煤電一體化下時空替代效應與火電廠選址決策關系的研究

楊 超

(華北電力設計院工程有限公司，北京 100120)

電力和煤炭是中國能源產業的兩大行業，是國民經濟中不可或缺的產業。近年來隨著煤電之爭的愈演愈烈，“電煤一體化”這一新型經營模式突現出來。煤炭行業加快建設坑口電廠；而電力行業搶占煤炭資源，建設開發煤礦。在我國的電力結構中，火電廠占據著絕對的主導地位，可以說煤電不可分割。但是近年來隨著電煤供應矛盾突出，產能、運能跟不上，電煤供應問題亟待解決。

在電煤供應上，火電廠與煤炭供應商之間是直接通過簽訂購買合同來滿足煤炭供應量，一般地，火電廠會建立儲煤中心保證電煤的持續供應。盡管已經成功簽訂煤炭購買合約，但是由于火電廠地理位置的原因，煤炭運輸量往往達不到要求。煤炭的運輸瓶頸這在一定程度上造成電煤供應危機，此時決策者如何合理進行火電廠選址決策是本文研究的一個重點。本文主要針對火電廠在選址時如何在交通運輸的影響下進行決策來展開分析。

1 文獻回顧

火電廠儲煤中心選址是一項十分復雜的工程，它與企業利益、國民經濟、生態環境等息息相關。在選址時所要考慮的各方面因素很多，定性與定量因素的交織使得選址決策難度加大，而目前人們對火電廠儲煤中心選址(盧攀，劉澤劍，2009)這一綜合評價問題做了很多研究，提出了如模糊綜合分析法、層次分析法、主層次分析法、專家咨詢法(曲曉平，2007)等，這些研究方法主要體現在憑借簡單的技術條件與經濟條件的比較來對火電廠廠址的評價和決策。火電廠選址作為一項較大的復雜工程，不是簡單一個模型就能完好地解決這一問題，適當發展一些新的理論運用到實際工程中，這對火電廠今后的發展能起到指導性作用。

在選址決策上，楊超，葉蜀君(1996)曾提出利用時空替代效應來分析快速交通線在城市空間資源分配上對家庭選址所產生的間接效益，為居民進行居住選址提供了一個創新的思路。文中從時空替代的角度通過模型分析了城市快速交通下，居民在選址時其選址范圍會擴大，即擴大了城市活動空間，不僅節約居民住房成本，更在一定程度上為工商業者提供更經濟的土地和勞動力等生產要素。從中可以看出，便利的交通在一定程度上會影響居民的選址決策。毫無疑問，火電廠在選址時，當地的交通運輸狀況是管理者必須考慮的一個問題。

2 火電廠選址現狀簡介

廠址選擇是基本建設的重要環節，受到政治、經濟、技術等諸多方面的約束，其內容比較廣泛，一般具有如下特點：全面性、政策性、長遠性、不可移動性和綜合性等。火電廠在選址，落實建廠條件時輸電方案和運煤方案是兩大要素，其中運煤方案中包含鐵路、水路、公路和管道，通過衡量運輸方案的最大運能和流量來確定最佳運煤方案，以保證電煤的供應。特別是在出現“電荒”現象下，選擇合適的廠址和運煤方案，滿足電煤和電的供應和運輸尤為重要。

通過研究發現，每年出現“電荒”的主要原因有：全國用電增長、水力發電廠乏力、煤炭源供應緊缺、運煤渠道運力不足，其中，主要是運力與煤炭資源配置有問題。我國的鐵路運輸系統中所有的主動脈幾乎都在超負荷的運作，其運輸能力已經接近巔峰，在面臨每年將15億t～20億t電煤從中西部基地運往全國各地的火電廠，需要新建大量的高水平專業輸送鐵路，或者配套的港口碼頭、運輸團隊，據此在2020年以前我國大概需要15～20條像“大秦鐵路”和“秦皇島煤碼頭”來滿足才能保證電煤供應。顯然，安置這些設施難度非常大，可行性小。

大力發展“煤電一體化”戰略雖然從理論上可以緩解運輸瓶頸，但是要選擇即符合火電廠選址又能滿足煤炭供應的合適地理位置也是決策者一大難題。此時如何選址決策才能有效緩解電煤供應瓶頸問題是本文要研究的關鍵點。

