基于環(huán)境生產(chǎn)效率的核電與火電比較分析

鄒 旸

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基于環(huán)境生產(chǎn)效率的核電與火電比較分析

鄒 旸

（中國(guó)核工業(yè)建設(shè)集團(tuán)公司科技與信息化部，北京 100083）

如果考慮環(huán)境成本（碳排放）對(duì)電力生產(chǎn)的影響，核電均比火電具有生產(chǎn)效率方面的優(yōu)勢(shì)，也說(shuō)明大力發(fā)展核電對(duì)節(jié)能減排、建設(shè)生態(tài)文明具有重要的促進(jìn)作用。從比較分析法看，不管是核電還是火電，其生產(chǎn)效率雖然在不同的時(shí)間階段略有波動(dòng)，但隨著時(shí)間變化，核電與火電的效率差距在增大，說(shuō)明核電的生產(chǎn)效率改善程度要高于火電。在影響因素分析方面，企業(yè)規(guī)模和企業(yè)年齡有助于促進(jìn)核電與火電企業(yè)的生產(chǎn)效率。

環(huán)境生產(chǎn)效率；核電；火電

目前我國(guó)的電力結(jié)構(gòu)以火電為主，而火力發(fā)電中以燃煤發(fā)電為主，煤炭燃燒產(chǎn)生的污染氣體和煙塵給環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力。隨著生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，傳統(tǒng)的電力結(jié)構(gòu)生產(chǎn)成本將會(huì)逐漸增加，因此需要調(diào)整我國(guó)電力結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率、降低成本提高盈利。核能發(fā)電不會(huì)排放加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳，也不產(chǎn)生化石燃料（煤、石油、天然氣）發(fā)電排放的巨量污染物質(zhì)，是目前唯一能夠大規(guī)模替代化石燃料的清潔能源；發(fā)展核能對(duì)于我國(guó)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、減少碳排放具有重要作用。[1]

因此，本文從環(huán)境保護(hù)的角度，比較分析我國(guó)核電與火電生產(chǎn)效率的變化趨勢(shì)、影響因素及其作用機(jī)制，可以為核電建設(shè)政策提供基礎(chǔ)，為我國(guó)高效發(fā)展核電提供科學(xué)依據(jù)。

一、文獻(xiàn)綜述

對(duì)電力行業(yè)相關(guān)效率方面進(jìn)行的研究主要有兩種方法，一種是運(yùn)用計(jì)量回歸方法，如學(xué)者Li MingJia等將多元回歸模型和廣義自回歸模型相結(jié)合形成（GARCH）模型，與矢量自回歸（VAR）模型進(jìn)行比較，分析我國(guó)火電廠的能量消耗效率。研究結(jié)果表明，新的分析模型不僅能夠在無(wú)人工干預(yù)的情況下估計(jì)能效指標(biāo)，而且還能分析變量的短期波動(dòng)性。[2-3]

另一種是基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA），Lam和Shiu最先使用DEA模型分析中國(guó)火電產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率，研究發(fā)現(xiàn)裝機(jī)容量和燃料效率對(duì)火電生產(chǎn)效率影響較大。[4]F?re等等將發(fā)電站生產(chǎn)效率分解為純技術(shù)效率、投入擁擠和規(guī)模效率，之后又提出了用Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)來(lái)衡量電力生產(chǎn)績(jī)效的模型，將生產(chǎn)率變化分解為技術(shù)進(jìn)步和效率提高。[5-6]Wang應(yīng)用DEA評(píng)估中國(guó)30個(gè)省區(qū)2006-2010年電力廠的發(fā)電效率。[7]趙玉玉從總效率、技術(shù)效率和規(guī)模效率等方面研究我國(guó)部分省份的電力生產(chǎn)效率，采用DEA模型分析規(guī)模收益和不同投入產(chǎn)出下的生產(chǎn)效率。[8]滕飛、吳宗鑫使用1991年中國(guó)燃煤電廠廠級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，結(jié)果顯示燃料使用不夠徹底、使用效率低是生產(chǎn)效率低的主要原因。[9]Vencheh等使用DEA模型研究了我國(guó)火電行業(yè)生產(chǎn)效率。[10]

