平准化成本在核电项目中的应用研究

作者:郑保军 李智勇 陈向婷 张弘 霍建明
单位:中国核电工程有限公司
摘要:基于IAEA和GIF提出的三种计算平准化成本的方法和工具,以国内成熟的压水堆为案例,深入分析计算方法的差异,对比参数输入和指标计算结果,总结各种方法的异同和优缺点。结合国内核电建设现状和经验,给出计算平准化成本需要关注的事项,尤其说明借鉴三种方法时需要关注的输入参数,能够指导相关从业人员根据国内核电现状对计算步骤和参数进行合理设定,起到规范指标计算、使结果更加准确可信的作用。
关键词:平准化成本 INPRO G4ECONS DEEP 核能
作者简介:郑保军,男,生于1985年,河北保定人,高级工程师,主要从事核电厂工程造价及经济分析方面的工作。

1 引言

在核电项目的开发建设中,准确分析和评价经济性是选择核电技术、实施方案和厂址的重要手段。国内核电产业主要采用财务分析方法开展经济性评价,但这一方法与国际通用方法存在差异。

随着我国参与国际核电项目数量的增加、主导性增强,同时小型堆、非电力产品等新的核能研究热点引爆国际核能合作,计算和评价平准化成本逐渐成为行业的新内容,这一指标与国际核能接轨,甚至成为国际上评价电力、小型堆、非电力产品等方面核能系统的经济性的唯一手段。该指标已经成为国内核能行业计算进出口核电项目相关商务工作的关注重点。

与此同时,平准化成本这一概念的初步探索在国内核能产业反复出现,同时业已成为评价风能太阳能等新能源系统经济性的重要指标。然而,由于平准化成本在不同评价方法中都有涉及,国内普遍针对某一方法进行尝试,但对指标的具体计算过程、参数的选择等这些影响计算结果的关键内容却多有忽视。方法的不一致和研究不深入也导致国内核能产业使用指标时甚至忽略了计算过程的合理性、参数适用的准确性,对结果是否正确更加无从判断。

为此,本文针对平准化成本中主要且较普遍的评价方法进行说明,重点是通过计算参数的对比分析说明不同方法在计算假定和模型设立中存在的差异,详细说明不同假定的特点和对结果的影响,这些对具体执行过程的分解是国内建立标准化和规范化、平准化成本计算程序的关键步骤,对立足于国内核电建设经验、现有数据框架和参数定义,合理准确的计算平准化成本十分重要。

2 平准化成本的概念

平准化发电成本是20世纪70年代国际发供电联盟UNIPED专家组提出的,随后在国际上广泛应用。

该成本假定为:在电厂计算寿期内,以此成本作为价格出售电力的收入贴现总额,刚好平衡电厂计算首期内的支出费用贴现总额。该成本在电厂整个寿期内是个常数,考虑了贴现,不包括税收,不是电价,可理解为含利成本。这一概念在相关国际组织提出的方法中其具体情况如下。

2.1 INPRO评估方法

创新型核反应堆和燃料循环国际项目(INPRO,The Inter national Project on In novative Nuclear Reactors and Fuel Cycles)提出从经济性等七个领域对核能系统从基本原则、用户要求、评估准则三个层次逐层开展综合评估。其中,经济性领域的第一个也是最关键的用户要求为核能系统成本应具有竞争力,其评估准则的关键要素为核能和备选能源的成本对比。

为此,INPRO引入平准化单位能源成本(LUEC,Levelized Unit Energy Costs),该指标基于电厂在完整寿期内的相关数据,对所有成本进行贴现计算。INPRO也提出了其他指标,例如财务指标(NPV、IRR、ROI)、总投资等,以满足其他用户要求的评估准则。

2.2 GIF评估方法

第四代核能系统国际论坛(GIF,Generation IV International Forum)设置了四个领域和八个目标,其中经济性领域的两个目标为:与其他能源相比寿期内成本相当,融资风险不高于其他能源,分别以平准化单位能源成本(LUEC,Levelized Unit of Energy Cost,后改称LCOE,Levelized Cost of Electricity)和总投资(TCIC,Total Capital Investment Cost)作为主要衡量对象。

