基于大數(shù)據(jù)的電力項(xiàng)目全過程經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法及系統(tǒng)研究

李霄飛 陳正浩 陳子謙 張國輝

(1.大唐技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院有限公司，北京 100049；2.湖南大唐先一科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

0 引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求越來越大。中國電力建設(shè)企業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國電力建設(shè)行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2021》顯示[1]，2020年全國電源工程建設(shè)完成投資5292億元，在建項(xiàng)目達(dá)2030個(gè)，總裝機(jī)容量為42 948萬kW。同時(shí)，我國也加大了電力項(xiàng)目建設(shè)的對(duì)外投資力度，2020年我國新簽電力項(xiàng)目合同金額271.7億美元，同比增長(zhǎng)12.8%。

自我國推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革以來，對(duì)國有企業(yè)的考核要求向“高質(zhì)量發(fā)展”轉(zhuǎn)變，大型發(fā)電集團(tuán)需有效防范投資風(fēng)險(xiǎn)。電力項(xiàng)目具有投資時(shí)間長(zhǎng)、投資數(shù)額大、影響投資效果因素多[2]、投資決策復(fù)雜[3]、難度大等特點(diǎn)[4]，必須有效管控電力項(xiàng)目全過程風(fēng)險(xiǎn)，提高電力項(xiàng)目投資效益。

1 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法文獻(xiàn)綜述

傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估技術(shù)包括成本效益分析(Cost Benefit Analysis，CBA)和全生命周期成本(Life Cycle Cost，LCC)模型。在電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)中，CBA常用于計(jì)算和比較給定服務(wù)區(qū)的收益和成本，而LCC模型可用于評(píng)價(jià)全生命周期電力項(xiàng)目的成本敏感性。

1.1 成本效益分析

成本效益分析是通過比較項(xiàng)目的全部成本和效益評(píng)估項(xiàng)目?jī)r(jià)值的一種方法[5]，被廣泛應(yīng)用于電力建設(shè)的計(jì)劃決策中[6]。例如，Kennedy[7]比較了新建核電與傳統(tǒng)燃?xì)獍l(fā)電和低碳技術(shù)(CCS、風(fēng)能等)的成本和收益，分析了英國新建核電的成本效益；Snyder等[8]考慮了多種影響因素，并對(duì)美國海上風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)成本函數(shù)；Sidhu等[9]研究了來自收益流、成本要素、電池壽命和貼現(xiàn)率的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性，基于蒙特卡羅模擬實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)備的成本效益分析；El-khattam等[10]研究了利用改進(jìn)的成本效益分析方法，分析了分布式光伏分電的最佳容量和選址決策。從這些文獻(xiàn)可以看出，雖然研究方法都比較確定，但在不同的項(xiàng)目甚至不同的區(qū)域，其參數(shù)和模型的選取都需要進(jìn)行不同角度的選取與調(diào)整，并無現(xiàn)成的參數(shù)或公式可直接使用。

1.2 生命周期能源模型

全生命周期成本是指電力項(xiàng)目在有效使用期間所發(fā)生的與該項(xiàng)目有關(guān)的所有成本[11]，主要解決既有方法中未包含運(yùn)營和維護(hù)在內(nèi)的相關(guān)成本[12]，以實(shí)現(xiàn)完整的項(xiàng)目可持續(xù)評(píng)估。在LCC中，能源平準(zhǔn)化成本(LCOE)是根據(jù)總項(xiàng)目生命周期成本與總生命周期能源生產(chǎn)比率進(jìn)行估算，是其中最為關(guān)鍵的部分。在當(dāng)前的文獻(xiàn)中，已在各種發(fā)電項(xiàng)目類型的分析中探討了這一主題，如對(duì)生物燃料[13]、集中式光伏[14]、海洋能[15]和分布式光伏[16]等單獨(dú)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)成本評(píng)估。這些研究估計(jì)了各類發(fā)電技術(shù)的LCOE，但沒有考慮輸入變量的不確定性。Spinney等[17]提出了蒙特卡羅模擬技術(shù)，用于分析電力資源決策和評(píng)估每個(gè)決策相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)。從這些研究中可以看到，相應(yīng)的假設(shè)建立在獲得數(shù)據(jù)的有限性上，同時(shí)存在研究項(xiàng)目的片面性，如對(duì)我國而言，較難正確反映項(xiàng)目的差異性、地域差異[2]以及企業(yè)所得稅稅率優(yōu)惠[18]等。