隨著DEA分析法在電力生產(chǎn)效率中的運(yùn)用，該方法不斷被改進(jìn)并用于更加深入的研究，吳延兵[11]采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析和隨機(jī)前沿分析方法，測(cè)算我國(guó)部分地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)效率并進(jìn)行分析。解百臣、吳育華[12]等學(xué)者對(duì)SE-DEA模型進(jìn)行了重新定義，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)DEA方法不能進(jìn)行有效決策單元比較的情況，實(shí)現(xiàn)所有決策單元的評(píng)價(jià)和排列。現(xiàn)有文獻(xiàn)中少有關(guān)于核電生產(chǎn)效率的研究，因此對(duì)電力行業(yè)中核電生產(chǎn)效率的研究對(duì)完善研究電力行業(yè)效率有著重要的意義。

二、模型與數(shù)據(jù)

（一）模型

為了探索基于環(huán)保視角下我國(guó)核電與火電的生產(chǎn)效率問題，我們將在環(huán)境DEA技術(shù)模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建碳排放約束條件下的電力生產(chǎn)效率模型，將非期望產(chǎn)出（碳排放）變量融入傳統(tǒng)DEA模型中。模型構(gòu)建如下所示：

對(duì)于每一個(gè)電力生產(chǎn)企業(yè)DMU（=1, 2, …, n），都有個(gè)投入向量，個(gè)期望產(chǎn)出向量，和個(gè)非期望產(chǎn)出向量，式中，T表示向量的轉(zhuǎn)置，三個(gè)向量都大于零表示電力生產(chǎn)中的投入和產(chǎn)出不可能為負(fù)數(shù)?；凇芭晾弁?庫(kù)普曼斯準(zhǔn)則（Pareto-Koopmanscriterion）”，[13]第k個(gè)電力生產(chǎn)企業(yè)DMUk的生產(chǎn)效率模型可表示為：

上式意味著針對(duì)每一個(gè)電力生產(chǎn)企業(yè)DMU，其生產(chǎn)效率值等于1減去其非效率部分。

（二）數(shù)據(jù)說(shuō)明

考慮到數(shù)據(jù)的完整性和一致性，本文選用2013至2015年我國(guó)8個(gè)主要核電廠與14個(gè)火力發(fā)電企業(yè)層面數(shù)據(jù)，對(duì)我國(guó)核電與火電的生產(chǎn)效率進(jìn)行定量化比較分析。其中位于東部地區(qū)的火電企業(yè)7個(gè)，中部地區(qū)4個(gè)，西部地區(qū)3個(gè)。

核電企業(yè)數(shù)據(jù)均來(lái)自核能行業(yè)協(xié)會(huì)，火電企業(yè)數(shù)據(jù)來(lái)自上海證券交易所和深圳證券交易所公布的上市電力企業(yè)年報(bào)。所用的變量包括兩方面，一方面是產(chǎn)出變量，另一方面是投入變量，具體說(shuō)明如下：

1. 產(chǎn)出變量

1）期望產(chǎn)出（）。用年度發(fā)電量表示期望產(chǎn)出變量，單位為億千瓦·小時(shí)。

2）非期望產(chǎn)出（）。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)和已有文獻(xiàn)的方法，用CO2排放量來(lái)表示非期望產(chǎn)出，由于核電生產(chǎn)過(guò)程中不排放CO2，因此，非期望產(chǎn)出只針對(duì)火電。由于現(xiàn)有數(shù)據(jù)中沒有報(bào)告各企業(yè)的CO2排放量，本文根據(jù)《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》提供的一組缺省排放因子用于排放估算。公式如下：