2.3 DEEP经济性评价软件

DEEP(Desalination Economic Evaluation Program)是由IAEA开发的海水淡化经济评估程序。通过选择合理的能源来源和海水淡化技术来构建经济评价框架,适用于以核能和化石能源作为能源的海水淡化系统的经济性评价。DEEP关注的指标是电力和淡水的成本,电力方面为平准化发电成本(LEC,Levelized Electricity Cost),计算基础是年度总成本和年度供电量。

3 平准化成本的计算方法

3.1 INPRO方法的LCOE

计算公式见式(1)。

 

其中:

CIt:第t年的投资类支出;

O&Mt:第t年的运维类支出;

Ft:第t年的燃料类支出;

tSTART:评价起始时间;

tEND:评价截止时期;

Pt:第t年输出电功率;

Lft:第t年的负荷因子;

r:贴现率。

根据支出类别,LCOE可以划分为投资成本、运维成本及燃料成本三部分。

NEST(NESA ECONOMIC SUPPORT TOOL)是基于Excel的分析工具,可以计算INPRO提出的指标,如LUEC、NPV、IRR、ROI等。既可用于核能系统,也可用于备选能源,这些指标将服务于INPRO评估准则,从而评价经济性。

3.2 GIF方法的LUEC

计算公式见式(2)。

 

其中:

Et:第t年的销售电量;

r:贴现率;

It:第t年的投资类支出;

O&Mt:第t年的运维类支出;

FUELt:第t年的燃料类支出。

进一步假定年度销售电量稳定不变,同时将退役成本D&D从投资类支出中单独出来,计算公式可以转变为式(3)。

 

其中,FCR是总投资回收因子,在不考虑相关税收、运营期改造支出等因素的情况下,等同于年值计算。

G4Ecnos是基于Excel的软件包,通过选择核能系统案例或新建案例并完善相关输入参数,自动输出LUEC计算结果,作为衡量四代堆经济性的关键指标。

3.3 DEEP方法的LEC

计算公式见式(4)。

 

其中:

arev:年度电力总成本;

adpr:年度供电量;

alcc:年度投资支出;

adec:年度退役支出;

afc:年度燃料支出;

aom:年度运维支出。

DEEP软件是基于Excel开发,需要复杂的参数输入,可以展示相关界面、输出指标等。

3.4 小结

三种方法下,平准化成本的定义和计算逻辑基本完全一致,差异仅在于GIF和DEEP的LEC指标通过年值计算替代了现值计算,同时GIF和DEEP将退役成本单独处理。

4 案例对比分析

4.1 输入参数

选取国内已经批量建设成熟的压水堆技术案例。由于软件内置的计算程序存在差异,虽然案例各项参数的内核基本完全一致,但输入参数的表现略有差异,见表1。

暂未考虑铀购买、转化、富集和组件制造阶段的损失。

不同软件对退役成本的处理相差过大,此处未进行等值化处理。

不同软件输入的电功率涵义不同,为了保证热功率相同,热效率表现出差异性。

4.2 输出结果

平准化成本相关的计算结果见表2。

4.3 对比分析

对计算结果进行对比分析发现,不同方法的计算结果十分接近,其差异主要体现在:

1)投资成本方面,扣除可以单独计列的退役成本,三个软件投资成本的差异约1.5mills/k Wh。主要原因在于:

建设支出范围不同,DEEP建设支出中包括了首炉燃料费,对应的总投资为122$/KW,产生平准化投资成本为1.13mills/kWh,扣除该项目,DEEP总投资TCIC和平准化投资成本均与GIF差异很小;

建设期资金成本计算不同,INPRO和GIF资金流相同,但GIF计算的建设期资金成本比INPRO低,因为建设期资金成本的计算细节仍有差异。DEEP内置的资金流不可更换,总投资TCIC略低于GIF和INPRO;

年值计算采用的时间点不同,投资成本均是将总投资TCIC进行年值计算,然后除以当年销售电量,但由于时间点定义不同,INPRO现值较高但年值较低,导致投资成本(扣除退役成本)低于GIF和DEEP;

