(1.國網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院 浙江 杭州 310008;2.浙江大學電氣工程學院 浙江 杭州 310027)

基于“源網(wǎng)荷”框架的特高壓輸變電工程社會效益評價指標體系

楊侃張一泓李媛王佳穎

(1.國網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院浙江杭州310008;2.浙江大學電氣工程學院浙江杭州310027)

發(fā)展特高壓輸變電工程具有重要意義,特高壓電網(wǎng)是堅強智能電網(wǎng)的重要組成部分。對特高壓輸變電工程社會效益的評估既是事前引導,可以衡量特高壓輸變電工程的建設(shè)效果,同時也是事后總結(jié),能為今后類似工程的建設(shè)提供經(jīng)驗和依據(jù)。針對目前我國特高壓輸變電工程發(fā)展現(xiàn)狀,本文首先基于“源網(wǎng)荷”框架,從源、網(wǎng)、荷三個角度對社會效益進行了識別,并進一步構(gòu)建了多層次的特高壓輸變電工程社會效益評價指標體系;然后采用模糊層次綜合評價模型,通過層次分析法求得各指標權(quán)重;最后計算模糊評價結(jié)果并進行分析。

特高壓輸變電工程;“源網(wǎng)荷”框架;社會效益;評價指標體系;模糊層次綜合評價模型

引言

建設(shè)以特高壓交、直流互聯(lián)為骨干網(wǎng)架的堅強智能電網(wǎng),是我國電網(wǎng)發(fā)展的重大戰(zhàn)略措施。根據(jù)特高壓電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃,預(yù)計到2020年基本形成“三縱三橫一環(huán)網(wǎng)”特高壓網(wǎng)架。特高壓輸變電工程具有建設(shè)規(guī)模大、投資高、社會影響大等特點,特高壓電網(wǎng)是堅強智能電網(wǎng)的重要組成部分。

特高壓輸變電工程的社會效益不僅在于直接經(jīng)濟效益，更在與工程帶來的潛在龐大的社會效益。目前特高壓輸變電工程的效益評估多基于技術(shù)經(jīng)濟評價理論，對從國民經(jīng)濟角度的社會效益評價相對較少，其原因一方面是部分社會效益的指標較難量化，或較難轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的經(jīng)濟指標；另一方面是工程本身對社會效益的影響半徑較難界定。同時，特高壓輸變電工程的社會效益不僅來源于電網(wǎng)工程本身，相關(guān)的電源和負荷變化同樣也對工程社會效益產(chǎn)生重大影響，單一的工程效益評價無法從全社會角度作出客觀全面的評估。因此，要實現(xiàn)特高壓輸變電工程整體的社會效益評價，需要建立科學、系統(tǒng)、全面、易實現(xiàn)的綜合評價指標體系。

本文基于“源網(wǎng)荷”框架,從源、網(wǎng)、荷三個角度對社會效益進行了識別,并進一步構(gòu)建了多層次的特高壓輸變電工程社會效益評價指標體系;然后采用模糊層次綜合評價模型,通過層次分析法求得各指標權(quán)重;最后計算模糊評價結(jié)果并進行分析。

一、特高壓輸變電工程社會效益評價指標體系構(gòu)建

建立科學、客觀的評價體系是對評價對象進行有效評價的前提。為使評價指標全面、真實反映特高壓輸變電工程的效益水平，指標選取應(yīng)遵循以下原則：

(一)系統(tǒng)性原則

指標體系的建立要考慮影響輸變電項目效益的各方面因素。輸變電工程師一個比較復雜的大系統(tǒng)，各子系統(tǒng)既相互聯(lián)系又相互制約。因此，在指標體系設(shè)計時應(yīng)將定性指標與定量指標、靜態(tài)指標與動態(tài)指標合理地結(jié)合，重點考慮影響輸變電項目效益評價的主要因素。

(二)科學性原則

輸變電項目評價指標體系應(yīng)有科學的依據(jù)，能夠客觀地反映項目的真實情況，指標評價體建立應(yīng)確保層次結(jié)構(gòu)分明、邏輯條理通暢。

(三)可實現(xiàn)原則

進行指標設(shè)計時，應(yīng)考慮評價數(shù)據(jù)的獲取是否容易，數(shù)據(jù)來源是否可靠和準確，數(shù)據(jù)的量化和處理是否易實現(xiàn)等，從而保證在評價指標體系基礎(chǔ)上能夠順利實現(xiàn)評價，得到評價結(jié)果。