式(3)中，分別表示能源的消耗量、凈發(fā)熱值、缺省因子和碳氧化因子，其中，1。

2. 投入變量

1）能源投入（）。根據(jù)核能行業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，我們不能獲得核燃料的使用量，但可知道根據(jù)電熱當(dāng)量計(jì)算法計(jì)算出核電企業(yè)能源消費(fèi)總量，單位為“萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤”。這樣的數(shù)據(jù)選擇也為核電與火電的比較提供了相同的標(biāo)準(zhǔn)。

2）裝機(jī)容量（）。裝機(jī)容量是指電力企業(yè)實(shí)際安裝的發(fā)電機(jī)組額定有效功率的總和。已有研究中，POLLITT[14]和王東[15]沒有使用資本投入變量，而是用裝機(jī)容量作為電力生產(chǎn)的投入變量。理論上，一個(gè)發(fā)電廠的裝機(jī)容量與固定投資成正比關(guān)系，裝機(jī)容量越大的電廠的固定投資就越多，從而形成的資本投入就越大。本文選用裝機(jī)容量作為資本投入的代理變量進(jìn)行實(shí)證分析。

3）勞動(dòng)投入（）。勞動(dòng)投入一般指實(shí)際投入電力生產(chǎn)的有效勞動(dòng)量。本文在現(xiàn)有數(shù)據(jù)條件下，選擇“在崗員工數(shù)量”來(lái)衡量勞動(dòng)投入，單位為人。投入和產(chǎn)出指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 核電與火電企業(yè)投入—產(chǎn)出變量描述性統(tǒng)計(jì)

四、實(shí)證結(jié)果

根據(jù)上述比較分析思路，我們對(duì)分析的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明和比較。

（一）碳排放約束下核電與火電企業(yè)生產(chǎn)效率比較

本文利用我國(guó)核電與火電企業(yè)投出－產(chǎn)出數(shù)據(jù)，基于環(huán)境DEA技術(shù)的電力生產(chǎn)效率模型，使用DEA-solver pro8.0軟件，獲得碳排放約束下核電與火電企業(yè)生產(chǎn)效率值。

由表2可以明顯看出，在考慮CO2排放約束的條件下，核電企業(yè)的全要素生產(chǎn)效率均明顯高于火電企業(yè)，如圖1所示。這個(gè)結(jié)果與理論預(yù)期一致，由于核電沒有產(chǎn)生CO2非期望產(chǎn)出，在使用基于環(huán)境DEA技術(shù)的電力生產(chǎn)效率高于火電企業(yè)，見圖1。

表2　碳排放約束下核電與火電企業(yè)生產(chǎn)效率值

這個(gè)結(jié)果與理論預(yù)期一致，由于核電沒有產(chǎn)生CO2非期望產(chǎn)出，在使用基于環(huán)境DEA技術(shù)的電力生產(chǎn)效率評(píng)價(jià)模型中，對(duì)生產(chǎn)目標(biāo)函數(shù)的約束減弱，因此在理論上將得到較高的生產(chǎn)效率值。同時(shí)，這樣的結(jié)果也與現(xiàn)實(shí)相符，處于安全的考慮，核電在初期投資比較大，也就是說(shuō)形成的資本比較多，但核電在運(yùn)行的過(guò)程中，所需的單位燃料成本遠(yuǎn)小于火電，如前文所述，100萬(wàn)千萬(wàn)的核電站每年只需30 t核燃料；而100萬(wàn)kw的火電則需要300萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生600萬(wàn)t的CO2。

圖1 核電與火電生產(chǎn)效率比較

從發(fā)展角度看，從2013至2015年，核電與火電的生產(chǎn)效率均有所提升，其中，2013至2014年增長(zhǎng)較大，而2014至2015年的效率增加值不大（見圖2）。尤其針對(duì)火電企業(yè)而言，生產(chǎn)效率還略有下降。這與我國(guó)火電行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是一致的，即火電發(fā)電設(shè)備利用率降低可能是引起火電企業(yè)全要素生產(chǎn)效率降低的原因。據(jù)《中國(guó)電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2016》，受電力消費(fèi)需求下降、火電裝機(jī)機(jī)組增長(zhǎng)過(guò)快等因素影響，2015年我國(guó)火電發(fā)電設(shè)備利用率大幅下降，火電發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)降至1969年的最低值4 329 h。