从投资成本计算看,INRPO和GIF方法和范围更加准确合理,同时具备更强的适用性,唯一的问题在于对年值计算时间点的确定。

2)燃料成本方面,DEEP首炉核燃料费用计入了投资支出,燃料成本范围较小,导致燃料成本低1mills k Wh。考虑到这一因素,INPRO和GIF燃料成本略低于DEEP。主要差异在于:

计算方法方面,INPRO和GIF内置燃料前端费用的计算核心,从天然铀采购、转化、浓缩、组件制作四个过程开展计算。后端成本需要直接输入单位重量或发电量的成本。DEEP未内置通过富集度计算燃料单价或费用的步骤,而是简单的输入单位发电量的燃料成本,输出结果不依赖于计算,而依赖于输入参数;

燃料前端成本方面,INPRO和GIF采用相同方法计算首炉核燃料的前端费用或者单价,实际费用水平基本相同,但在计算年值时,INPRO贴现到评价期,GIF平均到评价期,贴现计算所得的首炉燃料成本比平均值计算高出很多,产生了巨大差异;

换料燃料前端成本方面,采用相同方法计算换料的前端费用或者单价,实际费用水平基本相同。在计算每年的燃料费时,INPRO依据负荷因子计算发电量继而计算燃料消耗和费用,GIF通过评价期换料次数计算总费用继而计算年度燃料费用,在计算换料次数时采用1.5年换料一次而与负荷因子无关,这一换料频率明显高于80%负荷因子的需求,因此GIF对年度燃料费用的测算偏高;

表1 不同软件的输入参数   

表1 不同软件的输入参数

注:折现率受加权资金成本的影响,此处简化处理,统一按5%。暂未考虑铀购买、转化、富集和组件制造阶段的损失。不同软件对退役成本的处理相差过大,此处未进行等值化处理。不同软件输入的电功率涵义不同,为了保证热功率相同,热效率表现出差异性。

表2 不同软件的计算结果   

表2 不同软件的计算结果

乏燃料后处理费用方面,三者均简单的通过假定单价的输入实现计算,差异在于度量单位不同。根据国内情况,该成本与电量有线性关系,但从实际情况看,又应与处理的燃料重量和处理要求有关。当前阶段难以测算实际费用,进行这种程度的简化是必要选择;

需要注意的是,INPRO还给出了输入转化、浓缩、组件制作过程损耗因子的接口,更加符合燃料成本计算的要求,甚至可以根据燃料支出早于燃料装载的特点考虑时间价值,更加真实的反映经济性;

从燃料成本计算看,INPRO的计算方法更加准确合理,具备更强的适用性,也便于不会计算燃料费用的人员使用,GIF在计算年度费用时出现了不合理的处理,应予以调整。DEEP没有深入考虑燃料费用的计算,依赖于从业人员的自身能力,且过于简化。

3)运维成本方面,由于采用相同费用水平作为输入,三个评价方法计算结果相同,但输入对象和单位有所差异。INPRO仅输入运营总费用,因此需要在输入时根据负荷因子进行调整,GIF输入可变成本(按电量)和固定成本(按电功率),更加符合实际情况,也便于不同负荷因子使用,DEEP输入单位电量的成本,也需要根据负荷因子计算。

从运维成本计算看,GIF的计算更加合理。

4)退役成本方面,三个评价方法需要以不同单位输入退役费用,INPRO输入的是单位电量退役成本,GIF输入的是评价期末时退役基金的终值总额,DEEP输入的是评价期始时退役基金的现值总额。对退役成本的计算,需要更加深入地研究费用支付情况才能确定。三个方案与国内当前的退役成本都有所差别,相比之下,INPRO方法更加接近国内退役成本的计算方法。

综上所述,三个方法各项成本都有自己的特点,但都不宜直接使用,需要使用者根据需求合理选用方法。三个计算方法中都存在不合理的假定,需要调整一些计算方法的细节才能获得更加准确的结果。需要说明的是,虽然三个方法的程序都是基于Excel编制,可以清晰看到计算步骤,但调整计算程序的细节存在扰乱计算流程和导致结果错误的风险,并不适合一般使用者。