(四)層次性原則

輸變電項目評價指標主要涉及經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益等，這些效益間有著各自不同的影響因素，彼此間又有一定的重合，需要考慮指標體系之間的層次歸屬問題。

(五)可跟蹤性原則

輸變電項目后評價的目的是為了監(jiān)督和改善，評價結(jié)果需要在項目投產(chǎn)運行后一定時期內(nèi)對項目實際運行效果進行跟蹤和評估。因此，指標體系建立還應(yīng)考慮可跟蹤性。

二、特高壓輸變電工程社會效益評價指標體系

(一)源側(cè)效益指標

1.備用投資降低額

電力系統(tǒng)之所以需要備用容量,主要是由于電力工業(yè)生產(chǎn)的特點和用戶用電的不均衡性所決定的,電能的生產(chǎn)、輸送和消費幾乎是同時進行的,電能又不能大量存儲,而用戶的用電又有隨機性和不均衡性,因此,為了保證電力系統(tǒng)安全、可靠,連續(xù)地供電,則必須設(shè)置足夠的備用容量。

特高壓輸變電工程使得各個地區(qū)電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行,省(區(qū))網(wǎng)之間互為備用、互相支援,既提高了機組利用效率,增強了各省(區(qū))電網(wǎng)抵御事故的能力和運行可靠性,也減少了各省(區(qū))電網(wǎng)的備用容量,即減少了備用投資,從而增加了源側(cè)的經(jīng)濟效益。

2.氣體污染物減少量

我國電力一次能源以煤炭為主。燃煤電廠是排放SO2、NOx煙塵的重要部門。SO2排放是造成酸雨問題嚴重的主要原因。NOx煙塵是城市PM2.5的重要來源之一。特高壓輸變電工程推進清潔能源開發(fā)利用,減少了SO2、NOx、CO2、懸浮顆粒物等氣體污染物的排放。同時,通過互聯(lián)將西南水電和西北煤電大規(guī)模向東中部負荷中心輸送,煤電基地也可以通過消化大量洗中煤,有效地治理煤炭產(chǎn)區(qū)即源端的環(huán)境污染,從而得到環(huán)保效益。

3.新能源利用率

從新能源利用的角度,特高壓輸變電工程能有效利用新能源、清潔能源,提高了新能源利用率,減少了傳統(tǒng)化石能源的使用,極大地降低了燃料成本。

(二)網(wǎng)側(cè)效益指標

1.工程經(jīng)濟凈現(xiàn)值

工程經(jīng)濟凈現(xiàn)值是指用社會折現(xiàn)率將項目計算器內(nèi)各年凈效益流量折算到項目建設(shè)期初的現(xiàn)值之和。它是反映工程對國家貢獻的一項絕對效果指標,是用來進行工程評估和方案選擇的主要依據(jù),經(jīng)濟凈現(xiàn)值越大,表明工程所帶來的以絕對數(shù)值表示的經(jīng)濟效益越大。

國家電網(wǎng)公司通過投建特高壓輸變電工程帶來經(jīng)濟效益。當經(jīng)濟凈現(xiàn)值大于零時,表示國家為工程付出代價后,除得到符合社會折現(xiàn)率的社會效益外,還可以得到以凈現(xiàn)值表示的超額社會效益;當經(jīng)濟凈現(xiàn)值等于零時,表示工程占用投資對國民經(jīng)濟所作凈貢獻剛好滿足社會折現(xiàn)率的要求;而當經(jīng)濟凈現(xiàn)值小于零時,則表明工程占用投資對國民經(jīng)濟所作的凈貢獻未達到社會折現(xiàn)率的要求。所以,一般來說,只有當工程的經(jīng)濟凈現(xiàn)值大于或等于零時,工程才是可以接受的。

2.對沿線動植物的影響

特高壓輸變電工程需要大跨距的建造輸電網(wǎng)。輸電網(wǎng)的建設(shè)會對土壤以及植被造成一定的破壞和改變,改變了沿線的自然環(huán)境,從而對沿線動植物的數(shù)量造成一定影響。