圖2 核電與火電生產(chǎn)效率變化趨勢(shì)（2013-2015）

從企業(yè)層面來(lái)看，核電企業(yè)中的嶺澳核電與寧德核電的效率值最高，而田灣核電的生產(chǎn)效率值位居末尾。當(dāng)然，核電企業(yè)的生產(chǎn)效率受到規(guī)模、技術(shù)、年限、管理體制等多種因素的影響，如果從管理體制方面考慮，嶺澳核電與寧德核電的控股方為中國(guó)廣核集團(tuán)，而田灣、秦山核電的控股方為中核集團(tuán)，因此不同的管理體制可能會(huì)對(duì)核電企業(yè)的生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響。在火電企業(yè)中，粵電力、國(guó)投電力的生產(chǎn)效率值最高（均值分別為0.972和0.975），而華銀電力的生產(chǎn)效率值最低（均值為0.660）。

（二）與傳統(tǒng)DEA框架下的生產(chǎn)效率指標(biāo)對(duì)比

由于本文主要是為了對(duì)比碳排放約束下核電與火電的生產(chǎn)效率，這是建立在全要素生產(chǎn)率理論框架下的實(shí)證分析。為了明確碳排放約束對(duì)核電與火電生產(chǎn)效率產(chǎn)生的影響，這里需要對(duì)比分析有無(wú)碳排放約束條件下的結(jié)果。無(wú)碳排放約束的生產(chǎn)效率就是使用傳統(tǒng)DEA模型獲得的結(jié)果，即利用本文所用過(guò)的核電與火電企業(yè)數(shù)據(jù)，使用公式1獲得各企業(yè)的生產(chǎn)效率值。同樣，核電與火電企業(yè)的生產(chǎn)效率值通過(guò)使用DEA-solver pro8.0軟件獲得。結(jié)果如表3所示。

表3 環(huán)境DEA與傳統(tǒng)DEA框架下生產(chǎn)效率比較

注：“環(huán)境DEA”中結(jié)果即為表2中結(jié)果，“傳統(tǒng)DEA”中結(jié)果即沒考慮二氧化碳排放條件下，使用傳統(tǒng)DEA模型得到的效率值。

從表3中的結(jié)果可以看出，在不考慮二氧化碳排放的條件下，火電企業(yè)的生產(chǎn)效率平均值為0.835，核電企業(yè)的生產(chǎn)效率平均值為0.833，表明火電企業(yè)的生產(chǎn)效率略高于核電企業(yè)的生產(chǎn)效率。其中，在2013年和2014年，火電企業(yè)的生產(chǎn)效率高于核電企業(yè)，而在2015年，核電企業(yè)的生產(chǎn)效率高于火電企業(yè)。這個(gè)結(jié)果與前面的結(jié)果一致，2015年火電行業(yè)由于需求不足導(dǎo)致設(shè)備利用率創(chuàng)新低水平。

通過(guò)對(duì)比“環(huán)境DEA”指標(biāo)和“傳統(tǒng)DEA”指標(biāo)可看出：在不考慮CO2排放下，火電企業(yè)的生產(chǎn)效率略高于核電企業(yè)，但將二氧化碳排放作為非期望產(chǎn)出考慮后（“環(huán)境DEA”指標(biāo)），核電企業(yè)的生產(chǎn)效率明顯高于火電企業(yè)。這是由于傳統(tǒng)的全要素生產(chǎn)率指標(biāo)沒有考慮對(duì)環(huán)境污染的成本，僅從投入角度而言，火電企業(yè)在生產(chǎn)效率方面比核電企業(yè)略有優(yōu)勢(shì)，但考慮環(huán)境成本，核電企業(yè)具有更高的效率值。由此可知，在建設(shè)生態(tài)文明的背景下，大力發(fā)展核電，同時(shí)大力減少火電的減排能力具有重要意義。

