AP1000平准化发电成本计算及影响因素分析

张文超，刘　洲，杜利鹏

(1.东北电力大学 能源与动力工程学院，吉林 吉林 132012；2.中广核核电运营有限公司，广东 深圳 518000)



AP1000平准化发电成本计算及影响因素分析

张文超1，刘洲2，杜利鹏1

(1.东北电力大学 能源与动力工程学院，吉林 吉林 132012；2.中广核核电运营有限公司，广东 深圳 518000)

摘要：采用平准化发电成本(EGC)的计算方法来研究AP1000核电技术的经济性，并运用两种不同计算方法分别计算三门核电及其他堆型核电站的EGC。根据计算结果分析AP1000核电技术的经济性特点，并定量计算核电站建设周期、经济寿期、负荷因子对AP1000核电站EGC的影响。分析结果表明，目前AP1000技术平准化发电成本与已运行核电站相比偏高，这是由国产化率较低、规模效应与学习效应不明显导致。另外，建设周期、经济寿期、负荷因子等因素均会直接影响到发电成本，相关研究可以为提高核电经济性提供参考。

关键词：AP1000；平准化发电成本；经济评价

我国核电发展实践证明，核电对满足电力需求，优化能源结构，保障能源安全，促进经济持续发展具有战略性意义，同时也是实现二氧化碳减排目标，实现经济、能源、环境协调发展的有效途径[1]。在世界新一轮核电复兴的背景下，中国引进AP1000技术，将其应用到浙江三门和山东海阳核电站中。一种技术能否成为行业主流、在新的装机容量中获得多大份额，很大程度上取决于该技术的各种经济要求。这就需要我们对核电技术进行理论上的经济性计算，来评价其竞争力。因此具体分析AP1000的经济性就显得非常具有价值。

关于核电经济性研究分析方面，王益华[2]和张圆圆[3]等介绍了AP1000简化设计，模块化建造，长寿等经济性特点，另外从投资经济性，系统设计经济性以及行业影响经济性三方面对AP1000经济性进行描述；杨光[4]和Bob van der Zwaan[5]引入碳排放成本分析核电成本的经济性；田里等[6]介绍了国际原子能机构(IAEA)推荐的平准化贴现成本计算方法，用来计算事先不知道未来收益流的投标经济方案。陈衬兰[7]、冯斌[8]和刘宏[9]等人对AP1000分别与M310+、CPR1000和高效环保火电进行了方案经济性比较分析，但缺乏对发电成本影响因素的研究。

本文采用考虑了资金时间价值的计算运营期平准化发电平均成本(EGC)来分析AP1000的经济性，所得到的一些计算结果可作为AP1000经济性分析时的参考。

1平准化成本与影响因素计算方法

总的来说，核电发电成本由总建设投资、运营期燃料费用和运营期的运营与维护费用三部分构成。一般有两种计算方法：一是计算运营期发电平均成本(PGC)，另一种是计算运营期平准化发电平均成本(EGC)。PGC表达的是静态的平均成本，并没有考虑资金的时间价值，由此计算的结果很难真实反映核电经济性水平。EGC通过使用贴现率考虑了资金的时间价值，其计算结果对反映核电经济性水平更具说服力，因此本文采用EGC计算方法。

1.1全寿期平准化的成本计算法

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。平准化成本计算式为[3]

(1)

式中：EGC为全寿期平准化贴现发电成本；Mt为第t年运营维护费；Ft为第t年燃料成本；It为第t年资本投资费；Et为第t年供电量；r为折现率。

(1)燃料成本计算Ft

(2)

式中：F为单位核燃料成本；K为机组额定容量；t为时间；L为负荷因子；电站热效率为η；所用核燃料235U俘获裂变比为α；核燃料富集度为ε1；卸载后核燃料剩余235U富集度ε2；一次裂变放出能量Ef；MUO2为原子量；N0为阿伏伽德罗常数。

(2)运行维护费

运行和管理费主要分为人工费和材料费两部分，根据经验，这两部分在运行管理总费用中约各占一半[10]。

假设电站共有正式员工x人，平均每人每月工资f，则年运行维护费

Mt=24xf.

(3)

(3)年投资成本费计算

每年的投资成本为

It=P/nb，

(4)

式中：nb为建设周期，年投资成本只在建设期内产生，建设完成后不产生该项费用。

(4)发电量计算

第t年供电量

Et=K×L×24×365，

(5)

运行维护、燃料循环费和资本投资费的平准化发电成本分别用EGCM、EGCF、EGCI表示。

1.2平准化贴现成本计算方法

平准化贴现成本计算方法就是用核电站总费用的最小值除以总发电量的现值，从而得到以单位产能量成本表示的平准化贴现成本。表示平准化贴现成本的公式为[6]

(6)

资本投资费A用由货款偿还方式决定，平准化方法的资本投资费用采用经济寿期内等额本息回收总投资而得到年投资费用，它已经考虑了资金的时间价值。等额本息回收的计算公式为[5]

(7)

