电厂和电力经济学

在看待建筑成本之前，对电力生产的经济学有一定的背景很有用。

我们可以将运营电厂运行的成本大致分为三类-燃料成本，运营和维护成本以及资本成本（建造工厂的摊销成本。）不同类型的发电厂的成本分数不同。例如，对于天然气厂，其电力成本的最多70％来自燃料成本（取决于天然气的价格）。电力成本来自资本成本-建造工厂本身的成本。因此，核电站的建设成本对其电力成本产生了很大的影响。

来自Dawson

因为核电站很昂贵，并且需要很长时间才能建造，因此建设的融资也可能是其成本的很大一部分，通常约占工厂成本的15-20％。对于具有严重建筑延误和/或具有高融资成本的植物（例如佐治亚州的Vogtle3和4植物），这可能是成本的50％或更多。

（不同类型的发电厂之间的比较通常使用“隔夜成本”，或者如果它们在一夜之间建成并且不需要支付利息费用的建造成本。因为核电站可靠地需要更长的时间（有时更长）才能完成与其他类型的发电厂相比，这会使比较偏向于核电厂。）

不同类型发电厂的成本比例（以及技术能力）会影响它们的使用方式。由于电力无法廉价存储，因此在任何特定时刻，发电量都必须与消耗量保持平衡。由于电力消耗随时间而变化，因此发电厂会随着需求的变化而开启和关闭（这称为“调度”。）调度工厂的订单通常是其可变生产成本的函数（成本较低的工厂首先出现），以及他们提高或降低产量的难易程度。

因为核电的成本主要是由于资本成本（无论工厂是否发电，你都会为此付出代价），而且由于美国的工厂通常没有设计成可以轻松地增加和减少，所以它们往往可以连续运行。核能有时因燃料成本较低而受到称赞，但在其他条件相同的情况下（即：假设总生产成本保持不变），最好让大部分电力成本可变，这样如果需求下降，生产成本就会下降出色地。

（这是比较不同类型电厂的另一个复杂因素。比较通常通过比较电厂的“平准化电力成本”（LCOE）来完成，这是电厂在其生命周期内生产的电力的净当前成本。但是在不同的时间，一个工厂产生的电力价值是不同的。例如，核电站一半的时间将在夜间运行，此时电价可能较低（取决于公用事业供应商）。相比之下，天然气当需求出乎意料地高并且电价高得多时，将使用调峰电站。风能和太阳能等间歇性能源有时会产生比预期或需要的更多的电力，这可以压低价格，在某些情况下足以使价格实际上是负的。因此，核能、风能和（有时）太阳能的销售价值往往低于其他类型的发电厂。）

核电基础知识

了解核电站的工作原理也很有用。核电站是一种火力发电厂，其中热源用于将水转化为蒸汽，然后驱动涡轮机。对于核能，热源是产生核链式反应的放射性核燃料。

美国（和世界各地）几乎所有的核反应堆都是轻水反应堆（LWR），反应堆加热轻水（普通H2O），然后将热量转移到第二个水源，然后驱动涡轮机（这将辐照水与工厂的其他部分分开。）在轻水反应堆中，水也被用作中子慢化剂，这种材料可以减慢发射的中子，从而引发更多的裂变事件。

（压水反应堆示意图，来自能源部。另一种主要类型的轻水反应堆是沸水反应堆（BWR），蒸汽直接在压力容器中产生。）

这不是建造反应堆的唯一方法，许多专家认为其他反应堆技术更适合电站建设。轻水反应堆之所以占据主导地位，是因为它是美国海军正在使用的技术，而美国海军又选择了它，因为它对舰载反应堆具有有用的特性（例如，另一种被认为使用液态钠作为反应堆冷却剂的技术。这最终被认为不适合海军反应堆，因为钠会与水发生剧烈反应。）由于历史原因，迅速发展美国的民用核电部门被认为很重要，因此使用了现有的轻水反应堆技术。

这类反应堆的一个主要风险是“失冷事故”（LOCA）。如果管道爆裂，或者冷却水的供应中断并且无法冷却核燃料，则燃料会加热到熔化的程度（“堆芯熔毁”），可能会损坏反应堆并暴露放射性物质。（这种类型的失败导致了“中国综合症”这个词，即在核熔化中，熔化的燃料会燃烧通过反应堆外壳，然后是安全壳，然后进入地球表面并（象征性地）使其成为通往中国的路。）福岛和切尔诺贝利核电站都经历了堆芯熔毁，三哩岛经历了部分堆芯熔毁（大部分仍留在反应堆内。）

