電力基礎(chǔ)資源共享下變電站多業(yè)務(wù)場(chǎng)景經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會(huì)效益分析

張晨 ,韓新陽 ,邊海峰 ,張若愚，劉平闊

(1.國網(wǎng)能源研究院有限公司,北京市 102209;2.上海電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,上海市 200090)

0 引言

隨著5G 基站、充電樁等“新基建”設(shè)施建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段,其建設(shè)也面臨著場(chǎng)地資源需求大、線路改造較難等障礙。而傳統(tǒng)變電站具有分布范圍廣、數(shù)量大等優(yōu)勢(shì),但其功能相對(duì)單一。通過利用傳統(tǒng)變電站的站址、土地、桿塔等資源優(yōu)勢(shì),在其基礎(chǔ)上科學(xué)整合數(shù)據(jù)中心站、5G 基站、北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)站、充換電站等“新基建”設(shè)施,形成電力基礎(chǔ)設(shè)施共享復(fù)用的新形式,此類模式稱為“多站融合”[1-2]。

多站融合項(xiàng)目中融合建設(shè)了數(shù)據(jù)中心站、儲(chǔ)能站、充換電站等設(shè)施。既能提高場(chǎng)地利用效率,又可降低多種“新基建”設(shè)施的建設(shè)成本,提高電力資源利用效率[3]。在傳統(tǒng)變電站保障電力供應(yīng)的基礎(chǔ)上拓展出大數(shù)據(jù)服務(wù)、充換電等新業(yè)務(wù),拓展了能源服務(wù)的新業(yè)態(tài)。從社會(huì)效益角度來看,多站融合為“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略及數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供必要的基礎(chǔ)設(shè)施保障[4],融合下的邊緣數(shù)據(jù)中心、5G 基站具有靠近用戶側(cè)的地理優(yōu)勢(shì),通過資源復(fù)用能充分為用戶提供低延時(shí)、快響應(yīng)的信息傳輸服務(wù),有效支撐“智慧城市”的建設(shè)[5-10];從環(huán)境效益角度來看,項(xiàng)目中融合建設(shè)分布式光伏、儲(chǔ)能等模塊,可提升區(qū)域清潔能源消納能力;從經(jīng)濟(jì)效益來看,通過多站融合中各模塊之間的協(xié)同合作,可承載能源大數(shù)據(jù)服務(wù)、充換電等業(yè)務(wù),有利于培育新業(yè)態(tài)新模式,推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)的高質(zhì)量發(fā)展[11-18]。

目前,多站融合面臨發(fā)展路徑不明晰、商業(yè)模式不成熟等亟待解決的問題;對(duì)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會(huì)效益進(jìn)行系統(tǒng)性預(yù)判和分析,既是實(shí)現(xiàn)“新基建”項(xiàng)目建設(shè)與商業(yè)運(yùn)營的重要基礎(chǔ),又是尋找“電網(wǎng)數(shù)字化”新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)的必要反饋。本文基于業(yè)務(wù)分類進(jìn)行子系統(tǒng)的構(gòu)建,且以項(xiàng)目商業(yè)運(yùn)營為導(dǎo)向,通過構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)多站融合項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會(huì)效益的變化進(jìn)模擬仿真,分析不同場(chǎng)景下多站融合項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會(huì)效益變化趨勢(shì),充分體現(xiàn)出變量在微觀層面的交互作用過程。以期為多站融合項(xiàng)目后期的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化運(yùn)營提供一定的指導(dǎo)作用。

1 模型構(gòu)建

1.1 模型邊界及假設(shè)條件

為構(gòu)建多站融合項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會(huì)效益分析系統(tǒng)動(dòng)力(system dynamics,SD)模型,且不失研究的科學(xué)性和一般性,本文設(shè)定如下:

假設(shè)1——根據(jù)多站融合業(yè)務(wù)的性質(zhì),設(shè)定3 類主營業(yè)務(wù)邊界,即能源類業(yè)務(wù)、租賃類業(yè)務(wù)和信息類業(yè)務(wù)。