3.對沿線景觀的影響

輸電線路沿線及變電站的建立會對綠化地、森林造成一定的破壞,其破壞程度可用破壞指標比如“人均綠地變化率”和“人均森林植物覆蓋變化率”等衡量。

4.電磁干擾噪聲污染

磁環(huán)境影響包括工頻電場、磁場的影響和無線電干擾的影響等方面。輸電線路的電磁輻射不僅影響人、畜的身體特征,還會在一定程度上影響人的心理健康;同時其產(chǎn)生的電波同廣播和電視的接收信號波形成效應(yīng),干擾其信號的穩(wěn)定性。因此,輸電線路的走廊要注意考慮其產(chǎn)生的電磁輻射的影響,該指標也是影響環(huán)境效應(yīng)的重要指標。

(三)荷側(cè)效益指標

1.人均地區(qū)生產(chǎn)總值

特高壓輸變電重大工程在建設(shè)期間或投入運行后,會擴大當?shù)亟?jīng)濟規(guī)模的擴大與增長。工程主要通過直接增加當?shù)刈罱K產(chǎn)品或服務(wù)的投資購買活動,對當?shù)亟?jīng)濟產(chǎn)生經(jīng)濟影響,比如工程會在當?shù)夭少彺罅康慕ú?、設(shè)備等相關(guān)產(chǎn)品,導致當?shù)乜傂枨蟮脑黾印?/p>

人均地區(qū)生產(chǎn)總值指一定時期內(nèi)按平均常住人口計算的地區(qū)生產(chǎn)總值,是衡量一個地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展狀況的重要指標,它體現(xiàn)了該地區(qū)人民生活水平。

在輸變電重大工程投建或投入運行后,沿線區(qū)域人均地區(qū)生產(chǎn)總值增加在一定程度上可以說明該工程可以促進當?shù)貐^(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展。

2.城鎮(zhèn)化

城市化進程經(jīng)濟參數(shù)與居民生活用電需求之間有很大的一致性,存在顯著的協(xié)整關(guān)系,即具有長期共同趨勢。城市化經(jīng)濟進程參數(shù)越大,即城市化水平越高,城市經(jīng)濟越發(fā)達,居民生活用電需求量越大,供電條件隨之也要求越高。反之,城市化經(jīng)濟進程參數(shù)越小,即城市化水平越低,城市經(jīng)濟越遲緩,居民生活用電需求量也越小,供電條件也要求越低。農(nóng)村人口向城市轉(zhuǎn)移將是一個必然的趨勢,城市化進程和城市經(jīng)濟發(fā)展正步入了一個迅速發(fā)展的階段,居民收入的提高尤其是城市居民收入的提高,將對電力消費具有更強的依賴性。城市化進程經(jīng)濟參數(shù)的對數(shù)值與居民生活用電量需求值之間成正比增長的關(guān)系,并不屬于簡單的形式邏輯關(guān)系,彼此包含許多方面和許多因素,因而兩者之間的相互作用也很復雜。

3.就業(yè)影響

電網(wǎng)建設(shè)會直接和間接帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,促進社會就業(yè),對于社會的安全穩(wěn)定發(fā)揮積極作用。

4.土地增值

輸變電重大工程項目建成后,改變了終點電網(wǎng)工程附近的土地利用模式,帶動了區(qū)域的發(fā)展,提升了土地價格,給區(qū)域土地所帶來的顯著的增值效益。

5.用電負荷增長效益

在電力供應(yīng)相對緊缺時期,存在著“重發(fā)、輕功”的狀況,致使電網(wǎng)建設(shè)相對滯后,導致電網(wǎng)基礎(chǔ)性功能不能很好發(fā)揮,也難以滿足經(jīng)濟快速發(fā)展對電力的需求。電網(wǎng)建設(shè)滯后還表現(xiàn)在,電網(wǎng)設(shè)備陳舊落后,科技含量不高,使電力落地難,受電能力不強,線路承載能力差,送電容量不足,缺少雙電源供電,轉(zhuǎn)供電能差,從而造成供電不足。電網(wǎng)功能不強還表現(xiàn)在線路保護技術(shù)落后,抵御災(zāi)害襲擊能力不足,還缺少預(yù)防惡劣氣候及外力損害的有效措施。