即使在反应堆关闭后，反应堆中的放射性物质仍会在很长一段时间内继续产生热量（这被称为“衰变热”）。因此，即使在导致反应堆关闭的灾难中，仍然需要冷却系统来保持核燃料的冷却。这意味着冷却系统必须能够处理各种潜在的故障模式和环境条件——无论反应堆或工厂发生什么情况，冷却系统都必须保持工作。（正如我们将看到的，考虑核电站法规稳步增加的一种方式是，它们是不断学习可能发生在反应堆上的新事物的结果。）

核电成本

美国核电站的故事是建造它们的成本迅速上升。在年代后期开始建设的商业电厂的成本为美元/KWe或更低（年美元），仅在10年后才开始建设的电厂的成本上升到美元/KWe（均为隔夜成本。）当前成本大致符合有了这个-Vogtle3和4反应堆，尽管成本几乎是估计的两倍，但隔夜成本可能约为美元/KWe（由于融资成本，实际成本几乎是其两倍），即美元/KWe隔夜费用以美元计。

通过Lovering

美国似乎在这方面做得特别糟糕，但大多数其他国家的成本都在稳步上升。这是法国的成本（一些专家认为这被低估了）：

这是德国和日本的费用：

进入80年代，大多数国家似乎都显示出类似的成本增加模式，之后成本趋于平稳（尽管法国新的Flamanville3反应堆似乎将达到大约12,美元/KWe，或相当于约4美元/KWe年的隔夜成本——是法国人之前能够达到的两倍。）

唯一一个核电站建设成本似乎稳步下降的国家是韩国：

韩国是唯一表现出这一趋势的国家，这一事实导致一些专家推测成本数据（直接来自公用事业公司，未经独立审计）已被操纵，我们不应该从中得出结论.

如果您将建造早期小型示范和试验反应堆的成本包括在内，大多数国家确实显示出早期成本下降，尽管目前尚不清楚这种比较与全面商业运营工厂的相关性（而且这些成本通常是未知的，必须进行估计。)在实践中，这些反应器经常被排除在跟踪成本变化的数据集之外。

由于工厂需要很长时间才能建造，这些成本增加往往出现在在建工厂-年的一项分析发现，美国工厂的最终建造成本最终是最初估计成本的2到4倍：

建厂时，这些钱花在什么地方？

可用电厂的成本有多种成本细分（其中一些总结在这里。）我们将看看美国能源部在年对假设的兆瓦电厂所做的细分，它（理论上）应该反映在大多数工厂正在建造的时代，美国工厂的成本。（请注意，这不包括融资成本。）

绿色是间接成本，蓝色是直接成本

大约1/3的成本是“间接成本”——工程服务、施工管理、行政管理费用等。对于直接成本，反应堆、涡轮机设备和工厂结构各占相似的部分，其余部分由额外的植物系统组成。另请注意，工厂的工程设计成本几乎与反应堆本身一样多。

这清楚地表明，核电站的建造是非常劳动密集型的（可能至少50%的成本来自间接成本和现场劳动力），这表明各国之间的建造成本比较可能需要以工资为标准。调整为相关（出于某种原因，似乎大多数比较都没有这样做。）

劳动力成本上升

因此，成本，尤其是在美国，在相对较短的时间内急剧增加。核电站建设通常被描述为表现出“消极学习”——随着时间的推移，我们在建设核电站方面并没有变得更好，而是在变得更糟（至少在建造成本方面）。我们对成本增加的原因了解多少?

在70年代和80年代，成本增加的大部分可归因于劳动力成本的增加——UnitedEngineersandConstructors的一项估计发现，在年至年间，建造工厂的劳动力成本每年上升18.7%，而材料成本上升每年7.7%（相对于5.5%的总体通货膨胀率）。在这些劳动力成本中，超过一半是由于昂贵的专业人员——工程师、主管、质量控制检查员等。

其他估计似乎与此大致相符。橡树岭年的估计表明，在年代初期和年之间，材料量的增长通常在25-50%之间（不足以解释所看到的成本增长）：

Eash-Gates等人最近的一篇论文研究了（除其他外）在年至年间建造的核电站样本的成本增加。他们发现72%的成本增加是由于间接成本（以及直接成本）成本，增加的一部分将来自劳动力），这也表明工程师和管理人员等昂贵的专业人员大幅增加：

成本增加的一个重要原因（和影响）似乎是建造工厂所需的时间增加-建造工厂的估计时间从60年代后期的5年多一点增加到年的12年。这增加了融资和劳动力成本，以及增加对结果产生负面影响的可能性（必须纳入的新法规、公民的新反对意见、不断变化的能源格局使人们质疑是否需要工厂等）。CalvertCliffs法院案件的结果，该案件要求必须对每个建成的工厂进行环境影响审查。