5 计算平准化成本的启示

5.1 几种方法各自指标的同源性

针对能源领域平准化成本的使用,不同国际组织提出了LUEC、LCOE、LCE等指标,这些成本计算的内涵完全相同。计算中在一些计算细节的处理方面存在部分差异,部分方法的计算过程进行了简化,但在一定程度上不影响经济性水平的判断和在一定精度上开展横向对比。

5.2 评价软件和指标计算方法存在差异

各种评价方法都提供了自己的指标计算软件,且基本都是基于Excel开发的半封闭平台,可以直接输入参数进行使用,实现了评价程序的透明化、简便化、开源化,也可以一定程度的调整计算步骤和方法,但后者会有一定操作困难,也容易造成计算错误。

通过Excel的公式逆向梳理和结果对比看,计算的输入参数范围、具体步骤和细节都存在一定差异,导致指标计算结果的差异。这是采用相同参数的案例进行计算,但输出结果存在差异的原因。

同时,INPRO可以计算其他财务指标,输出结果更加丰富,而且通过给定售电价格计算收益率和现值更加符合国内评价习惯做法。

5.3 各个评价方法和软件的缺点

从实践看,通过设定满足输入条件的参数,都可以完成计算,但不同软件又都有自身缺点,体现在对计算过程进行不合理的简化,或者需要使用者输入本应在计算中合并完成的内容。

对于不合理的简化,在不调整计算程序的情况下,可能导致结果丧失一定的准确性,例如GIF在燃料前端费用的处理方面。

对于输入本应通过程序进行计算的内容,这些内容需要使用者自行根据项目具体情况开展初步计算,而且运营参数调整时又需重新计算,这样的设定逻辑不符合建立程序简化计算和方便使用的初衷。各种软件的运维成本输入都存在这样的情况,DEEP则表现的更加严重。

5.4 国内与国外评价方法本质的异同

财务分析是国内经济评价的主要方法,该方法以现金流量表为核心,在内部收益率下现金流入和流出的现值为零,现金流入即销售电量和电价。对于平准化成本,在贴现率下成本和收入的现值为零,收入即销售电量和平准化成本。可见,平准化成本与电价存在相似之处,财务分析方法和平准化成本计算也存在相似之处,差异主要在于:成本支出和现金流出方面、贴现率和收益率方面、税收方面。

成本支出和现金流出方面,换料燃料和运营维护费用发生在运营期,该范围内成本和流出相同,而对于投资,平准化成本均将建设投资支出按年值计算至运营期,而国内财务分析根据建设投资的实际发生时间直接进行贴现。

贴现率和收益率方面,平准化成本的贴现率可以根据加权资金成本确定,该贴现率往往也是计算建设期资金成本的依据。由于不单独计算资本金,建设期资金成本不仅包括借款利息,也包括资本金的资金成本,大于国内建设期财务费用的概念。

税收方面,平准化成本的定义不考虑税收,但部分评价软件给出了考虑税收时的接口,财务分析方法的重要内容之一即为各种税收。

可以认为,两种方法的逻辑并无差异,但由于对具体内容的处理方法不同,导致计算方法和结果都不完全相同,计算的指标代表不同意义,直接进行比较有失偏颇。

5.5 小结

平准化成本的概念合理剔除了各种财务、税收方面差异的影响,真实地反映了不同能源和产品下各种技术方案的经济性,具有很强的实用意义。然而,计算核心的一致性并不能保证计算结果的准确性。

平准化成本的定义公式并不能具体指导和实现指标计算,各种计算需要落地到具体计算步骤,但这一细化过程目前并没有具体要求,抛开具体计算过程讨论指标合理性和特点并不合理。

已经公开的各种评价软件均有自身特点,不同程度的简化处理也导致各自缺点和结果的不准确。

平准化成本中资金流的影响依然很大,需要十分关注,同时,以加权资金成本为代表的体现率可以取为现有财务分析方法中的利率和内部收益率的加权值,但这一方法导致了平准化成本中财务费用的定义和结果与财务分析方法并不相同,应给予充分关注。