綜合以上文獻(xiàn)可知，大型發(fā)電集團(tuán)需要在更多的數(shù)據(jù)維度的基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，以獲取全過程的電力項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)和投資判斷，并利用上述文獻(xiàn)方法進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)整合與抽取，整理相應(yīng)模型，形成電力項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)結(jié)果。

2 國內(nèi)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)系統(tǒng)現(xiàn)狀與開發(fā)思路

2.1 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)大部分電力項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性軟件利用Excel工具進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，也有一些很多市場(chǎng)反應(yīng)較好的單機(jī)版軟件，如博微經(jīng)評(píng)、靈析經(jīng)評(píng)等，但都存在以下問題：

(1)目前所采用的電力建設(shè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)導(dǎo)則部分已經(jīng)過期，最新的導(dǎo)則沒有涵蓋。

(2)部分指標(biāo)的計(jì)算公式和方法涉及多個(gè)類型，而目前的第三方軟件均為一種，不可選擇。

(3)目前均只支持單一項(xiàng)目類型，不支持多項(xiàng)目融合類型。

(4)市面上的單機(jī)版軟件無法涉及多種數(shù)據(jù)源的獲取，無法涉及項(xiàng)目后評(píng)價(jià)等全生命周期的評(píng)價(jià)。

2.2 系統(tǒng)開發(fā)思路

本系統(tǒng)以某大型發(fā)電集團(tuán)的電力項(xiàng)目全過程的大數(shù)據(jù)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)為研究對(duì)象，基于集團(tuán)的海量數(shù)據(jù)，在發(fā)電建設(shè)項(xiàng)目大數(shù)據(jù)采集與匯聚的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的方法創(chuàng)新。

(1)將眾多高度關(guān)聯(lián)的大數(shù)據(jù)集聚構(gòu)建基于社會(huì)數(shù)據(jù)、集團(tuán)數(shù)據(jù)、電力數(shù)據(jù)等一體化的投資數(shù)據(jù)平臺(tái)，整合多方數(shù)據(jù)來源，利用相關(guān)的投資判斷新方法與新技術(shù)，對(duì)標(biāo)同區(qū)域同類型相關(guān)項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，實(shí)踐新型數(shù)據(jù)應(yīng)用與數(shù)據(jù)價(jià)值變現(xiàn)的新路徑。

(2)從“電力項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)體系”“電力項(xiàng)目投資協(xié)同決策”和“競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)地圖”三個(gè)方面，實(shí)踐基于大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)識(shí)別、精準(zhǔn)施策、精準(zhǔn)管控的電力項(xiàng)目投資全過程管理與項(xiàng)目培育的新理念，為集團(tuán)打造“經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)鐵籠”建設(shè)，實(shí)踐項(xiàng)目投資價(jià)值和投資科學(xué)的智能化決策新模式。

(3)創(chuàng)新基于表達(dá)式向量化計(jì)算引擎的新方法。經(jīng)典的SQL計(jì)算引擎逐漸成為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能瓶頸，尤其是對(duì)于涉及大量新方法計(jì)算的OLAP場(chǎng)景，需要?jiǎng)?chuàng)新分布式計(jì)算的調(diào)度效率。

3 基于大數(shù)據(jù)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)架構(gòu)

電力項(xiàng)目建設(shè)全過程(圖1)涉及的相應(yīng)參數(shù)品目繁多，不僅需要相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)、行業(yè)或企業(yè)類參數(shù)、設(shè)計(jì)值類參數(shù)、投資類參數(shù)、財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)類參數(shù)、運(yùn)營類參數(shù)、收入成本類參數(shù)，也需要區(qū)域數(shù)據(jù)、集團(tuán)數(shù)據(jù)、行業(yè)數(shù)據(jù)、社會(huì)數(shù)據(jù)等一系列數(shù)據(jù)，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 電力項(xiàng)目建設(shè)全過程示意圖