鑒于傳統(tǒng)電網(wǎng)功能的局限性,難以滿足經(jīng)濟快速發(fā)展和發(fā)電資源與用電負荷逆向分布的供電需求,更無法促進新能源發(fā)電并網(wǎng)消納。為此,必須轉(zhuǎn)變電網(wǎng)發(fā)展方式。特高壓輸變電重大工程建設(shè)使之適應(yīng)多元發(fā)電并網(wǎng)消納,擴大電力系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)的可選能源范圍,提高電網(wǎng)優(yōu)化配置電力資源能力和運行效率,使得用戶負荷大大增長。用戶負荷的增長,使得社會用電量增加,發(fā)電側(cè)及電網(wǎng)收益增多。

6.供電可靠性增加效益

特高壓輸變電重大工程的建設(shè)以提高對用戶的供電可靠性為目標,科學制定電網(wǎng)規(guī)劃,合理構(gòu)建電網(wǎng)結(jié)構(gòu),加強受端系統(tǒng)尤其是配電網(wǎng)建設(shè),積極探索因地制宜、多種方式實現(xiàn)配電自動化的實用模式,提升電網(wǎng)智能水平和管理水平,同時加強帶電作業(yè)、故障快速復電等技術(shù),有效地減少了用戶停電時間,促使用戶供電可靠性水平有了較大幅度的提升。

7.新能源交通增長貢獻

輸變電重大工程的實施對新能源交通的增長貢獻主要體現(xiàn)在電動汽車對化石能源汽車的替代,以及電動公交汽車對傳統(tǒng)能源公交汽車的替代上。

(四)評價指標體系

基于“源網(wǎng)荷”框架對特高壓輸變電工程社會效益的識別與分析,得到了特高壓輸變電工程社會效益評價指標體系,如表1所示。第一次層為目標層,評估特高壓輸變電工程社會效益所處的等級;第二層為要素層,包含源、網(wǎng)、荷三個方面;第三層為指標層,共包含14個指標。

表1特高壓輸變電工程社會效益評價指標體系

Table1EvaluationindexsystemofsocialbenefitofUHVpowertransmissionandtransformationproject

目標層要素層指標層特高壓輸變電重大工程效益評價U源側(cè)效益U1網(wǎng)側(cè)效益U2荷側(cè)效益U3備用投資降低額u11氣體污染物減少量u12新能源利用率u13工程經(jīng)濟凈現(xiàn)值u21對沿線動植物的影響u22對沿線景觀的影響u23電磁干擾噪聲污染u24人均地區(qū)生產(chǎn)總值u31城鎮(zhèn)化u32就業(yè)影響u33土地增值u34用電負荷增長效益u35供電可靠性增加效益u36新能源交通增長貢獻u37

三、模糊層次綜合評價模型

層次分析法(AHP)是由美國教授T.L.Saaty在20世紀70年代提出,AHP首先根據(jù)問題的性質(zhì)和要求達到的總目標,把問題層次化,建立起一個有序的遞階系統(tǒng),然后對系統(tǒng)中各有關(guān)因素進行兩兩比較評判,通過對這種比較評判結(jié)果的綜合計算處理,最終把系統(tǒng)分析歸結(jié)為最低層相對于最高層的相對重要性權(quán)重的確定問題,是一種定性和定量分析相結(jié)合的評價方法。

從上文可以看到,特高壓輸變電工程社會效益評價指標體系是一個具有層次性和復雜性的體系,既包含定量指標,也包含定性指標。而模糊綜合評價方法可以方便地將定性值向定量值予以轉(zhuǎn)化,然后可以對所有指標進行量化的統(tǒng)一評價。因此,本文選取模糊層次綜合評價模型,即結(jié)合模糊定量方法的層次分析法對指標的權(quán)重和評價結(jié)果進行計算分析。

(一)建立因素集和評價集

根據(jù)表1的特高壓輸變電工程社會效益評價指標體系,將待評價的14個因素全集劃分成2層3個不同的因素子集。

1.第一層因素集U={U1,U2,U3};

2.第二層因素集U1={u11,u12,u13};U2={u21,u22,u23,

u24};U3={u31,u32,u33,u34,u35,u36,u37}。

確定評價集為V={v1,v2,v3,v4}={優(yōu)秀,良好,一般,較差}。

(二)確定評價因素集的權(quán)重

針對特高壓輸變電工程社會效益評價指標體系,本文選用德爾菲法與層次分析法相結(jié)合的方法,先采用德爾菲法確定指標間的相對重要性,得到模糊判斷矩陣,通過一致化模糊判斷矩陣和相應(yīng)計算得到每一層次的評價因素集權(quán)重。