假設(shè)2——基于變電站資源進(jìn)行整合的多業(yè)務(wù)站,不同設(shè)備的運(yùn)營年限存在差異,故設(shè)定固定折舊年限的標(biāo)準(zhǔn)為20 年。

假設(shè)3——設(shè)定多站融合項(xiàng)目第一年為項(xiàng)目建設(shè)期,第二年開始進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營期。

1.2 因果關(guān)系圖的建立

基于上述3 個(gè)假設(shè),可從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)3 個(gè)子系統(tǒng)建立多站融合項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會(huì)效益分析的SD 模型反饋回路:

1)經(jīng)濟(jì)效益子系統(tǒng)存在6 個(gè)負(fù)反饋回路(見表1),并由此構(gòu)建經(jīng)濟(jì)效益因果關(guān)系(causal loop diagram,CLD),如圖1 所示。

圖1 經(jīng)濟(jì)效益因果關(guān)系圖Fig.1 The CLD of economic benefit

表1 經(jīng)濟(jì)效益反饋回路Table 1 Feedback loop of economic benefit

2)環(huán)境效益子系統(tǒng)中存在2 個(gè)反饋回路(見表2),并由此構(gòu)建環(huán)境效益因果關(guān)系,如圖2 所示。

圖2 環(huán)境效益因果關(guān)系圖Fig.2 The CLD of environmental benefit

表2 環(huán)境效益子系統(tǒng)反饋回路Table 2 Feedback loop of environmental benefit

3)社會(huì)效益子系統(tǒng)存在2 個(gè)負(fù)反饋回路和1 個(gè)正反饋回路(見表3),并由此構(gòu)建社會(huì)效益因果關(guān)系,如圖3 所示。

圖3 社會(huì)效益因果關(guān)系圖Fig.3 The CLD of social benefit

1.3 存量流量圖的建立

1.3.1 經(jīng)濟(jì)效益子系統(tǒng)

1)能源類業(yè)務(wù)的成本收益。

根據(jù)因果關(guān)系圖、參考系統(tǒng)流圖符號(hào),建立多站融合項(xiàng)目能源類業(yè)務(wù)的存量流量圖,如圖4 所示。

圖4 能源類業(yè)務(wù)存量流量圖Fig.4 The Stock-flow diagram of energy business

能源類業(yè)務(wù)成本凈現(xiàn)值受到能源類業(yè)務(wù)成本與能源類業(yè)務(wù)收益的影響,考慮不同區(qū)域電動(dòng)汽車發(fā)展?fàn)顩r存在差異,故影響能源類業(yè)務(wù)收益的主要因素為充電業(yè)務(wù)收益情況,充電量影響充電業(yè)務(wù)收益進(jìn)而影響能源類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值。以上海某地充換電站充電量的歷史數(shù)據(jù)作為參考,該存量流量圖中主要的數(shù)學(xué)關(guān)系如下:

式中:Ecb表示能源類業(yè)務(wù)的凈現(xiàn)值,初始值為0;Sc表示能源類業(yè)務(wù)收益;Cb為能源類業(yè)務(wù)成本;r為折現(xiàn)率;t為時(shí)間,單位為年。

式中:Sc1為充電業(yè)務(wù)收益;Sc2為電網(wǎng)內(nèi)部業(yè)務(wù)收益;Sc3為綜合能源服務(wù)收益。

式中:R為稅收支出;Cb1為能源類業(yè)務(wù)建設(shè)成本;Cb2為能源類業(yè)務(wù)運(yùn)營成本,主要包括能源類業(yè)務(wù)人員管理成本Cb3、業(yè)務(wù)維護(hù)成本Cb4和耗能成本Cb5。

式中:N1為充電量;p1為充電價(jià)格。

2)信息類業(yè)務(wù)的成本收益。

同理,建立多站融合項(xiàng)目信息類業(yè)務(wù)的存量流量圖,如圖5 所示。

圖5 信息類業(yè)務(wù)存量流量圖Fig.5 The stock-flow diagram of information business

影響多站融合信息類業(yè)務(wù)的因素有信息類業(yè)務(wù)收益與信息類業(yè)務(wù)成本,影響收益的因素主要有信息類業(yè)務(wù)價(jià)格與客戶數(shù)量,影響成本的主要因素為運(yùn)營成本,而耗能成本為影響運(yùn)營成本的主要因素,上架率通過影響耗能成本和客戶數(shù)量進(jìn)而影響信息類業(yè)務(wù)的凈現(xiàn)值。具體數(shù)學(xué)公式如下:

式中:Sx為信息類業(yè)務(wù)收益;p2為信息類業(yè)務(wù)服務(wù)價(jià)格;N2為信息類業(yè)務(wù)客戶數(shù)量。

式中:Cx1為信息類業(yè)務(wù)運(yùn)營成本;Cx2為信息類業(yè)務(wù)人員管理成本;Cx3為信息類業(yè)務(wù)維護(hù)成本;Cx4為信息類業(yè)務(wù)耗能成本。

式中:p3為電價(jià);Y為信息類業(yè)務(wù)的耗電量。

以數(shù)據(jù)中心上架率A為參考,耗電量使用表函數(shù)進(jìn)行設(shè)置,A為0.52 時(shí),耗電量為194 480 kW·h;當(dāng)A為0.634 時(shí),耗電量為231 880 kW·h;當(dāng)A為0.739 時(shí),耗電量為269 280 kW·h;當(dāng)A為0.317時(shí),耗電量為119 680 kW·h;當(dāng)A為0.422 時(shí),耗電量為157 080 kW·h。

3)租賃類業(yè)務(wù)的成本收益。

同理,建立多站融合項(xiàng)目租賃類業(yè)務(wù)的存量流量圖,如圖6 所示。租賃類業(yè)務(wù)主要分為儲(chǔ)能裝置租賃、機(jī)柜租賃以及站址租賃。租賃類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值變化的主要為機(jī)柜租賃,機(jī)柜租賃影響最大因素為運(yùn)營成本中的能耗成本,上架率通過影響租賃類業(yè)務(wù)的運(yùn)營成本進(jìn)而影響租賃類業(yè)務(wù)的凈現(xiàn)值。具體數(shù)學(xué)公式如下:

圖6 租賃類業(yè)務(wù)存量流量圖Fig.6 The stock-flow diagram of leasing business

式中:Sz為租賃類業(yè)務(wù)收益。若t大于1,租賃類業(yè)務(wù)收益為站址租賃收益Sz1、機(jī)柜租賃收益Sz2和儲(chǔ)能裝置租賃收益Sz3之和,即Sz=Sz1+Sz2+Sz3;否則,Sz為0。

Cz1為租賃類業(yè)務(wù)運(yùn)營成本。若t大于1,Cz1=30(1+k),其中k為運(yùn)營成本增加率;否則,Cz1為0。

Cz2為租賃類業(yè)務(wù)建設(shè)成本。若t大于1,Cz2=Cz3+Cz4,其中Cz3為改造成本,Cz4為設(shè)備采購成本;否則,Cz2為0 。

g為租賃類業(yè)務(wù)成本增加率。當(dāng)上架率A為0.52時(shí),成本增加率為0;當(dāng)上架率A為0.634 時(shí),成本增加率為20%;當(dāng)上架率A為0.739 時(shí),成本增加率為40%;當(dāng)上架率A為0.317 時(shí),成本增加率為-20%;當(dāng)上架率A為0.422 時(shí),成本增加率為-40%。

4)多站融合項(xiàng)目整體的成本節(jié)約。

同理,建立多站融合項(xiàng)目節(jié)約成本的存量流量圖,如圖7 所示。多站融合項(xiàng)目,在傳統(tǒng)三站融合的基礎(chǔ)上融入5G 基站、北斗地面增強(qiáng)站等基礎(chǔ)設(shè)施,故以三站融合作為基準(zhǔn)情境,多站融合項(xiàng)目節(jié)約的成本主要分為運(yùn)營成本與建設(shè)成本,影響多站融合項(xiàng)目成本的主要為融合基站數(shù)量,通過融合基站數(shù)量進(jìn)而影響節(jié)約成本的凈現(xiàn)值。具體數(shù)學(xué)公式如下:

圖7 成本節(jié)約存量流量圖Fig.7 The stock-flow diagram of saving cost

式中:n為融合基站數(shù)量;j為變電站融合基站限制數(shù)量,其上限為7。

式中:C5為節(jié)約的運(yùn)營成本;m為每個(gè)基站節(jié)約的運(yùn)營成本。

1.3.2 環(huán)境效益子系統(tǒng)

從業(yè)務(wù)拓展的角度分析,多站融合項(xiàng)目通過“產(chǎn)業(yè)數(shù)字化”在輔助實(shí)現(xiàn)“多能互補(bǔ)”和“電能替代”的同時(shí),對(duì)環(huán)境保護(hù)起到了一定的促進(jìn)作用。

根據(jù)因果關(guān)系圖、參考系統(tǒng)流圖符號(hào),建立多站融合項(xiàng)目環(huán)境效益的存量流量圖,如圖8 所示。

圖8 環(huán)境效益存量流量圖Fig.8 The stock-flow diagram of environmental benefit

多站融合項(xiàng)目的環(huán)境效益主要體現(xiàn)于減少的廢氣排放量以及減少的固體廢物排放量。替代煤電減少的廢氣主要為二氧化碳、二氧化硫與氮氧化物,替代煤電的固體廢物排放主要為粉塵顆粒。據(jù)《中國煤電發(fā)展清潔報(bào)告2020》統(tǒng)計(jì),2019 年中國每千瓦時(shí)煤電二氧化碳排放量為577g/(kW·h),二氧化硫?yàn)?.187g/(kW· h),氮氧化物為0.195g/(kW ·h)[19]。影響替代廢氣排放量與替代固體廢物排放量的主要因素為清潔能源發(fā)電量。具體數(shù)學(xué)公式如下:

式中:H為環(huán)境效益;F1為替代固體廢物排放量;F2替代煤電廢氣排放量。

式中:Fs1為替代固體廢物排放量變化率,初始值為0。

式中:Fs2為替代煤電廢氣排放量變化率,初始值為0。

式中:D為分布式光伏供電量;e1為每千瓦時(shí)煤電氣體排放量。

式中:e2為每千瓦時(shí)煤電固體廢物排放量。

T1為單位面積年輻射總量。當(dāng)t小于3 時(shí),T1=2 531.48 (1-w)t,其中w為衰減率;當(dāng)t大于3 時(shí),T1=2 531.48 (1-5/300)3(1-w)(t-3)。

1.3.3 社會(huì)效益子系統(tǒng)

根據(jù)因果關(guān)系圖、參考系統(tǒng)流圖符號(hào),建立多站融合項(xiàng)目環(huán)境效益的存量流量圖,如圖9 所示。多站融合項(xiàng)目的社會(huì)效益主要體現(xiàn)于能源資源、人力資源和土地資源的節(jié)約。影響能源資源節(jié)約的為多站融合中清潔能源發(fā)電量。影響多站融合項(xiàng)目的社會(huì)效益中節(jié)約的人力資源與土地資源的主要因素為融合基站數(shù)量等。具體數(shù)學(xué)公式如下:

圖9 社會(huì)效益存量流量圖Fig.9 The stock-flow diagram of social benefit

式中:H1為節(jié)約的能源數(shù)量;Hs1為節(jié)約的能源數(shù)量變化率,初始值為0。

式中:h1為每個(gè)基站平均節(jié)約能源數(shù)量。

式中:H2為節(jié)約的土地資源;U為分布式光伏可用面積;h2為每個(gè)基站建設(shè)節(jié)約的土地資源。

式中:H3為節(jié)約的人力資源;h3為每個(gè)基站維護(hù)人員減少人數(shù)。

1.4 模型檢驗(yàn)

當(dāng)前,SD 模型有效性檢驗(yàn)的方法包括直觀檢驗(yàn)、運(yùn)行檢驗(yàn)、歷史性檢驗(yàn)以及靈敏性分析4 種[20]。為驗(yàn)證本文所構(gòu)建的多站融合項(xiàng)目的SD 模型能夠反映多站融合項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會(huì)效益的變化趨勢(shì),本文進(jìn)行了直觀檢驗(yàn),采用Vensim 軟件中的check model 對(duì)方程的量綱一致性與表達(dá)正確性進(jìn)行檢驗(yàn)。此外,該模型的界限通過了檢驗(yàn),說明該模型可行。

