曹國(guó)暢，呂方明，姜 赫，余桐泉，徐 中

(1.中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314303；2.中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行是核電廠運(yùn)營(yíng)的基本要求，也是核電設(shè)備管理的核心內(nèi)容。長(zhǎng)期以來，我國(guó)核電運(yùn)營(yíng)單位始終將安全性和可靠性放在設(shè)備管理的突出位置。無論是日常維護(hù)、停機(jī)檢修等廠內(nèi)活動(dòng)，還是國(guó)家監(jiān)管的外部要求，都集中體現(xiàn)了這種管理理念。但運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性未得到足夠的重視。

為實(shí)現(xiàn)核電廠投資收益最大化，美國(guó)EPRI開發(fā)了壽期管理(LCM)技術(shù)[1-4]。長(zhǎng)期運(yùn)維方案的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)是LCM工作的核心內(nèi)容之一，從電廠財(cái)務(wù)預(yù)算的角度給出多個(gè)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，通過多重比較定量展示多個(gè)維修方案的成本費(fèi)用。

本文介紹了EPRI發(fā)布的長(zhǎng)期運(yùn)維方案經(jīng)濟(jì)性分析的主要內(nèi)容和成本模型的構(gòu)建方法，通過算例來討論長(zhǎng)期運(yùn)維方案經(jīng)濟(jì)性分析的關(guān)鍵問題，結(jié)合我國(guó)核電廠運(yùn)維的實(shí)際情況，給出具體的意見和建議。本文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論，有助于我國(guó)核電廠以成本為重要參數(shù)制定長(zhǎng)期運(yùn)維方案，對(duì)建立經(jīng)濟(jì)性分析的通用方法具有重要的指導(dǎo)意義。

1 經(jīng)濟(jì)性分析方法

針對(duì)設(shè)備運(yùn)維歷史中存在的性能老化和過時(shí)等影響經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題，結(jié)合設(shè)備預(yù)期壽命，可以制訂多種長(zhǎng)期(如10年或20年)的維修方案，其價(jià)值模型如圖1所示，長(zhǎng)期運(yùn)維方案主要涉及的事項(xiàng)包括計(jì)劃停機(jī)、SSC(system，structure and component)失效、預(yù)防性維修(Preventive Maintenance，PM)和重大改造/更換。

圖1 長(zhǎng)期運(yùn)維方案的價(jià)值模型

文獻(xiàn)[5]給出了圖1所示模型中預(yù)防性維修成本、糾正性維修成本、產(chǎn)能損失以及性能提升帶來的產(chǎn)能收益的計(jì)算方法。另外，為比較各長(zhǎng)期運(yùn)維方案的經(jīng)濟(jì)性，EPRI推薦收益投資比(Benefit-to-Investment Ratio，BIR)方法，如式(1)所示。其中，CLP為產(chǎn)能損失，CCM為糾正性維修費(fèi)用，CPC為性能提升引起的產(chǎn)能收益，CPM為預(yù)防性維修成本，下標(biāo)備選和基準(zhǔn)分別代表備選方案和基準(zhǔn)方案。

(1)

2 示范算例

為分析上述模型中的關(guān)鍵問題，本節(jié)給出了美國(guó)Comanche Peak電廠[6]的算例，LCM對(duì)象是該廠1號(hào)機(jī)組主發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)。針對(duì)40年運(yùn)行策略(正常許可證期限，不延壽)，該廠制訂的LCM方案如下：

1)A方案：基準(zhǔn)方案，執(zhí)行當(dāng)前維修計(jì)劃，不做重大投資；

2)B方案：優(yōu)化當(dāng)前維修計(jì)劃，在1RF10期間更新在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在1RF15期間轉(zhuǎn)子重新繞組、電壓調(diào)節(jié)器數(shù)字化更新；

3)C方案：優(yōu)化當(dāng)前維修計(jì)劃，在1RF10期間更新在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在1RF15期間采購(gòu)新的轉(zhuǎn)子、新的勵(lì)磁機(jī)和數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器；

4)D方案：優(yōu)化當(dāng)前維修計(jì)劃，在2005年采購(gòu)備用轉(zhuǎn)子，在1RF15期間(2011)采購(gòu)新的勵(lì)磁機(jī)和數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器。

文獻(xiàn)[6]中刪除了部分敏感數(shù)據(jù)，本文對(duì)這部分輸入數(shù)據(jù)做如下假定，機(jī)組額定電功率為1 200 MW，上網(wǎng)電價(jià)為50$/MWh，人工費(fèi)用單價(jià)為50$/h，工資浮動(dòng)率為0/a，貼現(xiàn)率為3%/a，通貨膨脹率為6%/a。

上述4個(gè)方案的總成本如圖2所示，各方案的年度成本如圖3～圖6所示。由計(jì)算結(jié)果可知，各方案的總成本由大到小的順序?yàn)锳、B、C、D；B、C、D方案的收益投資比分別為1.41、1.97、2.36，D方案的經(jīng)濟(jì)性在4個(gè)方案中最好；A方案的成本分布較B、C、D均勻，但其各年度的成本幅值相對(duì)較高；B、C、D方案中存在重大改造/更換事項(xiàng)的年度成本非常突出，由于D方案將重大改造/更換事項(xiàng)分解到兩個(gè)不同的年度執(zhí)行，與B、C方案相比降低了一次性投資成本。綜合比較，D方案為最優(yōu)方案，建議電廠在必要的審查之后付諸實(shí)施。

