基于改進(jìn)序關(guān)系分析法的抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)效益綜合評價

，　，

(河海大學(xué) a.水利水電學(xué)院；b.能源與電氣學(xué)院，南京　210000)

1　研究背景

抽水蓄能電站可以提供調(diào)頻、調(diào)相、備用以及黑起動等輔助服務(wù)[1]給電力系統(tǒng)，但系統(tǒng)中針對輔助服務(wù)的定價制度卻不太合理。現(xiàn)行的電價形式都是根據(jù)補(bǔ)償成本的原則來定價[2]，但這種定價方式不能反映抽水蓄能電站產(chǎn)生的輔助服務(wù)效益，在計算電費(fèi)時，也不能全面衡量其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

當(dāng)前抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)效益綜合評價研究主要是財務(wù)評價及國民經(jīng)濟(jì)評價[4-5]2方面，計算時采用兩部制電價[6]，但未考慮輔助服務(wù)產(chǎn)生的效益，因而對電站經(jīng)濟(jì)效益評價不夠全面。權(quán)重確定方法一般采用層次分析法[7-8](以下簡稱AHP法)等，此方法需要構(gòu)造判斷矩陣，較難滿足一致性檢驗的條件。而序關(guān)系分析法，以下簡稱G1法[9]，不用構(gòu)造判斷矩陣和檢驗一致性，且具有過程明確、簡便直觀等特點(diǎn)。

因此，本文建立了財務(wù)評價、國民經(jīng)濟(jì)評價及輔助服務(wù)效益構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系。采取改進(jìn)的G1法來獲得指標(biāo)權(quán)重，將點(diǎn)推廣為區(qū)間，從整體上提高評價效果。并選擇適當(dāng)?shù)姆椒▽⒅笜?biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化，通過線性加權(quán)確定各指標(biāo)的綜合評價值，利用實例驗證算法的適用性和有效性。

2　抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系

相較于常規(guī)水電站，抽水蓄能電站可以調(diào)峰填谷且機(jī)組啟停迅速、靈敏，這些特性致使它能夠為系統(tǒng)提供輔助服務(wù)。因此，需要建立一個合適的經(jīng)濟(jì)效益評價體系來反映其獨(dú)特的功能。

2.1　指標(biāo)的選取

選取指標(biāo)時，應(yīng)體現(xiàn)其多要素性、全面性及合理性等特點(diǎn)。分析抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)效益，至少應(yīng)包含財務(wù)評價與國民經(jīng)濟(jì)評價。這和其他工程相同，都是依照計算期內(nèi)的現(xiàn)金流量表[8]來測算與之對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比分析。但抽水蓄能電站輔助服務(wù)對電網(wǎng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，本文將其定義為“輔助服務(wù)效益”，也不容忽視。為全面反映其經(jīng)濟(jì)效益，需綜合考慮影響其經(jīng)濟(jì)效益的各個要素，合理選取代表性的指標(biāo)。

本文綜合考慮財務(wù)評價、國民經(jīng)濟(jì)評價及輔助服務(wù)效益3個方面指標(biāo)，建立了抽蓄電站的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系。

2.2　抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系

2.2.1財務(wù)評價指標(biāo)

財務(wù)評價是根據(jù)項目本身的成本與費(fèi)用，計算評價指標(biāo)。抽水蓄能電站的財務(wù)評價，主要選取盈利能力及清償能力方面的指標(biāo)[10]，前者考查電站的收益能力，后者考查還債能力，兩者可較好地反映其財務(wù)狀況。

2.2.1.1盈利能力分析

電站盈利能力分析是研究電站投資的盈利程度，以財務(wù)內(nèi)部收益率和投資回收期2個代表性指標(biāo)為主。

(1)財務(wù)內(nèi)部收益率。它是判別項目在財務(wù)上可行的主要動態(tài)指標(biāo)，是運(yùn)營期內(nèi)財務(wù)凈現(xiàn)值為0時的折現(xiàn)率。

(2)投資回收期。指電站的逐年凈收益償還總投資所需的時間，它是考查電站財務(wù)可行性的主要靜態(tài)指標(biāo)。

2.2.1.2清償能力分析

項目清償能力分析是考察項目的償債水平。以貸款償還期和資產(chǎn)負(fù)債率為主。

(1)貸款償還期。指在國家規(guī)定及實際財務(wù)狀況下，用電站運(yùn)營后產(chǎn)生的收益、折舊費(fèi)及其他利潤來償還貸款本息和所需時間。