在多站融合項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會(huì)效益的研究中,系統(tǒng)的不確定性會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性,從而影響仿真結(jié)果。本文對(duì)模型進(jìn)行敏感性檢驗(yàn),以此判斷模型的穩(wěn)定性。本文擬對(duì)多站融合項(xiàng)目中各業(yè)務(wù)的凈現(xiàn)值和多站融合項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益中的部分參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),從而得出模型部分輸出值的響應(yīng)值,其公式如下:

式中:T表示時(shí)間;SQ表示系統(tǒng)中狀態(tài)變量Q對(duì)參數(shù)的靈敏度;Q(T)和X(T)分別為狀態(tài)變量和參數(shù)在T時(shí)刻的值;ΔQ(T)和ΔX(T)分別為狀態(tài)變量和參數(shù)在T時(shí)刻的增量。

本文從經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益模型中各選擇一個(gè)變量進(jìn)行靈敏性分析,其中能源類業(yè)務(wù)選擇為電網(wǎng)內(nèi)部收益,信息類業(yè)務(wù)選擇為電價(jià),租賃類業(yè)務(wù)選擇為基站平均節(jié)約運(yùn)營成本,利用控制變量原則,每次改變參數(shù)的10%,對(duì)1～20 年序列進(jìn)行分析;由于數(shù)據(jù)缺失,故對(duì)環(huán)境效益對(duì)1～3 年序列進(jìn)行分析。通過求其余變量的響應(yīng)值,依據(jù)式(1)求出各變量對(duì)每個(gè)參數(shù)的靈敏度,其結(jié)果如表4—6 所示。由結(jié)果可知:各參數(shù)對(duì)模型的靈敏度均低于20%,說明該模型穩(wěn)定度相對(duì)較高,適用性較強(qiáng)。

表4 經(jīng)濟(jì)效益系統(tǒng)靈敏性檢驗(yàn)Table 4 Sensitivity test of economic benefit system

表5 環(huán)境效益系統(tǒng)靈敏性檢驗(yàn)Table 5 Sensitivity test of environmental benefit system

表6 社會(huì)效益系統(tǒng)靈敏性檢驗(yàn)Table 6 Sensitivity test of social benefit system

2 模擬仿真

2.1 經(jīng)濟(jì)效益趨勢(shì)分析

2.1.1 能源類業(yè)務(wù)

對(duì)多站融合項(xiàng)目的能源類業(yè)務(wù)的凈現(xiàn)值變化趨勢(shì)進(jìn)行模擬,設(shè)定:時(shí)間步長(zhǎng)為1 年,模擬時(shí)間為20年。所需情境參數(shù)設(shè)定如下:

情境1(基準(zhǔn)情境)——以充電站年充電量歷史數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)情境;

情境2——年充電量比基準(zhǔn)情境上升20%;

情境3——年充電量比基準(zhǔn)情境上升40%;

情境4——年充電量比基準(zhǔn)情境下降20%;

情境5——年充電量比基準(zhǔn)情境下降40%。

模擬仿真結(jié)果如圖10 所示。由圖10 可知:1)不同情境下多站融合項(xiàng)目能源類業(yè)務(wù)的凈現(xiàn)值變化趨勢(shì)相同,由于設(shè)定第一年為項(xiàng)目建設(shè)期,故能源類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值在第1 年與第2 年間處于下降階段,第3 年至第20 年,能源類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值處于呈現(xiàn)“S”型增長(zhǎng)趨勢(shì)。第3 年至第7 年,能源類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值快速增長(zhǎng),其斜率逐年遞增;第7 年至第20 年,能源類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值斜率逐漸減小。受模擬步長(zhǎng)為20 年所限,其變化呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì),但其斜率將會(huì)逐漸減少為0,最后會(huì)逐漸逼近于固定值。2)第2 年能源類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值的下降速率與第1 年的相比較大,其主要原因?yàn)樵谕瓿身?xiàng)目建設(shè)后,能源類業(yè)務(wù)收益無法在短期內(nèi)彌補(bǔ)能源類業(yè)務(wù)成本。3)從第3 年至第20 年,多站融合項(xiàng)目能源類業(yè)務(wù)的凈現(xiàn)值呈現(xiàn)“S”型上升,其主要原因?yàn)槎嗾救诤享?xiàng)目中充換電站的充電量快速上升,使得充電收益快速上升,第13 年到第20 年間,由于充電量逐漸飽和,凈現(xiàn)值逐漸逼近于固定值。

