煤电一体化下时空替代效应与火电厂选址决策关系的研究

杨 超

(华北电力设计院工程有限公司，北京 100120)

电力和煤炭是中国能源产业的两大行业，是国民经济中不可或缺的产业。近年来随着煤电之争的愈演愈烈，“电煤一体化”这一新型经营模式突现出来。煤炭行业加快建设坑口电厂；而电力行业抢占煤炭资源，建设开发煤矿。在我国的电力结构中，火电厂占据着绝对的主导地位，可以说煤电不可分割。但是近年来随着电煤供应矛盾突出，产能、运能跟不上，电煤供应问题亟待解决。

在电煤供应上，火电厂与煤炭供应商之间是直接通过签订购买合同来满足煤炭供应量，一般地，火电厂会建立储煤中心保证电煤的持续供应。尽管已经成功签订煤炭购买合约，但是由于火电厂地理位置的原因，煤炭运输量往往达不到要求。煤炭的运输瓶颈这在一定程度上造成电煤供应危机，此时决策者如何合理进行火电厂选址决策是本文研究的一个重点。本文主要针对火电厂在选址时如何在交通运输的影响下进行决策来展开分析。

1 文献回顾

火电厂储煤中心选址是一项十分复杂的工程，它与企业利益、国民经济、生态环境等息息相关。在选址时所要考虑的各方面因素很多，定性与定量因素的交织使得选址决策难度加大，而目前人们对火电厂储煤中心选址(卢攀，刘泽剑，2009)这一综合评价问题做了很多研究，提出了如模糊综合分析法、层次分析法、主层次分析法、专家咨询法(曲晓平，2007)等，这些研究方法主要体现在凭借简单的技术条件与经济条件的比较来对火电厂厂址的评价和决策。火电厂选址作为一项较大的复杂工程，不是简单一个模型就能完好地解决这一问题，适当发展一些新的理论运用到实际工程中，这对火电厂今后的发展能起到指导性作用。

在选址决策上，杨超，叶蜀君(1996)曾提出利用时空替代效应来分析快速交通线在城市空间资源分配上对家庭选址所产生的间接效益，为居民进行居住选址提供了一个创新的思路。文中从时空替代的角度通过模型分析了城市快速交通下，居民在选址时其选址范围会扩大，即扩大了城市活动空间，不仅节约居民住房成本，更在一定程度上为工商业者提供更经济的土地和劳动力等生产要素。从中可以看出，便利的交通在一定程度上会影响居民的选址决策。毫无疑问，火电厂在选址时，当地的交通运输状况是管理者必须考虑的一个问题。

2 火电厂选址现状简介

厂址选择是基本建设的重要环节，受到政治、经济、技术等诸多方面的约束，其内容比较广泛，一般具有如下特点：全面性、政策性、长远性、不可移动性和综合性等。火电厂在选址，落实建厂条件时输电方案和运煤方案是两大要素，其中运煤方案中包含铁路、水路、公路和管道，通过衡量运输方案的最大运能和流量来确定最佳运煤方案，以保证电煤的供应。特别是在出现“电荒”现象下，选择合适的厂址和运煤方案，满足电煤和电的供应和运输尤为重要。

通过研究发现，每年出现“电荒”的主要原因有：全国用电增长、水力发电厂乏力、煤炭源供应紧缺、运煤渠道运力不足，其中，主要是运力与煤炭资源配置有问题。我国的铁路运输系统中所有的主动脉几乎都在超负荷的运作，其运输能力已经接近巅峰，在面临每年将15亿t～20亿t电煤从中西部基地运往全国各地的火电厂，需要新建大量的高水平专业输送铁路，或者配套的港口码头、运输团队，据此在2020年以前我国大概需要15～20条像“大秦铁路”和“秦皇岛煤码头”来满足才能保证电煤供应。显然，安置这些设施难度非常大，可行性小。

大力发展“煤电一体化”战略虽然从理论上可以缓解运输瓶颈，但是要选择即符合火电厂选址又能满足煤炭供应的合适地理位置也是决策者一大难题。此时如何选址决策才能有效缓解电煤供应瓶颈问题是本文要研究的关键点。

