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.pdf

茸 h ■ 几 _ _J _ 由 上蚶由一 L， TD 斗 六 I， 由r _． 址 L 、 筚 r Ⅱ ⋯ 坚 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 1 0 0 1 2 0 摘要在 “ 以 电力为 中心 ，以煤炭为基础，煤 电一体化 发展 ”的 中国能源产业发展要 求下，加快煤 电一体化 发展在 火电厂可持 续发展过程 中已占据核心地位。在可持 续发展战略下，火电厂在选址时应充分考虑到煤 电 一 体化这一 目标 。本文首次从 时空替代效应 的角度 出发，通过分析 目前火 电厂选址决策现状，并构建时 空替 代选址模型，提 出 “ 煤 电运一体化”的选址决策以此来缓解煤炭的运输瓶 颈问题 ，为火电厂以及 同类企业在 选址决策上提供参考意见。 关键词煤 电运一体化；时空替代；火电厂；选址。 中图分类号T M6 2 1 文献标志码 A文章编号 1 6 7 1 - 9 9 1 3 2 0 1 2 0 1 。 0 0 5 3 ． 0 4 S t u d y o n Re l a ti o n s h i p Be t we e n Th e r ma l P o we r P l a n t s S i t e S e l e c t i o n and S p a c e T i me S u b s t i tuti o n Effe c t u n d e r I n t e g r a ti o n o f Co a l and El e c t r i c i t y ’ NG C h a o No r t h C h i n a P o we r E n g i n e e r i n g C o ． ． L t d ． ，B e i j i n g 1 0 0 1 2 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t h e C h i n a ’ S e n e r g y i n d u s t r y r e q u e s t o f t h e “ P o we r c e n t e r , C o a l b a s e d ， C o a l i n t e g r a t e d e v e l o p me n t ”， a c c e l e r a t i n g t h e i n t e gra t e d d e v e l o p me n t o f t h e r ma l p o we r p l a n t h a s o c c u p i e d a c e n t r a l r o l e in t h e p r o c e s s o f s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t ． Ba s e d o n t h e s us t a i n a bl e d e v e l o p me n t s t r a t e g y , the t a r g e t o f t h e i n t e gra t i o n o f c o a l s h o u l d b e f u l l y t a k e n i n t o a c c o u n t b y t h e rm a l p o we r p l a n t wh i l e d o s i t e s e l e c t i o n ． Th i s i s the fi r s t t i me for o u r p a p e r t o u s e t h e v i e w o f s p a c e t i me s u b s t i t u t i o n e ffe c t t o s t u d y the s i t e s e l e c t i o n． Th r o ug h the a n a l ys i s o f t h e c u r r e n t s t a t u s o ft h e rm a l p o we r pl a n t ’S s i t e s e l e c t i o n and b ui l d a s i t e s e l e c t i o n mo d e 1 wh i c h b a s e d o n t h e s p a c e t i me s u b s t i t u t i o n e f f e c t ．we c o me o u t a ki n d o f s i t e s e l e c t i o n d e c i s i o n 。 ma k i n g n a me d “ c o a l - e l e c t r i c i t y t r a n s p o r t a t i o n i n t e g r a t i o n” f o r t he rm a l p o we r pl a n t ，wh i c h c a n b e b e n e fi c i a l o n e a s i n g the b o t t l e n e c k o f c o a l tra n s p o r t a t i o n ． I t wi l l p r o v i d e s o me r e f e r e n c e for t h e r ma l po we r p l an t a n d s i mi l ar e n t e r p r i s e s o n t h e s i t e s e l e c t i o n d e c i s i o n - mak i n g ． K e y wo r d s c o a l e l e c t r i c i ty tr ans p o r t a t i o n int e g r a t i o n ；s p a c e - t i me s u b s t i t u t i o n ； the r ma l p o we r p l a n t ；s i t e d e c i s i o n s ． 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 收稿 日期2 0 1 1 - 1 2 1 2 作者简介杨超 1 9 5 9 一 ，男，河南开封市人，硕士，高级工程师。 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 2 0 1 2 g O 2 N第 瑚．5 3 茸m 墨m 凸 _ ． I ． ‘ ， 硼■■ ■ ． ． 嘲咖跚- 啷嘲 发 电设计 煤电体化下时空替代效应与火电厂选址决策关系的研究 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。 