（三）我國(guó)核電與火電生產(chǎn)效率影響因素

通過(guò)上述分析我們已經(jīng)了解了核電與火電企業(yè)具有生產(chǎn)效率上的差異。但那些因素對(duì)核電與火電企業(yè)的生產(chǎn)效率具有什么樣的影響呢？由于核電與火電生產(chǎn)效率值在0至1之間，在計(jì)量分析時(shí)，因變量屬于受限變量。因此，采用Tobit模型進(jìn)行核電與火電的影響因素分析是合適的。生產(chǎn)效率的影響因素很多，我們根據(jù)核電與火電的特點(diǎn)以及能夠獲得的數(shù)據(jù)，主要探討企業(yè)年齡、企業(yè)規(guī)模、所在區(qū)域、設(shè)備利用率等因素對(duì)生產(chǎn)效率的影響生產(chǎn)效率影響因素模型可具體化為：

式(4)中：1t表示企業(yè)年齡，理論上，隨著年齡的增長(zhǎng)，企業(yè)技術(shù)水平、管理經(jīng)驗(yàn)、生產(chǎn)運(yùn)作能力均有提高，從而促進(jìn)生產(chǎn)效率提高；但另一方面，隨著企業(yè)年齡進(jìn)一步增加，管理機(jī)制可能存在僵硬老化趨勢(shì)，從而對(duì)生產(chǎn)效率產(chǎn)生負(fù)面影響。2t表示企業(yè)規(guī)模，電力行業(yè)的企業(yè)規(guī)模一般用裝機(jī)容量來(lái)衡量，考慮核電與火電建設(shè)上的差異性，我們同時(shí)用資產(chǎn)總量作為備用變量。3t表示所在區(qū)域，由于我國(guó)各省經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，使用區(qū)域變量主要為探討區(qū)域環(huán)境對(duì)生產(chǎn)效率的影響，區(qū)域變量采取東、中、西虛擬變量。4t表示發(fā)電設(shè)備利用率，可以從最基本的層面反映核電生產(chǎn)情況。是待求的系數(shù)，為誤差項(xiàng)。數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 核電與火電企業(yè)生產(chǎn)效率影響因素變量描述性統(tǒng)計(jì)

基于Tobit模型，使用核電與火電企業(yè)數(shù)據(jù)，以生產(chǎn)效率值作為因變量，用企業(yè)年齡、企業(yè)規(guī)模、所在區(qū)域、設(shè)備利用率等因素進(jìn)行回歸，得到結(jié)果如表5所示。

表5 核電與火電企業(yè)生產(chǎn)效率影響因素變量Tobit回歸結(jié)果

注：括號(hào)內(nèi)是標(biāo)準(zhǔn)差，顯著性水平：*< 0.1,**< 0.05,***< 0.01

企業(yè)年齡和企業(yè)規(guī)模均對(duì)電力生產(chǎn)效率呈正向影響關(guān)系，且企業(yè)年齡在5%的顯著性水平上有效，不管是用資產(chǎn)總量還是用裝機(jī)容量來(lái)衡量企業(yè)規(guī)模，企業(yè)規(guī)模在1%的顯著性水平上有效。從而說(shuō)明對(duì)于核電和火電企業(yè)，時(shí)間越長(zhǎng)的企業(yè)生產(chǎn)效率高，規(guī)模越大的企業(yè)生產(chǎn)效率越高，這與我們的預(yù)想一致。區(qū)域虛擬變量（4）的定義是：如果是沿海地區(qū)則為0，內(nèi)陸地區(qū)則為1。由于區(qū)域虛擬變量（4）的系數(shù)為負(fù)，說(shuō)明東部沿海地區(qū)核電與火電企業(yè)的生產(chǎn)效率高于西部地區(qū)，但是該系數(shù)在10%的水平上都不顯著，因此地域分布對(duì)核電與火電生產(chǎn)效率的影響不明顯。行業(yè)虛擬變量的系數(shù)為負(fù)，且在1%的顯著性水平上有效，說(shuō)明在碳排放約束條件下，核電企業(yè)比火電企業(yè)有明顯的效率優(yōu)勢(shì)。這與前面的比較分析結(jié)果一致。

