基于系统动力学的核电经济性分析
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【摘要】随着核电投资规模不断增大，核电项目的经济性分析成为了行业的焦点问题。就核电项目的经济性，本文从能源资源的角度出发，基于其在能源、经济和环境之间的关系，利用系统动力学方法建立经济性分析评估模型。多维度多角度的核电经济性分析，有利于增进项目运行的有效性，同时将有助于制定项目的投资与运营计划，降低投资风险和提高决策的科学性和合理性。
【关键词】系统动力学 核电 经济性
1引言
人类社会步入21世纪以来，中国的經济有了持续增长，人民的生活水平也不断的提高。伴随着两者的发展，人类社会对能源的需求也急剧增大，而煤炭、石油和天然气等常规不可再生能源已被大量开采和使用，导致了严重的能源危机和环境危机，对人类社会的可持续发展构成了巨大威胁。为促使能源危机和环境危机的解决，保障人类社会的可持续进步，大力发展绿色清洁可再生能源是人类社会的必经选择。短期内风电、光伏等新能源没有办法较大规模地替代传统的能源，因此其良好的发展前景的优势也不能体现出来。而核能很好地解决了这方面的问题，其安全、清洁、经济、可大规模利用，目前已经逐渐在全球的范围内受到认可并且开发利用，新能源问题有望解决。
作为世界上最大的发展中国家，中国正面临着国内能源资源限制，能源需求增加，进口石油依存度增加，环境恶化以及大量温室气体排放等问题。因此中国将核电作为未来能源发展的重要方向以应对国内能源安全所面临的挑战。中国电力结构的调整目标是逐步减少火电在发电结构中的比例，增加发电能源的多元化。电力工业“十一五”规划强调要优化发展核电，并且“核电中长期发展规划”的目标是在2020年核电新增装机为40GW，占到总体装机容量的4%。2009年末，中国拥有世界最大规模的在建核电项目，在建核电规模为20台机组总计装机21.92GW。
2系统动力学理论基础
核电的发展不仅影响经济，而且影响环境和能源。因此，根据核电技术和经济分析，需要找到一个全面的评估系统，系统动力学作为建模工具提供了一个综合分析的方法，这是本文研究的主要方法。
系统动力学（System Dynamics，SD）是于20世纪50年代中后期兴起的关于探索信息反馈系统的学科，其基础是反馈控制理论，方法为计算机仿真技术，研究对象为复杂的社会经济系统，是一门分析和解决系统问题的综合性交叉学科。系统动力学理论的创始人为麻省理工的弗雷斯特，他的研究经历了从1961年发表企业层面的工业动力学，1969年发表城市层面的城市动力学，再到1971年发表世界层面的世界动力学的过程；后者直接促成了1972年梅多思等人发表的《增长的极限》报告。如今，系统动力学已经在几乎所有动态复杂问题上有所应用，重要的应用领域包括能源转变与资源稀缺、环境与生态管理、公共秩序与公共政策、社会组织动力学、经济金融、信息科学和供应链管理等。
3核电项目系统动力学分析及建模
影响核电竞争能力的主要因素是核电技术的经济性，而本文从核电的发电成本来分析核电技术的经济性。核电的发电成本包括内部成本和外部成本，核电的内部成本包括核电建设成本、发电成本、电价等。核电的外部成本主要体现在核电厂的能源消耗、大气污染的排放、固体废物和放射性污染的排放以及碳减排的贡献等方面。
3.1核电的内部成本
目前，国际上通用的是全寿期平准化贴现发电成本（Lifetime Levelised Generation Cost）。全寿期平准化的成本计算法是通过使用贴现率将未来各个时段的支出折算成在某一选定日期（通常是电厂投产日期）的现值。对未来各个时间的发电量也进行同样的贴现计算。支出的现值按照类型（投资、燃料、运行和维护）增加。对发电量现值采用类似的方法累加到一个单一的数值。每千瓦时发电量的平准化寿期成本是寿期总支出的现值与总发电量现值的比值。如果用EGC表示平准化单位电量发电成本，则根据平准化发电成本方法的定义有以下关系式：
式中EGC是全寿期平准化贴现发电成本；It是在第t年的投资支出；Mt是在第t年的运营和维护费用；Ft是第t年的燃料费用；Et是第t年的供电量（即扣除厂用电后的上网电量），r是折现率。
3.2核电的外部成本
目前，我国各种发电技术成本核算、经济分析，没有将外部成本纳入核算范围。碳排放成本是外部成本范畴的一部分。在发电领域，外部成本一般指各种发电方式造成的环境损失以及克服这些损失所需的投入。因此，核电的外部成本包括核电站的污染排放和核电站建设和运行过程中各种能源的总消耗。核电站建设和运行对环境的影响主要是放射性污染、非放射性污染和碳减排的贡献，总能耗是指核电站建设和运行过程中资源的总消耗。它包括材料、电力、水和燃料消耗。为了便于计算，将不同的能量类型转换成标准煤当量。
基于上述分析，得到核电经济性分析的系统动力学模型如下。
式中F2、F3是环境污染和能源消耗；RP、NRP、CER分别是放射性污染、非放射性污染和碳减排贡献量；Si是能量的煤当量转化系数；MC、PC、WC、FC分别是材料消耗、电力消耗、水力消耗和燃料消耗。
模型从能源资源的角度出发，基于其在能源、经济和环境之间的关系，利用系统动力学方法建立经济性分析评估模型。多维度多角度的核电经济性分析，有利于增进项目运行的有效性，比起单一评价经济性更有效。
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