式中：A为每年的资本费用(包括本金支付和利息支付，其中的本金支付和利息支付的数值是变化的)；P为总投资(包括建设期利息)；i为贴现率；n是经济寿期。

各年燃料循环费和各年运行维护费的计算方法与上述计算方法相同，得到平准化贴现成本：

(8)

其中，公式(8)右端的三项分别为运行维护、燃料循环费和资本投资费的平准化贴现发电成本。

三门一期采用了AP1000核电技术，以三门一期为例分别用全寿期平准化成本计算方法和平准化贴现成本计算方法计算平准化发电成本及运行维护费的平准化发电成本，燃料循环费的平准化发电成本，资本投资费的平准化发电成本，计算结果如表1所示。由计算结果可以看出，两种平准化总成本计算方法的结果相差为9.25%，差别不大，说明了计算结果是可信的。

表1　三门核电EGC(美元/kW·h)

1.3平准化成本影响因素计算

(1)规模效应影响分析

规模效应通常定义为机组大小的经济效应。对于给定的工艺与技术类别，核电厂基础比投资UC与机组大小S的关系在理论上可表述为[11]

UCM=UCN(SM/SN)X-1，

(9)

式中：UCM与UCN分别为机组M与机组N的比投资；SM/SN为机组M与机组N的规模比；X为规模指数；(SM/SN)X-1为关于比投资的规模因子(又可称之为造价因子)。

(2)学习效应影响分析

学习效应导致的费用减少可以用学习曲线来描述，数学表达式[11]

(10)

式中：n为第n台机组；α、β为基本参量，通常由经验与预测决定。

2计算结果及讨论

2.1EGC及各项计算结果

根据以上计算方法可得其他核电技术发电成本指标，现将计算结果汇总见表2。

表2　核电站发电成本(美元/kW·h)

表2中，EGC、EGCM、EGCF、EGCI分别为用全寿期平准化成本计算方法得到的平准化发电成本及运行维护费的平准化发电成本，燃料循环费的平准化发电成本，资本投资费的平准化发电成本。C、CM、CF、CA分别为平准化贴现成本计算方法计算的平准化发电成本及运行维护费的平准化发电成本，燃料循环费的平准化发电成本，资本投资费的平准化发电成本。根据表2计算结果看出，核电机组平准化计算成本大都在0.02美元/kW·h-0.03美元/kW·h。其中，秦山二期为CNP600技术，实现国产化率55%，发电成本较低，这主要得益于建造和采购自主化和成熟堆型规模效应；岭澳一期为CPR1000技术，实际上是大亚湾核电站的翻版加改进，国产化比例不到30%，因此造价较高，发电成本偏高；秦山三期为引进的加拿大CANDU6 重水堆机组，是由加拿大原子能公司总承包的“交钥匙”工程，因此引起的建设投资费增加造成发电成本偏高。

在计算的这几种核电站中，发电成本最高为三门AP1000技术，平准化发电成本为0.0255美元/kW·h和0.0281美元/kW·h；最低的为田湾的AES-91型压水堆技术，平准化发电成本为0.0206美元/kW·h和0.0227美元/kW·h。造成三门一期核电发电成本偏高的原因有以下几点：首先由于三门核电是世界上首台AP1000机组，为首堆示范依托项目，在工程设计、设备制造、建设、运行、进度等方面都具有工程验证的特殊性；其次由于是引进技术原因，外方负责的核岛设计和核岛主设备及技术服务费用高造成核岛工程费用偏高；另外依托项目的关键设备与材料绝大部分是境外采购，即使是在国内生产的设备其关键材料还不能国产化。不过随着依托项目顺利成功实施AP1000技术简化、工期减短和寿期延长的优势将逐步释放，后续AP1000项目经济性将越加显著。

2.2EGC的影响因素

由表2可知EGC由运行维护的平准化发电成本EGCM，燃料循环费的平准化发电成本EGCF和资本投资费的平准化发电成本EGCI三部分组成。以三门为例，定量计算讨论建设周期、运营时间与负荷因子对EGC及各部分的影响。

(1)建设周期对发电成本的影响

通过改变建设周期对三门核电的EGC进行计算得到结果见图1。

图1 建设周期对发电成本的影响图2 运营时间对发电成本的影响

由图1可知，建设周期越长，平准化发电成本越高。改变建设周期对发电成本的影响主要体现在对资本投资费的影响。核电项目建设投资本身很大，而建设周期越长，建设期间贷款利息越多，从而使工程总投资费大大增加，结果是建设周期越长，平准化发电成本越高。由于三门核电是AP1000的首个示范电站，随着学习效应和规模效应的积累，AP1000电站建设周期必将缩短，从而使发电成本下降。

(2)运营时间对发电成本的影响

通过改变运营时间对三门核电的EGC进行计算得到结果见图2。由图可知，随着运营时间的延长，平准化发电成本呈现下降趋势。改变运营时间对发电成本的影响主要体现在对资本投资费的影响。随着经济寿期的延长，电站投资成本不变条件下发电量增加，产生出更多的利润，从而使平准化发电成本下降。燃料成本和运行维护成本基本不变，这是由于这两项成本随时间是正比例关系，运营时间长，费用增加，但发电量同时增加，所以但平均到运营期内成本不变。AP1000技术的设计寿命为60年，比传统的二代技术和二代加技术的设计寿命多了20年，便可产生更多的利润，如果可以考虑核电站延寿的话发电成本会进一步下降。