本文通過(guò)調(diào)研收集核電企業(yè)和火電企業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，基于DEA和環(huán)境DEA模型對(duì)我國(guó)的電力生產(chǎn)效率進(jìn)行分析。選取發(fā)電量為期望產(chǎn)出變量，資本、能源、人力為投入指標(biāo)變量，分析有無(wú)碳排放約束情況下的電力生產(chǎn)效率。使用Tobit模型，從微觀層面分析企業(yè)年齡、企業(yè)規(guī)模、所在區(qū)域、設(shè)備利用率等因素對(duì)核電與火電企業(yè)生產(chǎn)效率的影響作用。得出如下結(jié)論：

橫向比較，在不考慮二氧化碳排放下，火電的生產(chǎn)效率高于核電，但將二氧化碳排放作為非期望產(chǎn)出進(jìn)行考慮后，核電生產(chǎn)效率明顯高于火電。這與前面通過(guò)微觀分析得出的結(jié)論一致，由此證實(shí)：如果考慮環(huán)境成本（碳排放）對(duì)電力生產(chǎn)的影響，核電均比火電具有生產(chǎn)效率方面的優(yōu)勢(shì)，也說(shuō)明大力發(fā)展核電對(duì)節(jié)能減排、建設(shè)生態(tài)文明具有重要促進(jìn)作用。

縱向分析，不管是核電還是火電，其生產(chǎn)效率雖然在不同的時(shí)間階段略有波動(dòng)，但均呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)。但隨著時(shí)間變化，核電與火電的效率差距在增大，說(shuō)明核電的生產(chǎn)效率改善程度要高于火電。因此，在生態(tài)文明建設(shè)的背景下，節(jié)能減排、提高效率是關(guān)鍵，那么大力發(fā)展核電行業(yè)對(duì)于生態(tài)文明建設(shè)具有正向的促進(jìn)作用。

影響因素分析，對(duì)于核電和火電企業(yè)，時(shí)間越長(zhǎng)的企業(yè)生產(chǎn)效率高，規(guī)模越大的企業(yè)生產(chǎn)效率越高，而區(qū)域變量的影響沒能反映出對(duì)核電和火電企業(yè)生產(chǎn)效率的影響。

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（責(zé)任編校：彭 萍）

Comparative Analysis of Nuclear and Thermal Power Based on the Method of Environmental Production Efficiency

ZOU Yang

（China Nuclear E&C Group, Beijing 100083, China）

Nuclear power has productive efficiency advantage than that of thermal power if the environmental cost (carbon emissions) is considered. This suggests that the nuclear power should be developed to reduce the emission of CO2and promote the construction of ecological civilization. According to the comparative results, it is found that the productive efficiency of nuclear and thermal power fluctuated in different periods, but efficiency gap between nuclear and thermal power increased over time. The productive efficiency improvement of nuclear power is better than that of thermal power. On theanalysis of influence factor the scale and the age of enterprises has positive effect on the improvement of the productive efficiency of both nuclear power and thermal power.

Environmental production efficiency; Nuclear power; Thermal power

F 416.2

A

10.3969/j. issn. 2096-059X.2017.03.005

2096-059X(2017)03–0026–06

2017-03-12

國(guó)家自然科學(xué)基金（71540011）

鄒旸（1984-），男，湖南醴陵人，工程師，博士，主要從事核技術(shù)及其應(yīng)用研究。