监管增加和项目中断

为什么人工成本增加了？这里的典型故事之一是越来越多的监管使工厂的建造负担越来越重。在60年代末和70年代初，核需求稳步增加：

正如核管理委员会（负责颁发核电站运营许可证的联邦组织）的审查彻底性一样：

年的一项研究发现，在年代后期和年代中期之间加强监管导致工厂成本增加了%：

之前的Eash-Gates研究发现，年至年间至少30%的成本增加可归因于监管的加强（可能更多。）

CharlesKomonoff在其年的“电厂成本升级”中概述了加强监管的影响：

监管标准的一个关键指标是原子能委员会(AEC)和核监管委员会(NRC)规定反应堆系统和设备可接受的设计和建造实践的“监管指南”的数量从年底的21个增长了近7倍从年到年底的个。专业工程协会以更快的速度制定了新的核标准（通常在AEC/NRC的预期中）。这些导致结构材料的制造、测试和性能标准更加严格（并且成本更高）例如混凝土和钢材，以及阀门、泵和电缆等基本部件。

在年代，诸如此类的要求对核电站产生了深远的影响。加强了主要结构并增加了管道限制，以吸收地震冲击和事故分析中确定的其他假定“载荷”。安装了屏障并增加了距离，以防止火灾、洪水和其他“共模”事故导致重要设备的主要和备用组无法工作。采取了类似的措施来保护设备免受高速导弹碎片的影响，这些碎片可能从旋转机械上脱落，或者管道破裂的压力和流体影响。扩展了仪表、控制和电力系统，以在更广泛的运行情况下监测更多的工厂因素，并提高安全系统的可靠性。被认为对安全很重要的组件“有资格”在更苛刻的条件下运行，需要更严格的制造、测试和制造历史记录。

据原子工业论坛称，在年代期间，这些变化使材料、设备和劳动力的数量大约增加了一倍，并使每单位核容量所需的设计工程工作量增加了三倍。

这些增加通常会产生特别大的影响，因为它们需要对正在进行的核电站进行更改：

...因为随着与安全相关的新信息的出现，在施工过程中要求进行许多更改——许多施工缺乏固定的范围，必须根据成本加成的合同进行，这削弱了节约努力。完成的工作有时会被修改或删除，通常会对相关系统产生“涟漪效应”。施工顺序经常改变，设备交付时间表被打乱，导致劳动生产率低下，阻碍了提高施工效率的管理工作。一般来说。年代的反应堆越来越多地在“不断变化的环境”中建造，这种环境排除了对成本的控制甚至估计，并放大了新法规和设计变更对成本的直接影响。

法规变更需要对在建工厂进行设计变更，在某些情况下需要移除现有工作（并且可能需要设计工程师、经理、现场检查员和其他昂贵人员的干预和监督。）Eash-Gates研究是一致的因此，发现即使对于“标准”反应堆设计，成本也在稳步增加。原子工业论坛成员在年的一次演讲中指出，“实现稳定的许可要求是获得更短和更可预测的项目持续时间的任何努力的明确目标。”

这种不断变化的环境有助于解释劳动力成本的大幅增加——即使设计变更不会导致材料或设备使用量大幅增加，改变正在进行的工厂也会增加成本并减慢建设速度。

大型建设项目（和小型建设项目）的普遍原则是，您应该避免在施工期间进行设计更改。项目进行中的更改可能需要移除现有工作，或在困难条件下完成新工作。它通常需要大量的协调工作才能弄清楚已经完成了哪些工作（“你已经浇筑了这些地基了吗？柱子还在吗？”），以及在这种情况下可以做什么和不可以做什么。如果管道需要穿过横梁，很容易设计横梁以提前适应。但是，如果这是最后一分钟的更改，并且梁已经制造好，您可能需要在现场挖一个洞，或添加钢筋。或者梁可能根本无法容纳孔，您需要重新设计整个管道系统（这当然会影响其他正在进行的工作。）虽然这种昂贵的重新设计正在进行，但其他人可能需要停止他们的工作。

在一个可以同时雇用多达5,名建筑工人的核电站上（一位消息人士称，规划临时建筑设施等同于规划小城市的公用事业），我们可能预计此类中断会特别严重。年对核电站工艺工人的一项研究发现，由于缺乏材料和工具可用性，每周损失11小时，与其他工作人员协调或工作区域过度拥挤导致每周损失8小时，每周损失5.75小时重做工作。总共有近75%的工作时间被浪费或无效率地使用。