圖10 能源類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值變化趨勢(shì)Fig.10 Trends in net present value of energy business

2.1.2 信息類業(yè)務(wù)

對(duì)多站融合項(xiàng)目的信息類業(yè)務(wù)的凈現(xiàn)值變化趨勢(shì)進(jìn)行模擬,以2019 年數(shù)據(jù)中心機(jī)柜全國平均上架率作為基準(zhǔn)情境,所需情境參數(shù)設(shè)定如下:

情境1(基準(zhǔn)情境)——上架率為52.8%,耗電量為194 480 kW·h,對(duì)應(yīng)全國平均上架率;

情 境 2——上架率為63.4%,耗電量為231 880 kW·h;

情 境 3——上架率為73.9%,耗電量為269 280 kW·h;

情 境 4——上架率為31.7%,耗電量為119 680 kW·h;

情 境 5——上架率為42.2%,耗電量為157 080 kW·h。

模擬仿真結(jié)果如圖11 所示。由圖11 可知:1)多站融合項(xiàng)目信息類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值不同情境下第1 年均為直線下降,其主要原因?yàn)榈? 年為項(xiàng)目建設(shè)期,還未取得收益。2)在第2 年至第20 年,情境1、情境2、情境3 和情境4 下信息類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值呈現(xiàn)一種“尋的行為”(即無限趨近于某一值)。受模擬步長(zhǎng)所限,雖然信息類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值呈現(xiàn)上升趨勢(shì),但其斜率則呈現(xiàn)遞減趨勢(shì),逐漸減為0,信息類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值逼近于固定值。3)情境4 下的信息類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值變化趨勢(shì)為直線下降,為負(fù)值,其速率與第1 年下降速率相比較小,情境4 中凈現(xiàn)值下降的主要原因?yàn)橛捎诳蛻魯?shù)量較少,導(dǎo)致低上架率,影響信息類業(yè)務(wù)的成本與收益,導(dǎo)致信息類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值下降。

圖11 信息類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值變化趨勢(shì)Fig.11 Trends in net present value of information business

2.1.3 租賃類業(yè)務(wù)

對(duì)多站融合項(xiàng)目的租賃類業(yè)務(wù)的凈現(xiàn)值變化趨勢(shì)進(jìn)行模擬,以全國平均上架率作為基準(zhǔn)情境,所需情境參數(shù)設(shè)定如下:

情境1(基準(zhǔn)情境)——上架率為52.8%;

情境2——上架率上漲20%,為63.4%;

情境3——上架率上漲40%,為73.9%;

情境4——上架率下降40%,為31.7%;

情境5——上架率下降20%,為42.2%。

模擬仿真結(jié)果如圖12 所示。由圖12 可知:1)租賃類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值在第1 年為直線下降,待多站融合項(xiàng)目開始商業(yè)運(yùn)營后,第2 年到第20 年租賃類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值呈現(xiàn)一種“尋的行為”,受模擬步長(zhǎng)所限,其租賃類業(yè)務(wù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì),但其斜率呈現(xiàn)逐年遞減趨勢(shì),后續(xù)逐漸減為0,逼近于固定值。2)多站融合項(xiàng)目的租賃類業(yè)務(wù)主要為機(jī)柜租賃、站址租賃等,機(jī)柜租賃等收益受到上架率的影響。第1 年為項(xiàng)目建設(shè)期,租賃類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值處于直線下降階段;在第2 年到第20 年間,其凈現(xiàn)值呈現(xiàn)出一種“尋的行為”,租賃類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值逐漸逼近固定值。