(2)資產(chǎn)負(fù)債率。它是反映電站財務(wù)風(fēng)險和還債能力的指標(biāo)。

資產(chǎn)負(fù)債率=負(fù)債總和/資產(chǎn)總和。

2.2.2國民經(jīng)濟(jì)評價指標(biāo)

國民經(jīng)濟(jì)評價指標(biāo)從國家層面分析電站的費(fèi)用及效益。選擇指標(biāo)為經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值與經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率[11]。

2.2.2.1經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值

經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值能體現(xiàn)電站為提高國民經(jīng)濟(jì)整體水平所發(fā)揮的效果。作為一個絕對指標(biāo)，定義為計算期中依照社會折現(xiàn)率將各年凈效益計算現(xiàn)值之和。

2.2.2.2經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率

經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率能表明電站為提高國民經(jīng)濟(jì)水平所發(fā)揮的作用。作為一個相對指標(biāo)，定義為計算期中凈現(xiàn)值為0的折現(xiàn)率。

2.2.3輔助服務(wù)效益指標(biāo)

抽水蓄能輔助服務(wù)[12]指除供電以外，為確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行和保障電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，所提供的調(diào)頻、調(diào)相、備用和黑啟動等服務(wù)。

2.2.3.1調(diào)頻服務(wù)效益

抽水蓄能電站可以迅速啟停和變換工況，隨時快捷地調(diào)節(jié)出力。且機(jī)組出力的變化范圍大，能順應(yīng)負(fù)荷的波動，使得電網(wǎng)能穩(wěn)定運(yùn)行。抽水蓄能機(jī)組可以快速回應(yīng)，隨時對較小的負(fù)荷與發(fā)電功率的不適配進(jìn)行處理，維持系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。將由此對電網(wǎng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益稱為調(diào)頻服務(wù)效益。

2.2.3.2調(diào)相服務(wù)效益

電網(wǎng)無功不足，會使電網(wǎng)電壓降低，這影響供電質(zhì)量和系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，電力系統(tǒng)中既要有功平衡，也要無功平衡。抽水蓄能電站機(jī)組是同步發(fā)電機(jī)，停機(jī)時調(diào)相，發(fā)電或抽水工況能供給系統(tǒng)無功電力。由此對電網(wǎng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益稱為調(diào)相服務(wù)效益。

2.2.3.3備用服務(wù)效益

抽水情況，抽水蓄能機(jī)組能為可中斷負(fù)荷提供備用服務(wù)；非抽水情況，機(jī)組充當(dāng)負(fù)荷備用，可代替效率差的火電機(jī)組，節(jié)約其啟動和空轉(zhuǎn)成本[1]。且機(jī)組可以迅速啟動和變換工況，作事故備用，便于代替出現(xiàn)突發(fā)事故的發(fā)電機(jī)組，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。由此對電網(wǎng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益稱為備用服務(wù)效益。

2.2.3.4黑啟動服務(wù)效益

發(fā)電廠在失去電源時的自行啟動，又稱“黑啟動”服務(wù)。它能確保在電力系統(tǒng)局部或全數(shù)瓦解時，系統(tǒng)重新運(yùn)行。由此對電網(wǎng)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益稱為黑啟動服務(wù)效益。

由以上研究建立了經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系，見表1。

表1經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系
Table1Indexsystemofeconomicbenefit

目標(biāo)標(biāo)號一級指標(biāo)二級指標(biāo)名稱標(biāo)號名稱標(biāo)號經(jīng)濟(jì)效益評價指標(biāo)R財務(wù)評價Q1國民經(jīng)濟(jì)評價Q2輔助服務(wù)效益Q3財務(wù)內(nèi)部收益P1投資回收期P2貸款償還期P3資產(chǎn)負(fù)債率P4經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值P5經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益P6調(diào)頻服務(wù)效益P7調(diào)相服務(wù)效益P8備用服務(wù)效益P9黑啟動服務(wù)效益P10