3 时空替代效应

在分析替代效应时，以生产要素替代为例。生产者在配置生产要素时，当某一种生产要素的价格上升时，为了达到有效配置，生产者会调整其生产方案，以便宜的生产要素替代较昂贵的生产要素。通过生产要素之间的替代，达到以最小的成本生产出相同的产品的效果。其同样运用于消费者购买行为上，道理相同。

本文研究的时空替代，指的是通过将厂址选在交通便利的地方，节约运输电煤的时间，使得原先由于选址不当造成运输拥堵、运能跟不上电煤需求的现象得到缓解，从而使得火电厂可以扩大选址范围，不需要依赖于煤矿的位置来建厂，同时靠近城镇，降低输电成本。在时空替代效应下，火电厂选址可以产生两种效果：一是火电厂可以不仅节约电煤运输时间，缓解电煤运输瓶颈，同时可以节约运输成本；二是煤电一体化型火电厂的选址活动范围扩大，“电煤一体化”不必局限于火电厂必须同煤矿绑定。这种时空替代效应，正是火电厂在选址时需要考虑的重要因素。

4 引入时空替代的选址模型构建

4.1 相关变量的解释

时间作为一种特殊的资源，其同样具有价值，在本文中，该时间指的是交通—物流时间(荣朝和，2011)。其价值即指在电煤在运输过程中由于时间的节省或延误而可能导致的火电厂机会收入或损失。通过选择交通便利的厂址，节约运煤时间，缩短时间距离(用时间来表示的距离)。就像克服空间距离一样，缩短时间距离也具有成本。火电厂选址时的时空替代效应是建立在便利运输线效益和缩短时间距离成本的比较基础之上的。

本文中提到的缩短时间距离成本指的是将厂址建在交通便利的地方，那么土地征用费用也会相应提高，同时社会对污染物治理的要求也更加严格，这样火电厂也相应增加了治污成本。我们假设煤矿在较偏远的地方，而火电厂的选址越远离煤矿，那么其土地征用费用越高，输电成本越低，运煤费用也越高，所花费时间越长，时间损失越大。设该距离为d，则土地使用费为r(d)，输电成本为e(d)，运煤费用m(d)，运煤时间损失t(d)。

4.2 时空替代选址模型构建

(1)火电厂的成本预算模式解释

本文假设有一个火电厂A和煤矿B，火电厂发电后将电能输送到C地，A和C的距离固定为D，A与B的距离为d。

为简化起见，不考虑其他成本影响，设火电厂的收入为Y，那么火电厂的预算模式为：

为了更好的分析火电厂选址问题，本文对上式成立有如下假设：火电厂的土地征用费与同煤矿的距离d成正比，输电成本与d成反比，电煤运输费与d成正比。用一个极端的例子来说，假设d1为D，即火电厂选在C地，这时r(d1)最大，输电费用为r(D-d1)最小，运煤费用m(d1)最大，运煤途中耗费4h；如果此时火电厂A、煤矿B之间修建了快速路，途中时间缩短了1h，而且假设运煤费用不变，仍为m(d1)，这样火电厂就可能节约时间，扩大运煤量，缓解电煤运输瓶颈，增加机会收入，从而可以提高产能，追求更高的效用。

在经济学中，当生产者用一种生产要素替代另外一种生产要素可以增加产量时，生产者会改变其生产方案，同样此时火电厂可以重新选址决策。将时间节省引入(1)式子后可得火电厂的成本预算模式(即分配到输电成本和运输成本的部分)：

式(2)中的Y表示火电厂的收入总额，Yt表示因为时间节省而增加的收入或者减少的机会损失。可将Y+Yt- t(d)看做一个整体，记为Yc，表示成本预算额度。那么机会成本化的预算线可表示为：

其中，A、B分别表示输电成本、运输成本同土地租用费用的实际配额，PA、PB分别表示上述两者所分配到那部分资金的单位机会成本。由于在单位时间内，总预算额度Yc不变。