3 時空替代效應

在分析替代效應時，以生產要素替代為例。生產者在配置生產要素時，當某一種生產要素的價格上升時，為了達到有效配置，生產者會調整其生產方案，以便宜的生產要素替代較昂貴的生產要素。通過生產要素之間的替代，達到以最小的成本生產出相同的產品的效果。其同樣運用于消費者購買行為上，道理相同。

本文研究的時空替代，指的是通過將廠址選在交通便利的地方，節約運輸電煤的時間，使得原先由于選址不當造成運輸擁堵、運能跟不上電煤需求的現象得到緩解，從而使得火電廠可以擴大選址范圍，不需要依賴于煤礦的位置來建廠，同時靠近城鎮，降低輸電成本。在時空替代效應下，火電廠選址可以產生兩種效果：一是火電廠可以不僅節約電煤運輸時間，緩解電煤運輸瓶頸，同時可以節約運輸成本；二是煤電一體化型火電廠的選址活動范圍擴大，“電煤一體化”不必局限于火電廠必須同煤礦綁定。這種時空替代效應，正是火電廠在選址時需要考慮的重要因素。

4 引入時空替代的選址模型構建

4.1 相關變量的解釋

時間作為一種特殊的資源，其同樣具有價值，在本文中，該時間指的是交通—物流時間(榮朝和，2011)。其價值即指在電煤在運輸過程中由于時間的節省或延誤而可能導致的火電廠機會收入或損失。通過選擇交通便利的廠址，節約運煤時間，縮短時間距離(用時間來表示的距離)。就像克服空間距離一樣，縮短時間距離也具有成本。火電廠選址時的時空替代效應是建立在便利運輸線效益和縮短時間距離成本的比較基礎之上的。

本文中提到的縮短時間距離成本指的是將廠址建在交通便利的地方，那么土地征用費用也會相應提高，同時社會對污染物治理的要求也更加嚴格，這樣火電廠也相應增加了治污成本。我們假設煤礦在較偏遠的地方，而火電廠的選址越遠離煤礦，那么其土地征用費用越高，輸電成本越低，運煤費用也越高，所花費時間越長，時間損失越大。設該距離為d，則土地使用費為r(d)，輸電成本為e(d)，運煤費用m(d)，運煤時間損失t(d)。

4.2 時空替代選址模型構建

(1)火電廠的成本預算模式解釋

本文假設有一個火電廠A和煤礦B，火電廠發電后將電能輸送到C地，A和C的距離固定為D，A與B的距離為d。

為簡化起見，不考慮其他成本影響，設火電廠的收入為Y，那么火電廠的預算模式為：

為了更好的分析火電廠選址問題，本文對上式成立有如下假設：火電廠的土地征用費與同煤礦的距離d成正比，輸電成本與d成反比，電煤運輸費與d成正比。用一個極端的例子來說，假設d1為D，即火電廠選在C地，這時r(d1)最大，輸電費用為r(D-d1)最小，運煤費用m(d1)最大，運煤途中耗費4h；如果此時火電廠A、煤礦B之間修建了快速路，途中時間縮短了1h，而且假設運煤費用不變，仍為m(d1)，這樣火電廠就可能節約時間，擴大運煤量，緩解電煤運輸瓶頸，增加機會收入，從而可以提高產能，追求更高的效用。

在經濟學中，當生產者用一種生產要素替代另外一種生產要素可以增加產量時，生產者會改變其生產方案，同樣此時火電廠可以重新選址決策。將時間節省引入(1)式子后可得火電廠的成本預算模式(即分配到輸電成本和運輸成本的部分)：

式(2)中的Y表示火電廠的收入總額，Yt表示因為時間節省而增加的收入或者減少的機會損失。可將Y+Yt- t(d)看做一個整體，記為Yc，表示成本預算額度。那么機會成本化的預算線可表示為：

其中，A、B分別表示輸電成本、運輸成本同土地租用費用的實際配額，PA、PB分別表示上述兩者所分配到那部分資金的單位機會成本。由于在單位時間內，總預算額度Yc不變。