3　算法設(shè)計

首先設(shè)定各評價參數(shù)，抽水蓄能電站的經(jīng)濟(jì)效益評價指標(biāo)集包含2層指標(biāo)，其中總目標(biāo)層表示為R，一級指標(biāo)層表示為Q={Q1,Q2,…,Qm}，二級指標(biāo)層表示為P={P1,P2,…,Pn},電站評價指標(biāo)Pj的指標(biāo)值為aj，權(quán)重值為wj。

對于總目標(biāo)R，最終的計算結(jié)果反映了電站的經(jīng)濟(jì)效益，這里定義效益好壞的模糊評價集l= {極差，較差，一般，較好，好}，與之相對應(yīng)的評價分值定義為：L={0.1±0.1,0.3±0.1, 0.5±0.1, 0.7±0.1, 0.9±0.1}。且經(jīng)濟(jì)效益好壞與最終分值呈正相關(guān)。

3.1　確定權(quán)重方法研究

選用改進(jìn)的序關(guān)系分析法[9]。具體操作步驟如下：

(1)確定序關(guān)系。給出評價指標(biāo)集{x1,x2,…,xm}，設(shè)評價指標(biāo)xi相對評價標(biāo)準(zhǔn)的重要性程度不小于xj時，記作xi?xj。

(2)得出相鄰指標(biāo)間相對重要性比值。由專家按照本身的知識儲備和累積的經(jīng)驗理性判斷出相鄰評價指標(biāo)xk-1與指標(biāo)xk的重要性程度之比wk-1/wk的值為

wk-1/wk=rk,k=m,m-1,…,3,2 。

(1)

(3)計算權(quán)重系數(shù)。如專家給出rk的理性判斷值，權(quán)重計算公式為：

(2)

wk-1=rkwk,k=m,m-1,…,3,2 。

(3)

由于人類認(rèn)知的局限性和問題的復(fù)雜性，專家一般不能精確判斷rk(k=2,…,m)的值，而更有把握給出rk的區(qū)間值。本文提出了一個改進(jìn)的序關(guān)系分析法，重新定義權(quán)重計算系數(shù)。

(4)

(5)

3.2　指標(biāo)預(yù)處理

3.2.1無量綱化處理定量指標(biāo)

按各指標(biāo)對總目標(biāo)的影響不同，可分為3種類型:①極大型(越大越好)：P1，P5，P6；②極小型(越小越好)：P2，P3；③中間型(適中為宜)：P4。

非線性方法[13]比直線型方法計算的結(jié)果更加準(zhǔn)確。對極大型和極小型指標(biāo)，用三角函數(shù)效用函數(shù)公式處理;對中間型指標(biāo)，用對數(shù)型效用函數(shù)公式處理。本文將定量指標(biāo)都轉(zhuǎn)化成(0，1)的數(shù)據(jù)。

對于極大型指標(biāo)，有

(6)

對于極小型指標(biāo)，有

(7)

對于中間型指標(biāo)，有

(8)

3.2.2量化處理定性指標(biāo)

三角模糊數(shù)法[14]是在專家打分法和模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上提出的一種處理定性指標(biāo)量化的方法。專家打分法受專家的主觀性影響較多，而此方法給出了具體的評價標(biāo)準(zhǔn)和3個模糊量化值，比專家打分法更加準(zhǔn)確，減小了主觀因素的影響。步驟如下：

(1)量化標(biāo)準(zhǔn)的建立。各定性指標(biāo)都能用相應(yīng)的模糊語言描述，定性指標(biāo)P7，P8，P9，P10均為極大型指標(biāo)，即指標(biāo)值越大經(jīng)濟(jì)效益越好，相應(yīng)的量化值也越高。與定量指標(biāo)一致，定性指標(biāo)定量化處理值也設(shè)為(0，1)。該標(biāo)準(zhǔn)建立的模糊語言描述、具體評價標(biāo)準(zhǔn)和量化處理值之間的對應(yīng)關(guān)系見表2。

(2)確定三角模糊數(shù)量化值。采用如下公式，即

aj=r1aj1+r2aj2+…+rNajM=(xj,yj,zj) 。(9)

其中：

(3)綜合量化值的確定。綜合三角模糊數(shù)量化值的計算式為

(10)

定性指標(biāo)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，與定量指標(biāo)一并進(jìn)行綜合評價。