(2)火电厂的效用曲线解释

接着本文分析火电厂的效用函数。由于这种效益和成本的衡量比较复杂，本文用效用函数Ud来衡量。效用曲线等价于消费者行为理论中的无差异曲线，它代表了能带给经济主体相同满意度的所有商品或服务的组合，同时它也表示经济主体为了获得一种商品而愿意放弃的另外一种商品或服务的数量。在本文中，效用曲线代表了能给火电厂带来相同满意度的输电成本同运煤费用和土地使用费的组合。两部分并不是完全替代的关系，在不考虑效用曲线位置的前提下，影响其形状的具体因素有：一是“输电成本”资金和“运输费用+土地使用费”资金的效益，也可以从这些资金的机会成本得到体现；二是运煤时间损失，该运煤时间损失指的是在运送电煤过程中损耗的时间成本(如：由于供煤不及时而造成的机会损失)。

效用函数(用来表示无差异曲线)及其影响因素之间的关系可表示如下：

公式(4)具有如下含义：火电厂的总效用的改变可以通过改变d继而改变输电成本、运输费用和土地使用费，或者改变时间损失等要素来实现。

(3)时空替代效应下火电厂选址决策分析

由(1)、(2)做比较可以看出，由于交通条件变好，火电厂在运送电煤时可以缩短时间距离，这不仅减少了运输时间，同时也降低了因电煤运输瓶颈造成的机会损失，即t(d)减少，那么由于供煤及时以及节约时间，火电厂因此可以增加额外收益，如减少因电煤无法供应而造成供电系统瘫痪的可能性，即Yt>=0。无论Yt是否等于0，均有：

即火电厂的成本预算额度增加，其成本预算线向外移动，见图1。

图1 火电厂选址决策图

在交通条件未变好时，火电厂的成本预算线与效用曲线U相切于A点，此时火电厂与煤矿的距离为d。当改善交通运输条件后，成本预算额度增加，预算线向外移动，与新的效用曲线相切于平衡点B，火电厂与煤矿的距离增大，变为d'。这说明在煤电一体化战略下，火电厂厂址即使选在稍微远离煤矿的地方，同样可以达到煤电一体化的效果。

以上分析可看出，运输时间的节约，可以扩大电厂的选址范围。

4.3 结论

便利的交通条件给火电厂带来的选址决策变化，使得火电厂在选址范围上得以扩大。通过这个例子我们可以将研究范围推广到目前的“煤电一体化”战略中去，煤电一体化指的是火电厂在经营火力发电产业时，同时经营煤矿，煤矿产出的煤炭直接供给电厂发电，节省了运输成本和采购工作。那么在考虑时空替代效应下，在交通便利的地区煤电一体化类型火电厂的选址范围更广，可以不需依附于煤矿而建，同时考虑水源、环境、安全等诸多选址因素，这种煤电运一体化的经营模型使得火电厂的选址更为灵活。

5 结语

火电厂选址是一个大而复杂的问题，受到多方面条件的限制，涉及到很多相关理论，得具体问题具体分析。文章中只从大范围角度研究时空替代效应下便利交通条件可以扩大选址范围，即考虑运输因素在火电厂厂址选择过程中，提出了结合煤矿、火电厂、运输三者一起，实行煤电运一体化的新型经营模式。目前火电厂在选址时，一般都是远离大中城市，在地理位置较为偏远、交通不便利的地区，特别是中国西部，这对电煤运输和输送电网是一个严峻的考验。在认识到时空替代效应后，摆脱依附煤矿身侧的禁锢，选择交通较为便利的地方设厂，同样可以达到煤电一体化运营缓解电煤输送紧张的现象，降低其在选址时的局限性。

[1]卢攀，刘泽剑.建立储煤中心的KPCA-SVRM 选址模型研究[J].电力科学与工程，2009，25(5).

[2]曲晓平.基于模糊层次分析法的火电厂选址研究与应用[D].北京：华北电力大学，2007.

[3]杨超，叶蜀君.快速交通时空替代效应与居住选址决策[J].交通世界，1996，(3).

[4]荣朝和.2011交通—物流时间价值及其在经济时空分析中的作用[J].经济研究，2011，(8).

[5]张忠根，崔宝玉.扶贫资金漏出问题研究：基于消费者行为理论[J].江南大学学报，2007，6(4).