6 结语

平准化成本这一概念,对于合理对比不同能源的经济性具有不可替代的作用,也是国内核电走出去时向客户展示经济性和与国际同行对标时的关键要素。同时,随着核能国际合作以及多产品系统的不断推进,平准化成本的使用前景更加广阔。

我们发现,国际组织推荐的评价方法和具体程序不完全适用国内经验,盲目采用各类方法仅仅能够让我们在框架上了解平准化成本这一概念与国内财务分析方法存在的差异。可以明确的是,标准化和程序化计算才是保证分析过程和结果的重要步骤。通过本研究,这一指标的内涵和计算方法得到了阐述和解决,给出了具体指导,开展实际应用给出的结果更加可靠和准确。

实现标准化和程序化的计算需要取长补短,在总结经验的基础上考虑自身现状和需求。在各单位采用该指标时,指标的定义可以采用现有的成熟概念,在具体操作过程中可以更多的参考INPRO程序,但需要根据运维成本和退役成本的实际情况对程序进行合理调整和补充,其他两个方法和程序的不合理因素更多,参考意义不足。

 

参考文献[1] IAEC-TECDOC-1575 Rev.1,Guidance for the Application of an Assessment Methodology for Innovative Nuclear Energy Systems,INPRO Manual-Overview of the Methodology[R].Vienna:IAEA,2008.
[2] IAEA-TECDOC-1575 Rev. 1,Guidance for the Application of an Assessment Methodology for Innovative Nuclear Energy Systems,INPRO Manual-Economics[R]. Vienna:IAEA,2008.
[3] IAEA NUCLEAR ENERGY SERIES NO. NG-T-4.4,INPRO Methodology for SUSTAINABILITY Assessment of Nuclear Energy Systems:Economics[R]. Vienna:IAEA,2014.
[4] GIF/EMWG/2007/004 Revision 4.2,Cost Estimating Guidelines for Generation IV Nuclear Energy Systems[R].The Economic Modeling Working Group of the Generation IV International Forum,September 26,2007.
[5] IEA,NEA,OECD 2015 Edition,Projected Costs of Generating Electricity[R]. 30 September,2015.
[6] IAEA-TECDOC-1524,Status of Nuclear Desalination in IAEA Member States[R]. Vienna:IAEA,January,2007.
[7] GIF/EMWG/2007/005,User’s Manual for G4-ECONS Version 2.0 A Generic Excel-based Model for Computation of the Projected Levelized Unit Electricity Cost(LUEC)and/or Levelized non-Electricity Unit Product Cost(LUPC)from Generation IV Systems[R]. October 25,2007
[8] COMPUTER MANUAL SERIES No. 19,Desalination Economic Evaluation Program(DEEP-3.0)User’s Manual[R].Vienna:IAEA,2006.
[9] 财综[2010]58号《,核电站乏燃料处理处置基金征收使用管理暂行办法》[S].
[10] NB/T 20048-2011,《核电厂建设项目经济评价方法》[S].
[11]赵宏.核电成本具备竞争力[J].国外核新闻,2015(9):1-2.
[12]范琳华.基于精益化模式的核电制造项目成本管理[D].杭州:浙江大学,2017.
Applied Research of Levelized Cost in Nuclear Power Project
ZHENG Baojun LI Zhiyong CHEN Xiangting ZHANG Hong HUO Jianming
(China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd)
Abstract: Based on the three methods and tools proposed by IAEA and GIF to calculate the levelized cost,taking domestic mature PWR as an example,this paper analyzes the differences of calculation methods,compares parameter input and index calculation results,and summarizes the similarities,differences,advantages and disadvantages of various methods. The research combines the current situation and experience of domestic nuclear power construction,and gives the matters needing attention when calculating the levelized cost,especially the input parameters needing attention when using the three methods for reference,which can guide the relevant practitioners to reasonably set the calculation steps and parameters according to the current situation of domestic nuclear power,and play a role in standardizing the index calculation and making the results more accurate and credible.
Keywords: LUEC; INPRO; G4ECONS; DEEP; nuclear power
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