1.模糊判斷矩陣

模糊判斷矩陣F表示針對上一層指標,本層次與之有關(guān)元素之間相對重要性的比較,模糊判斷矩陣F可表示為:

(1)

式中:fij指本層次第i個元素對第j個元素具有模糊關(guān)系“i比j重要得多”的隸屬度;n為該層元素個數(shù)。

通過德爾菲法確定各層指標間的相對重要性:

2.模糊一致化判斷矩陣

首先對模糊判斷矩陣F按行求和,記為:

(2)

并作如下數(shù)學變換:

(3)

由此得到模糊一致化判斷矩陣:

(4)

3.確定權(quán)重集

由模糊一致化判斷矩陣W求元素的權(quán)重集A=(A1,A2,…,An)表示各因素的權(quán)數(shù)分配。模糊一致化矩陣每行元素的和(不含自身比較)為:

(5)

由于li表示指標i相對上層目標的重要性,所以對li歸一化即可得到各指標權(quán)重:

(6)

根據(jù)式(2)～(6)計算權(quán)重集:

A1=(0.367,0.283,0.350);

A2=(0.317,0.225,0.192,0.267);

A3=(0.150,0.143,0.181,0.124,0.112,0.131,0.160);

A=(0.333,0.300,0.367)。

(三)模糊評價矩陣

從U到V的模糊關(guān)系,用模糊評價矩陣R來描述:

(7)

式中:rij為因素ui作為vj所具有的隸屬度,m為評價集級別。

采用模糊統(tǒng)計法與德爾菲法相結(jié)合的方法,確定各個指標的隸屬度,采用的調(diào)查方式為問卷形式,有

(8)

式中:kij指的是因素ui被評為vj所具有的有效答卷數(shù);k為整個評價過程中的全部有效答卷數(shù)。

問卷發(fā)放50份,回收50份,其中有效問卷50份,整理數(shù)據(jù)得到模糊評價矩陣。其中,R1為源側(cè)效益模糊評價矩陣;R2為網(wǎng)側(cè)效益模糊評價矩陣;R3為荷側(cè)效益模糊評價矩陣。

(四)模糊綜合評價計算

通過U上的權(quán)重集A與評價矩陣R的合成,就可以得到每個因素的綜合評價B=A°R。若是多層級指標體系,則需要從下往上逐層計算每一評價結(jié)果。具體公式如下:

(9)

由以上權(quán)重集和模糊評價矩陣可以計算得到:

B1=(0.627,0.215,0.112,0.045);

B2=(0.707,0.157,0.112,0.024);

B3=(0.635,0.186,0.127,0.052);

B=(0.628,0.194,0.126,0.052)。

(五)模糊評價結(jié)果分析

從B的結(jié)果可以看出,優(yōu)秀的評價為62.8%,良好的評價為19.4%,一般的評價為12.6%,較差的評價為5.2%。因此,本指標評價系統(tǒng)合理。

四、結(jié)語

針對特高壓輸變電工程的發(fā)展現(xiàn)狀,本文基于“源網(wǎng)荷”框架,將源側(cè)、網(wǎng)側(cè)和荷側(cè)三者統(tǒng)籌考慮,構(gòu)建了多層次的特高壓輸變電工程社會效益評價指標體系。同時,將模糊層次綜合評價模型引入特高壓輸變電工程社會效益評價應(yīng)用中,該評價模型主要是采用層次分析法來確定評價指標權(quán)重,運用模糊數(shù)學理論完成綜合評價。算例表明,本文提出的特高壓輸變電工程社會效益模糊層次綜合評價模型能夠有效地對特高壓輸變電工程進行社會效益評價,為合理地評價特高壓輸變電工程的社會效益,提供了一種新的方法,也為科學地進行后續(xù)投資決策提供了一個有意義的探索。

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國家電網(wǎng)公司科技項目，編號5211JY60002

楊侃(1983.3-)，男，漢族，浙江建德人，工程師，本科，國網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，研究方向：電力能源經(jīng)濟。