l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f 卢 攀 ，刘泽剑 ，2 0 0 9 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 ， 2 0 0 7 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f 1 9 9 6 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 5 4 ． 2 o 1 2 年 0 2 月第 1 期 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 l 5 亿t ～2 0 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 2 0 2 0 年 以前我国大概需要1 5 ～2 0 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。 甘 朋 I 九 - _ J _ 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，该时间指的是交通一 物流时间 f 荣朝和，2 0 1 1 1 。其价值即指在 电煤在运输过程 中 由于时问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 ，则 土地使用费为， ，输电成本为 ㈤ ，运煤费用 脚 ，运煤时间损失f ∽ 。 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Nc 地 ，A IJ 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 ， ， 脚 ， 1 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a ， 成正比，输 电成本与a ，成 反比， 电煤运输 费与 成正 比。用一个 极端 的例子来 说 ，假设d 。 为D，即火 电厂选在C 地 ，这时， 最大，输 电费用 J r D d 最小，运煤费用1 7 1 最大 ，运煤途 中耗费4 h ；如果此 时火 电厂A、 煤矿B 之问修建 了快速路 ，途中时间缩短了1 h ， 而且假设运煤 费用不变 ，仍为1 7 7 ， ，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1 I I 一 口 『 脚 2 式 2 中的壤示火 电厂的收入总额 ， 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 f ∽ 看做一个整体，记为 ，表示成本预算额度 。那 么机会成本化 的预 算线可表示为 A尸 A B I B 3 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 ，尸A 、尸B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 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 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1 。 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 ud ， P B ， f ] 4 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a N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 下转第7 6 页 2 0 1 2 f 3g ．0 2 第 1 期 ．5 5 系统必须留有扩展能力，为后期实现全部功能 创造条件 ；由于本系统的信息量大，而大部分 基础测绘成果属于 国家秘密 ，高精度 的基础地 理数据会不 同程度地增加 失、泄密风险，因此 建议尽量避免集成平台中涉及涉密的基础地理 数据，并加强基础地理数据 的保密管理。 参考文献 [ 1 】 庄宿军 ，等 ．三维立体设计在 电力线 路选 线和 测量 中的应用【 J ] ． 电力勘测设计 ，2 0 0 2 ，9 4 ． [ 2 ]阳贤仁 ，牛仁义 ．三维送 电线选 线GI S 系统 建设与 研究f J 1 ．电力勘测设计，2 0 0 7 ，9 5 ． [ 3 ]景钦 刚．基于GI S 的三 维输 电线路 规划设计系 统的 研究[ J ] ．电力建设 ， 2 0 0 8 ， 1 4 6 ． [ 4 ] 陆小艺 ，徐祖舰 ，李小明．三维G I S 在 电网工程设计 运行过程中的应用研究[ J ] ．红水河，2 0 0 9 ， 1 4 f 2 ． [ 5 ] 吴成舟 ，叶国平 ．数字化地 图在架 空送 电线路初步 设计中的应用Ⅲ ．电网技术 ，2 0 0 7 ，2 3 S 2 ． [ 6 ] 唐陇军 ，邱家驹 ．基于3 维地 理信息系 统的输 电线 路 管理系统『 J ] ．电网技术 ，2 0 0 3 ，2 7 1 0 ． 由 1 、 2 做 比较可 以看 出，由于交通 体化指 的是火 电厂在经营火力发 电产业 时， 条件变好 ， 火 电厂在运送 电煤时可 以缩短 时 同时经营煤矿 ，煤矿产 出的煤炭直接供给 屯 问足 巨 离 ， 不 仅减 少 了运 输 时 间， 同时 也 厂发 电，节省了运输成本和采购 工作 。那么 降低 了 因 l 煤运 输 瓶颈造 成 的机会 损 失 ， 在考虑时空替代效应下 ，在交通便利 的地区 即， a ， 减少 ，那 么 由于供煤及 时 以及节约 时 煤 电一体化类型火 电厂的选址 范围更广 ，司 问，火 电厂 因此 可以增加额外收益 ，如减少 以不需依附于煤矿而建 ，同时考虑水源 、研 因电煤无注 供应而造成供 电系统瘫痪 的可能 境、安全等诸多选址因素，这种煤 电运一体 性，即 0 。无论 是否等于0 ，均有 化的经营模型使得火 电厂的选址更为灵活 。 一 f ∽ P 脚∽ ， ∽ 5 5结语 即火哇 厂 的成本预算额度增加，其成本 火 电厂选 址 是一 个大 而复 杂 的 问题 ， 预算线向外 移动，见 图1 。 受到多方面条件 的限制 ，涉及 到很 多相关理 P b ． 论，得 具体 问题具体分析。文章 中只从大 ＼ f 围角度研究时空替代效应下便利交通条件口 J ＼ e 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 屯 I＼ 成 本 预 算 缝 厂、运输三者一起 ，实行煤 电运一体化的薪 7 6 ． 2 0 1 2 年 0 2 月第 1 期