基于系統(tǒng)動力學的核電經濟性分析

許峻豪

【摘要】隨著核電投資規(guī)模不斷增大，核電項目的經濟性分析成為了行業(yè)的焦點問題。就核電項目的經濟性，本文從能源資源的角度出發(fā)，基于其在能源、經濟和環(huán)境之間的關系，利用系統(tǒng)動力學方法建立經濟性分析評估模型。多維度多角度的核電經濟性分析，有利于增進項目運行的有效性，同時將有助于制定項目的投資與運營計劃，降低投資風險和提高決策的科學性和合理性。

【關鍵詞】系統(tǒng)動力學 核電 經濟性

1引言

人類社會步入21世紀以來，中國的經濟有了持續(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，人類社會對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，導致了嚴重的能源危機和環(huán)境危機，對人類社會的可持續(xù)發(fā)展構成了巨大威脅。為促使能源危機和環(huán)境危機的解決，保障人類社會的可持續(xù)進步，大力發(fā)展綠色清潔可再生能源是人類社會的必經選擇。短期內風電、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)勢也不能體現出來。而核能很好地解決了這方面的問題，其安全、清潔、經濟、可大規(guī)模利用，目前已經逐漸在全球的范圍內受到認可并且開發(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，中國正面臨著國內能源資源限制，能源需求增加，進口石油依存度增加，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)展的重要方向以應對國內能源安全所面臨的挑戰(zhàn)。中國電力結構的調整目標是逐步減少火電在發(fā)電結構中的比例，增加發(fā)電能源的多元化。電力工業(yè)“十一五”規(guī)劃強調要優(yōu)化發(fā)展核電，并且“核電中長期發(fā)展規(guī)劃”的目標是在2020年核電新增裝機為40GW，占到總體裝機容量的4%。2009年末，中國擁有世界最大規(guī)模的在建核電項目，在建核電規(guī)模為20臺機組總計裝機21.92GW。

2系統(tǒng)動力學理論基礎

核電的發(fā)展不僅影響經濟，而且影響環(huán)境和能源。因此，根據核電技術和經濟分析，需要找到一個全面的評估系統(tǒng)，系統(tǒng)動力學作為建模工具提供了一個綜合分析的方法，這是本文研究的主要方法。

系統(tǒng)動力學（System Dynamics，SD）是于20世紀50年代中后期興起的關于探索信息反饋系統(tǒng)的學科，其基礎是反饋控制理論，方法為計算機仿真技術，研究對象為復雜的社會經濟系統(tǒng)，是一門分析和解決系統(tǒng)問題的綜合性交叉學科。系統(tǒng)動力學理論的創(chuàng)始人為麻省理工的弗雷斯特，他的研究經歷了從1961年發(fā)表企業(yè)層面的工業(yè)動力學，1969年發(fā)表城市層面的城市動力學，再到1971年發(fā)表世界層面的世界動力學的過程；后者直接促成了1972年梅多思等人發(fā)表的《增長的極限》報告。如今，系統(tǒng)動力學已經在幾乎所有動態(tài)復雜問題上有所應用，重要的應用領域包括能源轉變與資源稀缺、環(huán)境與生態(tài)管理、公共秩序與公共政策、社會組織動力學、經濟金融、信息科學和供應鏈管理等。

3核電項目系統(tǒng)動力學分析及建模

影響核電競爭能力的主要因素是核電技術的經濟性，而本文從核電的發(fā)電成本來分析核電技術的經濟性。核電的發(fā)電成本包括內部成本和外部成本，核電的內部成本包括核電建設成本、發(fā)電成本、電價等。核電的外部成本主要體現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等方面。

3.1核電的內部成本

目前，國際上通用的是全壽期平準化貼現發(fā)電成本（Lifetime Levelised Generation Cost）。全壽期平準化的成本計算法是通過使用貼現率將未來各個時段的支出折算成在某一選定日期（通常是電廠投產日期）的現值。對未來各個時間的發(fā)電量也進行同樣的貼現計算。支出的現值按照類型（投資、燃料、運行和維護）增加。對發(fā)電量現值采用類似的方法累加到一個單一的數值。每千瓦時發(fā)電量的平準化壽期成本是壽期總支出的現值與總發(fā)電量現值的比值。如果用EGC表示平準化單位電量發(fā)電成本，則根據平準化發(fā)電成本方法的定義有以下關系式：

式中EGC是全壽期平準化貼現發(fā)電成本；I_t是在第t年的投資支出；M_t是在第t年的運營和維護費用；F_t是第t年的燃料費用；E_t是第t年的供電量（即扣除廠用電后的上網電量），r是折現率。

3.2核電的外部成本

目前，我國各種發(fā)電技術成本核算、經濟分析，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和運行過程中各種能源的總消耗。核電站建設和運行對環(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，總能耗是指核電站建設和運行過程中資源的總消耗。它包括材料、電力、水和燃料消耗。為了便于計算，將不同的能量類型轉換成標準煤當量。

基于上述分析，得到核電經濟性分析的系統(tǒng)動力學模型如下。

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量；Si是能量的煤當量轉化系數；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、經濟和環(huán)境之間的關系，利用系統(tǒng)動力學方法建立經濟性分析評估模型。多維度多角度的核電經濟性分析，有利于增進項目運行的有效性，比起單一評價經濟性更有效。