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2 基于分布式調(diào)度的表達(dá)式向量化計(jì)算引擎

模型計(jì)算需要調(diào)用大量的計(jì)算數(shù)據(jù)，可擴(kuò)展和交互式數(shù)據(jù)分析的需求不斷增長(zhǎng)，且參數(shù)來自不同的數(shù)據(jù)庫。采用分布式計(jì)算的辦法，可有效解決此問題[19]。而不同情境下涉及的參數(shù)較多，為加快計(jì)算應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的模型計(jì)算需求，目前較多采用數(shù)據(jù)列存儲(chǔ)方法并將其進(jìn)行向量化表示[20]，本文也采用與此相關(guān)的方法，主要步驟如下：

(1)利用表達(dá)式解析引擎(圖3)，將計(jì)算電力建設(shè)項(xiàng)目的成本、收入、收益率、單/多因素敏感分析、盈虧平衡等的第一公式項(xiàng)拆分為多個(gè)參數(shù)項(xiàng)。

圖3 表達(dá)式向量化計(jì)算引擎的分布式調(diào)度的電力建設(shè)項(xiàng)目

(2)判斷各個(gè)參數(shù)項(xiàng)是否為固定數(shù)值，并根據(jù)判斷結(jié)果分別為各個(gè)參數(shù)項(xiàng)設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)簽；將攜帶標(biāo)簽的各個(gè)參數(shù)項(xiàng)組合在一起，生成計(jì)算電力建設(shè)項(xiàng)目的成本、收入、收益率、單/多因素敏感分析、盈虧平衡等的第二公式項(xiàng)。

(3)利用所述第二公式項(xiàng)，計(jì)算電力建設(shè)項(xiàng)目的成本、收入、收益率、單/多因素敏感分析、盈虧平衡等。如還有公式則重復(fù)上述步驟。

(4)若所述參數(shù)項(xiàng)不包含子公式項(xiàng)，則確定所述參數(shù)項(xiàng)為固定數(shù)值。否則，確實(shí)所述參數(shù)項(xiàng)不是固定數(shù)值，分別為固定數(shù)值的參數(shù)項(xiàng)及不為固定數(shù)值的參數(shù)項(xiàng)設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)簽。

(5)優(yōu)選分別為固定數(shù)值的參數(shù)項(xiàng)及不為固定數(shù)值的參數(shù)項(xiàng)設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)簽包括：判斷所述不為固定數(shù)值的參數(shù)項(xiàng)中是否包含特殊運(yùn)算字符。若是，則在所述不為固定數(shù)值的參數(shù)項(xiàng)的頭部與不包含特殊運(yùn)算字符的參數(shù)項(xiàng)的頭部設(shè)置不同的標(biāo)簽。

(6)通過為電力建設(shè)項(xiàng)目的成本、收入、收益率、單/多因素敏感分析、盈虧平衡等公式中不同的參數(shù)項(xiàng)設(shè)置不同的標(biāo)簽，經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)工程師能夠快速理解各個(gè)參數(shù)項(xiàng)代表的含義，快速應(yīng)對(duì)電力建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)導(dǎo)則的變化，提高電力項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析計(jì)算效率及準(zhǔn)確率。

(7)調(diào)用計(jì)算引擎通過分布式的調(diào)度指數(shù)最高的計(jì)算節(jié)點(diǎn)接收查詢?nèi)蝿?wù)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)確定的查詢?nèi)蝿?wù)包括中間結(jié)果集的子查詢?nèi)蝿?wù)，以及確定所述中間結(jié)果集的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)計(jì)算將所述中間結(jié)果集遷移至本地的第一時(shí)間開銷，以及計(jì)算由所述存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行所述子查詢?nèi)蝿?wù)的第二時(shí)間開銷，相應(yīng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)根據(jù)第一時(shí)間開銷和第二時(shí)間開銷的比較結(jié)果，選擇是由所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)將中間結(jié)果集遷移至本地并執(zhí)行所述子查詢?nèi)蝿?wù)，還是由存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行所述子查詢?nèi)蝿?wù)。