圖2 各方案的總成本柱形圖

圖3 方案A各年度成本柱形圖

圖4 方案B各年度成本柱形圖

圖5 方案C各年度成本柱形圖

圖6 方案D各年度成本柱形圖

3 討論

上述經(jīng)濟(jì)性模型、計(jì)算方法和算例均來自EPRI發(fā)布的技術(shù)報(bào)告，將其應(yīng)用到我國(guó)核電廠時(shí)，還存在下述問題需要特別注意。

3.1 失效率

失效率函數(shù)表示設(shè)備每年的失效次數(shù)。計(jì)算失效成本時(shí)，應(yīng)注意如下事項(xiàng)：1)失效成本的計(jì)算，包括由設(shè)備失效產(chǎn)生的糾正性維修費(fèi)用和由其造成的非計(jì)劃停機(jī)產(chǎn)生的產(chǎn)能損失；2)維修活動(dòng)對(duì)失效率的影響，包括失效率函數(shù)類型的選擇、考慮行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的失效率數(shù)值的確定以及設(shè)備重大改造/更換節(jié)點(diǎn)前后不同的失效率對(duì)年度成本的影響。

3.2 換料周期問題

本文算例中，EPRI給出的機(jī)組換料周期為18個(gè)月，換料大修工期安排在這18月的開端，這種處理便于制定未來的大修計(jì)劃，確定大修成本發(fā)生年份。但是，我國(guó)核電機(jī)組的換料周期和大修工期的計(jì)算有其自身特點(diǎn)：1)機(jī)組換料周期是指機(jī)組在額定負(fù)荷下運(yùn)行的理論時(shí)長(zhǎng)，但機(jī)組在運(yùn)行期間存在負(fù)荷波動(dòng)，計(jì)劃時(shí)長(zhǎng)可能增加；2)機(jī)組大修存在首年大修、年度大修、5年大修和10年大修等類型，每種大修的工期存在差異，缺少規(guī)律性；3)不同大修類型包含的活動(dòng)內(nèi)容存在差別，其成本計(jì)算存在較大差異。

因此，國(guó)內(nèi)核電廠制訂機(jī)組長(zhǎng)期維修計(jì)劃時(shí)應(yīng)充分考慮其原有的計(jì)劃管理政策，采用圖7所示的規(guī)律預(yù)測(cè)未來的大修規(guī)劃，并按照該規(guī)劃中每個(gè)年度涵蓋的維修項(xiàng)目計(jì)算年度成本。注意，按照上述方式預(yù)測(cè)未來大修計(jì)劃時(shí)，可能發(fā)生大修跨越年度的情況，此時(shí)計(jì)算年度成本時(shí)應(yīng)精確到“天”，按照各年度所占大修工期的份額分配大修費(fèi)用。

圖7 大修計(jì)劃預(yù)測(cè)示例

3.3 凈現(xiàn)值問題

凈現(xiàn)值方法中的貼現(xiàn)率和通貨膨脹率等參數(shù)在長(zhǎng)期預(yù)測(cè)中具有不確定性，難以獲得準(zhǔn)確的數(shù)值。經(jīng)濟(jì)性分析的目的是通過定量比較各方案的成本，確定相對(duì)趨勢(shì)。即使不使用凈現(xiàn)值法，也可以獲得這種趨勢(shì)比較的結(jié)果。使用本文前述算例的數(shù)據(jù)，分別采用凈現(xiàn)值和非凈現(xiàn)值法計(jì)算A和B方案年度成本的差值，如圖8所示；計(jì)算各方案的收益投資比如圖9所示。凈現(xiàn)值法取貼現(xiàn)率6%、通貨膨脹率3%；非凈現(xiàn)值法取貼現(xiàn)率和通貨膨脹率為0。

圖8 A、B方案年度成本差額變化趨勢(shì)

圖9 各方案收益投資比的變化

可以得到以下結(jié)論：凈現(xiàn)值法和非凈現(xiàn)值法計(jì)算的A和B方案的年度成本差值變化趨勢(shì)、收益投資比趨勢(shì)基本一致，只是數(shù)值大小存在差異。

4 結(jié)論

1)本文給出了長(zhǎng)期運(yùn)維方案經(jīng)濟(jì)性分析的理論模型和成本計(jì)算方法，在電廠經(jīng)濟(jì)性計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)其運(yùn)行實(shí)際情況合理選擇相應(yīng)參數(shù)。

2)應(yīng)考慮維修活動(dòng)對(duì)失效率的影響，如失效率函數(shù)類型和參數(shù)選擇應(yīng)符合行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)研究成果、維修活動(dòng)節(jié)點(diǎn)前后失效率存在差異。

3)制訂長(zhǎng)期維修計(jì)劃應(yīng)考慮我國(guó)核電機(jī)組實(shí)際的大修計(jì)劃管理政策，在符合要求的基礎(chǔ)上使其具備一定的規(guī)律性，當(dāng)大修工期跨越年度時(shí)按照各年度工期份額分配有關(guān)費(fèi)用。

4)對(duì)經(jīng)濟(jì)性分析模型有特定要求時(shí)，為使其更加符合實(shí)際情況采用凈現(xiàn)值法計(jì)算成本，但應(yīng)注意計(jì)算參數(shù)在長(zhǎng)時(shí)間跨度上的不確定性；若僅需比較各方案長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)性相對(duì)趨勢(shì)，可以不使用凈現(xiàn)值法。