表2　定性指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)及量化值Table 2　Evaluation criteria and quantitativevalues of qualitative indexes

3.3　計算一級指標(biāo)的綜合評價值

由二級指標(biāo)的權(quán)重和指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值，線性加權(quán)得到一級指標(biāo)的評價值，其公式為

(11)

式中：bi為被評價對象一級指標(biāo)Qi的評價值；wj(2)*為二級指標(biāo)的權(quán)重值。

3.4　計算電站的綜合效益評價值

由一級指標(biāo)評價結(jié)果bi得電站總目標(biāo)Ri的評價值c的表達(dá)式為

(12)

式中wi(1)*(i=1,2,…,m)為一級指標(biāo)的權(quán)重值。

4　實例分析

根據(jù)某抽水蓄能電站的一些實際數(shù)據(jù)，將本文提出的算法應(yīng)用到該電站經(jīng)濟(jì)效益的綜合評價中，并對計算結(jié)果分析。

4.1　工程概況

某抽水蓄能電站，總裝機(jī)為1 200 MW，共4臺機(jī)組，年發(fā)電量為16.12億kW·h，年抽水電量為21.50億kW·h。電站施工總工期為6 a。電站經(jīng)營期為30 a。

該工程靜態(tài)投資為594 044萬元。資本金為148 697萬元，占總投資的20%，其余從銀行貸款。長期貸款資金356 047萬元，貸款年利率6%。流動資金總額2 480萬元，其中的30%使用資本金，70%從銀行貸款。

經(jīng)計算，該電站的資產(chǎn)負(fù)債率最高為75.1%。資本金內(nèi)部收益率17.3%。投資回收期11.4 a。貸款償還期14.0 a。經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值78 732.0萬元，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率14.3%。

4.2　數(shù)據(jù)計算

按照前文的公式，對該指標(biāo)體系中的定量指標(biāo)P1—P6進(jìn)行無量綱化處理，定性指標(biāo)P7—P10量化為定量值。得到指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值如表3所示。

表3　指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值Table 3　Standardized values of indicators

根據(jù)前文提出的改進(jìn)的G1法計算各指標(biāo)的權(quán)重值，并針對這一實例與傳統(tǒng)AHP法的計算結(jié)果進(jìn)行對比，具體見表4。

表4　指標(biāo)權(quán)重值Table 4　Weight values of indicators

根據(jù)各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值和權(quán)重值得出最終目標(biāo)值見表5。

4.3　結(jié)果分析

由表5可知，利用改進(jìn)的G1法計算得到該電站輔助服務(wù)效益占最終評價目標(biāo)值的權(quán)重為51.15%，高于財務(wù)評價的權(quán)重29.41%和國民經(jīng)濟(jì)評價的權(quán)重19.44%，與實際情況相近。而AHP法計算的結(jié)果也符合這一規(guī)律，但計算過程復(fù)雜，且專家較難準(zhǔn)確給出兩指標(biāo)重要性程度之比，導(dǎo)致計算的輔助服務(wù)效益所占的權(quán)重相對偏低，說明其計算結(jié)果與實際偏差較多。這表明專家認(rèn)為抽水蓄能電站輔助服務(wù)產(chǎn)生的效益很重要，它提供的輔助服務(wù)能保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此發(fā)揮其特殊功能是建設(shè)抽水蓄能電站的重要目的。

表5　最終評價值Table 5　Final evaluation values

結(jié)合表5與表2可知，2種權(quán)重計算方法得到的該電站的財務(wù)評價結(jié)果都對應(yīng)評價等級中的“較好”，國民經(jīng)濟(jì)評價結(jié)果都對應(yīng)“一般”，輔助服務(wù)效益評價結(jié)果都對應(yīng)“好”，經(jīng)濟(jì)效益綜合評價值都對應(yīng)“較好”。上述結(jié)果均表明抽水蓄能電站產(chǎn)生的輔助效益很大，雖不能通過現(xiàn)有的電價制度反映出來，但也不容忽視。該抽水蓄能電站總體經(jīng)濟(jì)效益水平較高。

5　結(jié)　語

針對抽水蓄能電站的特性，建立了一套適用于它的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系，并基于改進(jìn)的G1法和指標(biāo)預(yù)處理的相關(guān)方法完成了電站經(jīng)濟(jì)效益的綜合評價。

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