本文解決了QSL單點(diǎn)故障、無法分布式拓展的問題，以及在分布式解決方案中，將中間結(jié)果集保存在產(chǎn)生中間結(jié)果集的計(jì)算節(jié)點(diǎn)本地(又稱中間結(jié)果集的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn))在發(fā)生后續(xù)計(jì)算時(shí)根據(jù)通信開銷和計(jì)算開銷協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)資源，選擇由存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行計(jì)算或者由當(dāng)前調(diào)度的計(jì)算節(jié)點(diǎn)完成計(jì)算，節(jié)省了大量的通信成本，提高了分布式系統(tǒng)的效率。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

可實(shí)現(xiàn)不同模型與參數(shù)的敏感性分析，如圖4所示。

圖4 不同模型與參數(shù)的敏感性分析(截圖)

對(duì)不同的階段進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)性指標(biāo)分析，改變了單一的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)模式，加強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)對(duì)項(xiàng)目流程的管控，如圖5所示。

圖5 不同階段對(duì)標(biāo)結(jié)果頁面(截圖)

將全國電價(jià)水平、風(fēng)光資源、消納水平等納入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，強(qiáng)化了數(shù)據(jù)的科學(xué)性，而不是為了上馬項(xiàng)目就可以隨意變更數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)還可以調(diào)用相應(yīng)的集團(tuán)項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)展示，如圖6所示為項(xiàng)目對(duì)標(biāo)展示情況。

圖6 項(xiàng)目對(duì)標(biāo)展示(截圖)

5 結(jié)語

將眾多高度關(guān)聯(lián)的大數(shù)據(jù)集聚構(gòu)建基于社會(huì)數(shù)據(jù)、集團(tuán)數(shù)據(jù)、電力數(shù)據(jù)等一體化的投資數(shù)據(jù)平臺(tái)，整合多方數(shù)據(jù)來源，涵蓋投資、產(chǎn)量、成本、效益4個(gè)方面的生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)的完整經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫，形成經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)客觀數(shù)據(jù)源。

目前，國內(nèi)電力建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)僅發(fā)布了火電與風(fēng)電兩種類型的評(píng)價(jià)導(dǎo)則，而大型發(fā)電集團(tuán)公司投資項(xiàng)目涉及煤電、風(fēng)電、光伏、燃機(jī)、水電、核電、煤化工、煤礦、綜合能源服務(wù)等項(xiàng)目以及項(xiàng)目組合。本系統(tǒng)通過參數(shù)化方式，實(shí)現(xiàn)表達(dá)式向量化，可使經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)工程師在不確定分析情況下實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目及項(xiàng)目組合的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。

以經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)以及大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，從管投向、管程序、管風(fēng)險(xiǎn)、管回報(bào)4個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)投資項(xiàng)目評(píng)價(jià)從項(xiàng)目?jī)?chǔ)備、立項(xiàng)、實(shí)施管理、后評(píng)價(jià)的全過程、一體化管控，為集團(tuán)公司戰(zhàn)略管理、投資管控、過程監(jiān)督以及考核評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐，提升投資決策、投資管控、投資分析的準(zhǔn)確性、及時(shí)性與科學(xué)性，進(jìn)而強(qiáng)化集團(tuán)公司投資管理職能，規(guī)范集團(tuán)公司投資行為，提高集團(tuán)公司整體投資管理水平。

通過信息技術(shù)及人工智能手段，實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)評(píng)價(jià)可視化、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)客觀化、政策與行業(yè)研究實(shí)時(shí)化，促進(jìn)集團(tuán)投資決策科學(xué)化，提升集團(tuán)的能源市場(chǎng)研究能力和預(yù)判能力，提高經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)工作成果的前瞻性和指導(dǎo)性。