(3)负荷因子对发电成本的影响

图3　负荷因子对发电成本的影响

通过改变负荷因子对三门核电的EGC进行计算得到结果见图3。由图3可知，随着电站负荷因子的增加，平准化发电成本呈下降趋势。改变负荷因子对发电成本的影响主要体现在对资本投资费和运行维护费的影响上。随着负荷因子的增加，电厂在固定时间内可以发出更多的电，而固定时间内的资本投资费和运行维护费是一定的，这样平摊到每一度电上的成本就会下降，从而平准化发电成本会下降。

除此之外，核燃料费用的变化会直接影响核燃料平准化发电成本，电站热效率的变化会直接影响核燃料平准化发电成本和发电量，贴现率的变化会直接影响到电站的平准化发电成本，在研究降低发电成本方法时可以从上述方面来考虑。

(4)规模效应对核电比投资的影响

图4 规模效应对比投资的影响图5 学习效应对比投资的影响

根据公式(9)计算核电的规模效应对发电成本的影响，计算结果如图4，由图4可以看出，随着核电机组规模的增加，核电的发电成本也随之下降，AP1000的机组容量比二代堆大，因此，其经济性从规模效应来看较高。

(5)学习效应对核电比投资的影响

根据公式(10)计算核电的学习效应对发电成本的影响，计算结果如图5，由图5可以看出，随着核电机组建设数目的增加，核电的发电成本也逐渐下降，其中第一座双机组的发电成本最高，这就解释了为什么三门核电项目的发电成本比较高的原因，随着建设机组数目的增加，其发电成本由于学习效应会逐渐降低。

3结论

本文通过EGC的计算方法研究了AP1000的经济性，并对影响平准化发电成本的因素进行了讨论，结论如下：

(1)AP1000的EGC相对其他核电技术偏高，主要是由于电站的首堆效应和设备国产化程度低。随着我国核电自主化的推进和装备制造业能力的进步，关键设备国产化率提高，核电资本投资下降，AP1000核电的经济性将会达到一个合理的水平。

(2)电站建设周期越长，平准化发电成本越高；运营时间越长，平准化发电成本越低；负荷因子越高，平准化发电成本越低。通过逐步提高机组运行负荷因子、缩短建设周期，以及合理的延寿都可使固定资产得以充分利用，发电量、收入与利润增加，从而提高核电经济性。

参考文献

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[3]张圆圆，李博，李达然.三代核电技术引进必要性与经济性[J].吉林电力，2011，39(4):52-53.

[4]杨光.低碳发展模式下中国核电产业及核电经济性研究[D].北京:华北电力大学，2010:141-154.

[5]Bob van der Zwaan .The role of nuclear power in mitigating emissions from electricity generation[J].Energy strategy reviews，2013(1):296-301.

[6]田里，王永庆，刘井泉，等.平准化贴现成本方法在核动力堆项目经济评价中的应用[J].核动力工程，2000，21(2):188-192.

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[9]刘宏，汤博，肖琼，常鸿.基于工程投资的核电技术经济分析及风险控制[J].中国电力，2008，41(5):9-13.

[10] 王成孝.核电站经济[M].北京:原子能出版社，1998:411-414.

[11] 孙汉虹.第三代核电技术AP1000 [M].北京：中国电力出版社，2010：633-644.

Study on the Levelized Cost of Electricity of AP1000 Nuclear Power Technology and Influence Factors

ZHANG Wen-chao1，LIU Zhou2，DU Li-peng1

(1.Energy Resource and Power Engineering College，Northeast Dianli University，Jilin Jilin 132012;2.China Nuclear Power Operations.Co,Ltd,Shenzhen Guangdong 518000)

Abstract：This paper used the calculation method of the levelized cost of electricity (EGC) to study the economic of AP1000 nuclear power technology.The EGC of Sanmen reactor power other reactor power stations were calculated by two methods.It also makes quantitative analysis on the economic characteristics of AP1000 nuclear power technology，and discusses the influence of construction period，economic life，load factor and other factors on the EGC of AP1000 nuclear power.The analysis result shows that the EGC of AP1000 technology is higher than other reactor power，because the localization rate is low，the scale effect and learning effect is not obvious.The construction cycle，economic life，load factor and other factors will directly affect the cost of electricity.Relevant research studies can provide a reference for improving the economics of nuclear power.

Key words：AP1000；The levelized cost of electricity；Economic evaluation

中图分类号：TL9

文献标识码：A

文章编号：1005-2992(2016)01-0091-06

作者简介：张文超(1984-)，男，山东省邹城市人，东北电力大学能源与动力工程学院副教授，博士，主要研究方向：核反应堆技术.

基金项目：东北电力大学博士科研启动基金(BSJXM-201312)；东北电力大学科研提升工程项目(201501)

收稿日期：2015-12-10