(2)火電廠的效用曲線解釋

接著本文分析火電廠的效用函數。由于這種效益和成本的衡量比較復雜，本文用效用函數Ud來衡量。效用曲線等價于消費者行為理論中的無差異曲線，它代表了能帶給經濟主體相同滿意度的所有商品或服務的組合，同時它也表示經濟主體為了獲得一種商品而愿意放棄的另外一種商品或服務的數量。在本文中，效用曲線代表了能給火電廠帶來相同滿意度的輸電成本同運煤費用和土地使用費的組合。兩部分并不是完全替代的關系，在不考慮效用曲線位置的前提下，影響其形狀的具體因素有：一是“輸電成本”資金和“運輸費用+土地使用費”資金的效益，也可以從這些資金的機會成本得到體現；二是運煤時間損失，該運煤時間損失指的是在運送電煤過程中損耗的時間成本(如：由于供煤不及時而造成的機會損失)。

效用函數(用來表示無差異曲線)及其影響因素之間的關系可表示如下：

公式(4)具有如下含義：火電廠的總效用的改變可以通過改變d繼而改變輸電成本、運輸費用和土地使用費，或者改變時間損失等要素來實現。

(3)時空替代效應下火電廠選址決策分析

由(1)、(2)做比較可以看出，由于交通條件變好，火電廠在運送電煤時可以縮短時間距離，這不僅減少了運輸時間，同時也降低了因電煤運輸瓶頸造成的機會損失，即t(d)減少，那么由于供煤及時以及節約時間，火電廠因此可以增加額外收益，如減少因電煤無法供應而造成供電系統癱瘓的可能性，即Yt>=0。無論Yt是否等于0，均有：

即火電廠的成本預算額度增加，其成本預算線向外移動，見圖1。

圖1 火電廠選址決策圖

在交通條件未變好時，火電廠的成本預算線與效用曲線U相切于A點，此時火電廠與煤礦的距離為d。當改善交通運輸條件后，成本預算額度增加，預算線向外移動，與新的效用曲線相切于平衡點B，火電廠與煤礦的距離增大，變為d'。這說明在煤電一體化戰略下，火電廠廠址即使選在稍微遠離煤礦的地方，同樣可以達到煤電一體化的效果。

以上分析可看出，運輸時間的節約，可以擴大電廠的選址范圍。

4.3 結論

便利的交通條件給火電廠帶來的選址決策變化，使得火電廠在選址范圍上得以擴大。通過這個例子我們可以將研究范圍推廣到目前的“煤電一體化”戰略中去，煤電一體化指的是火電廠在經營火力發電產業時，同時經營煤礦，煤礦產出的煤炭直接供給電廠發電，節省了運輸成本和采購工作。那么在考慮時空替代效應下，在交通便利的地區煤電一體化類型火電廠的選址范圍更廣，可以不需依附于煤礦而建，同時考慮水源、環境、安全等諸多選址因素，這種煤電運一體化的經營模型使得火電廠的選址更為靈活。

5 結語

火電廠選址是一個大而復雜的問題，受到多方面條件的限制，涉及到很多相關理論，得具體問題具體分析。文章中只從大范圍角度研究時空替代效應下便利交通條件可以擴大選址范圍，即考慮運輸因素在火電廠廠址選擇過程中，提出了結合煤礦、火電廠、運輸三者一起，實行煤電運一體化的新型經營模式。目前火電廠在選址時，一般都是遠離大中城市，在地理位置較為偏遠、交通不便利的地區，特別是中國西部，這對電煤運輸和輸送電網是一個嚴峻的考驗。在認識到時空替代效應后，擺脫依附煤礦身側的禁錮，選擇交通較為便利的地方設廠，同樣可以達到煤電一體化運營緩解電煤輸送緊張的現象，降低其在選址時的局限性。

[1]盧攀，劉澤劍.建立儲煤中心的KPCA-SVRM 選址模型研究[J].電力科學與工程，2009，25(5).

[2]曲曉平.基于模糊層次分析法的火電廠選址研究與應用[D].北京：華北電力大學，2007.

[3]楊超，葉蜀君.快速交通時空替代效應與居住選址決策[J].交通世界，1996，(3).

[4]榮朝和.2011交通—物流時間價值及其在經濟時空分析中的作用[J].經濟研究，2011，(8).

[5]張忠根，崔寶玉.扶貧資金漏出問題研究：基于消費者行為理論[J].江南大學學報，2007，6(4).