化的經(jīng)營(yíng)模型使得火電廠的選址更為靈活。

5 結(jié)語(yǔ)

火電廠選址是一個(gè)大而復(fù)雜的問題，受到多方面條件的限制，涉及到很多相關(guān)理論，得具體問題具體分析。文章中只從大范圍角度研究時(shí)空替代效應(yīng)下便利交通條件可以擴(kuò)大選址范圍，即考慮運(yùn)輸因素在火電廠廠址選擇過程中，提出了結(jié)合煤礦、火電廠、運(yùn)輸三者一起，實(shí)行煤電運(yùn)一體化的新型經(jīng)營(yíng)模式。目前火電廠在選址時(shí)，一般都是遠(yuǎn)離大中城市，在地理位置較為偏遠(yuǎn)、交通不便利的地區(qū)，特別是中國(guó)西部，這對(duì)電煤運(yùn)輸和輸送電網(wǎng)是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。在認(rèn)識(shí)到時(shí)空替代效應(yīng)后，擺脫依附煤礦身側(cè)的禁錮，選擇交通較為便利的地方設(shè)廠，同樣可以達(dá)到煤電一體化運(yùn)營(yíng)緩解電煤輸送緊張的現(xiàn)象，降低其在選址時(shí)的局限性。

[1]盧攀，劉澤劍.建立儲(chǔ)煤中心的KPCA-SVRM 選址模型研究[J].電力科學(xué)與工程，2009，25(5).

[2]曲曉平.基于模糊層次分析法的火電廠選址研究與應(yīng)用[D].北京：華北電力大學(xué)，2007.

[3]楊超，葉蜀君.快速交通時(shí)空替代效應(yīng)與居住選址決策[J].交通世界，1996，(3).

[4]榮朝和.2011交通—物流時(shí)間價(jià)值及其在經(jīng)濟(jì)時(shí)空分析中的作用[J].經(jīng)濟(jì)研究，2011，(8).

[5]張忠根，崔寶玉.扶貧資金漏出問題研究：基于消費(fèi)者行為理論[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，6(4).