圖12 租賃類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值變化趨勢(shì)Fig.12 Trends in net present value of leasing business

2.1.4 成本節(jié)約

對(duì)多站融合項(xiàng)目的信息類業(yè)務(wù)的凈現(xiàn)值變化趨勢(shì)進(jìn)行模擬。所需情境參數(shù)設(shè)定如下:

情境1(基準(zhǔn)情境)——融合基站數(shù)量為3;

情境2——融合基站數(shù)量為4;

情境3——融合基站數(shù)量為5;

情境4——融合基站數(shù)量為6;

情境5——融合基站數(shù)量為7。

模擬仿真結(jié)果如圖13 所示。由圖13 可知:1)節(jié)約成本的凈現(xiàn)值在運(yùn)營期內(nèi)呈現(xiàn)直線上升趨勢(shì),且不同情境下多站融合項(xiàng)目節(jié)約成本的凈現(xiàn)值變化趨勢(shì)相同;節(jié)約成本主要體現(xiàn)在兩方面,即節(jié)約的建設(shè)成本與節(jié)約的運(yùn)營成本。2)多站融合項(xiàng)目是利用變電站閑置資源進(jìn)行建設(shè),融合基站數(shù)量越多,所節(jié)約的建設(shè)成本越多,屬于一次性建設(shè)投入;其次,多站融合項(xiàng)目節(jié)約的運(yùn)營成本受到消耗能源數(shù)量、人力資源成本的影響,能源消耗量和人力資源成本屬于持續(xù)性的投入。項(xiàng)目的運(yùn)營成本與融合基站數(shù)量呈正比,故多站融合項(xiàng)目節(jié)約成本的凈現(xiàn)值處于直線上升。

圖13 節(jié)約成本凈現(xiàn)值變化趨勢(shì)Fig.13 Trends in net present value of saving cost

2.2 環(huán)境效益趨勢(shì)分析

對(duì)多站融合項(xiàng)目環(huán)境效益的變化趨勢(shì)進(jìn)行模擬。所需情境參數(shù)設(shè)定如下:

情境1(基準(zhǔn)情境)——單位面積年輻射總量為2 109.6 kW·h/(a·m2);

情境2——單位面積年輻射總量比基準(zhǔn)情境下降20%;

情境3——單位面積年輻射總量比基準(zhǔn)情境下降10%;

情境4——單位面積年輻射總量比基準(zhǔn)情境上浮10%;

情境5——單位面積年輻射總量比基準(zhǔn)情境上浮20%。

多站融合項(xiàng)目的環(huán)境效益分為兩個(gè)方面,即替代固體排放量與替代氣體排放量。模擬仿真結(jié)果如圖14 所示。由圖14 可知:1)多站融合項(xiàng)目的環(huán)境效益,是基于能源經(jīng)濟(jì)性(單位面積年輻射總量)的一種“引致效應(yīng)”,是通過數(shù)字化經(jīng)濟(jì)下的“電能替代”和“多能互補(bǔ)”過程而實(shí)現(xiàn)的。2)多站融合項(xiàng)目替代固體排放量與替代氣體排放量在不同情境下均呈現(xiàn)出一種“尋的行為”,出現(xiàn)“尋的行為”的主要原因?yàn)槭艿焦夥M件衰減的影響,若光伏組件超出使用壽命,則其替代煤電固體和氣體排放量會(huì)逐漸衰減至0。3)替代固體排放量與替代氣體排放量存在差異的主要因素為不同區(qū)域的資源稟賦,不同情境下光伏組件的年利用小時(shí)數(shù)有所差異,故其單位面積年輻射總量有所不同,光伏組件年利用小時(shí)數(shù)不同影響區(qū)域光伏發(fā)電總量進(jìn)而影響多站融合項(xiàng)目的環(huán)境效益。

圖14 環(huán)境效益變化趨勢(shì)Fig.14 Trends in environmental benefit

2.3 社會(huì)效益趨勢(shì)分析

對(duì)多站融合項(xiàng)目的社會(huì)效益變化趨勢(shì)進(jìn)行模擬。所需情境參數(shù)設(shè)定如下:

情境1(基準(zhǔn)情境)——融合基站數(shù)量為3;

情境2——融合基站數(shù)量為4;

情境3——融合基站數(shù)量為5;

情境4——融合基站數(shù)量為6;

情境5——融合基站數(shù)量為7。

多站融合項(xiàng)目的社會(huì)效益分為3 方面,即節(jié)約的能源數(shù)量、節(jié)約的人力資源和節(jié)約的土地資源。模擬仿真結(jié)果如圖15 所示。由圖15 可知:1)不同情境下節(jié)約的能源數(shù)量、節(jié)約的人力資源和節(jié)約的土地資源變化趨勢(shì)相同。2)多站融合項(xiàng)目基站能源消耗量屬于運(yùn)營成本,需要持續(xù)性投入,故其變化趨勢(shì)為直線上升,節(jié)約能源數(shù)量與融合基站數(shù)量成正比;節(jié)約的人力資源和土地資源為固定值,與融合基站數(shù)量成正比。

圖15 社會(huì)效益變化趨勢(shì)Fig.15 Trends in social benefit

3 結(jié)論

作為電網(wǎng)企業(yè)新拓展的業(yè)務(wù),多站融合項(xiàng)目雖處于導(dǎo)入發(fā)展階段,但在全國部分地區(qū)已出現(xiàn)試點(diǎn)應(yīng)用,這必將成為“新基建”的項(xiàng)目典型和“電網(wǎng)數(shù)字化”的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。本文構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)多站融合項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益進(jìn)行分析,通過多業(yè)務(wù)場(chǎng)景分析模擬仿真出多站融合項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的變化趨勢(shì),以此說明模型的科學(xué)性和有效性。通過本文研究,得出如下結(jié)論:

1)在多站融合項(xiàng)目各業(yè)務(wù)經(jīng)濟(jì)效益中,不同的業(yè)務(wù)在一定條件下均能夠取得滿足預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。三類業(yè)務(wù)均在第1 年呈現(xiàn)直線下降的趨勢(shì);在第2 年到第20 年間,能源類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值變化趨勢(shì)為“S”型上升,在較低上架率的情況下信息類業(yè)務(wù)凈現(xiàn)值逐漸降低,租賃類業(yè)務(wù)的凈現(xiàn)值將在業(yè)務(wù)飽和的情況下無限趨近于某一固定值。多站融合不同業(yè)務(wù)的經(jīng)濟(jì)效益影響因素各不相同,能源類業(yè)務(wù)的影響因素為充電量,信息類和租賃類業(yè)務(wù)的主要影響因素為機(jī)柜上架率。

2)環(huán)境效益是多站融合中能源類業(yè)務(wù)的“引致效應(yīng)”,可輔助提高廢物廢氣的減排效率。在不考慮增加裝機(jī)的情況下,受到分布式光伏組件衰減的約束,替代固體廢物排放量與替代煤電廢氣排放量均呈現(xiàn)出趨近于某一固定值的變化趨勢(shì),且影響環(huán)境效益的主要因素為不同地區(qū)的年輻射總量。總體而言,在不同情境下,多站融合項(xiàng)目均有較為理想的環(huán)境效益;項(xiàng)目開展能夠通過能源類業(yè)務(wù)的“電能替代”作用和“多能互補(bǔ)”作用,提升區(qū)域清潔能源消納能力,減少固體廢物和廢氣的排放量。

3)多站融合中社會(huì)效益主要體現(xiàn)于土地資源、能源資源和人力資源三方面社會(huì)資本的節(jié)約。其中,能源資源的節(jié)約能力呈現(xiàn)出顯著的上升趨勢(shì);土地資源與人力資源的節(jié)約能力雖明顯但較為固定,且多站融合項(xiàng)目中融合的基站數(shù)量越多,則節(jié)約的土地資源與人力資源越大。多站融合項(xiàng)目的社會(huì)效益變化趨勢(shì)體現(xiàn)了多站融合充分利用了空間、能源等變電站閑置資源,降低了能源消耗,提高了土地和人力等資源的利用效率。