基于AHP与FUZZY的流域梯级水电站电价风险分析

2014-03-22谭唯薇贾建伟范瑞琪叶玉健

水利经济 2014年6期

谭唯薇,贾建伟,范瑞琪,叶玉健,武晶

(1.四川大学水利水电学院,四川成都 610065; 2.长江水利委员会水文局,湖北武汉 430010; 3.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院有限公司,四川成都 610072; 4.中国国电集团西藏分公司,四川成都 610072)

随着我国“流域、梯级、滚动、综合”开发机制的日趋成熟,全国各地逐渐呈现出了流域水电梯级规划开发的态势,极大地促进了流域的统一开发和管理,促使梯级电站间水资源的综合优化调度,实现了水能利用的最大化。随着流域梯级开发的逐步深入,尤其是在我国水能资源丰富的西部地区,由于“西电东送”战略的稳步推进,越来越多的大型梯级水电站将成为我国东部地区的骨干电源[1]。结合当前形势,对规划电站建成后可能面临的水电价格风险进行分析和预测,对于电站建设以及整个水电事业健康可持续发展都有着重要意义[2],尤其是将流域梯级电站作为一个整体进行电价的风险分析和评价,可以为梯级水电站群实现统一调度、促进资源利用和收益最大化提供一定依据,因而,找寻一种实用的梯级水电站群水电价格风险分析评价方法十分必要。

1 水电价格风险分析

水电价格的不确定性导致了电价风险,进行风险分析后得到构成水电价格风险的风险因子,即为影响发电商上网电价波动的因子[3]。对于水电站来说,电能是其唯一的产品输出,其销售收入是支撑水电站持续运作的唯一资金来源,是影响水电投资及水电事业健康稳定可持续发展的重要因素。由于现今我国电力市场还未完全开放,政府定价仍是我国水电当前以及未来较长一段时间的定价模式。因此在电站投入运营后将采用何种电价机制进行价格核定是水电站业主方无法定夺的,因而由定价机制所带来的风险对于电站来说是很难进行准确预测的。但电站业主方仍然可以根据电站自身的实际情况,结合当前电力市场现状以及水电价格政策趋势对自身电站价格风险进行测度。在此,本文将从自身因素、市场因素以及政策因素3个方面对水电站电价风险进行简要的分析和说明。

1.1 自身因素

从水电定价过程来看,无论用何种电价机制或方法,水电价格水平都是以成本作为定价基础再加以合理收益来确定的。因此,水电站成本的高低是影响上网电价水平的重要因素,也是电站电价风险的重要来源。对于水电站来说,成本主要包括建设成本和经营成本两部分,其中建设成本占绝对比重。水电建设成本主要包括在前期投入、建设期投入、移民投入、机电投入。经营成本主要是在电站运营期设备维护维修以及人工成本的投入,和建设成本相比压力较小。预估电价水平作为电站在建成以前结合自身预计的资金投入和合理收益进行的电价水平测算,估价过高可能导致电价在今后很难得到批准,过低又很难使电站得到合理收益,这样就极易造成电站的亏损。

自然因素可以直接影响电站的发电量,对于单个水电站来说,来水的不确定会导致电站发电量的不确定,对于梯级电站来说,尽管通过优化调度模型可以满足电站在运行上的特定需求,却难以甚至是不可能满足所有电站的需求[4],最终可能导致水能得不到充分利用。

1.2 市场因素

从目前我国能源结构来看,水火电比例失衡,火电比重远大于水电。由于近年来煤炭资源紧缺导致煤价上涨过快,煤电联动直接致使火电上网电价多次上调。水电一定程度上作为火电的替代品,其上网电价也会相应地有一定上调,但调整幅度远小于火电。随着能源结构的优化,火电比重将逐年下降,而水电比重将越来越大。这样一来,即使在维持销售电价不变的情况下水电上网电价的上调空间也会越来越大。

从近几年的销售电价来看,除了居民生活用电电价变幅不大以外,工、农业用电电价均有较大涨幅,尤其是工业用电。由于销售电价与上网电价存在因果联系,所以销售电价的上调也将带来水电上网电价的上调。

从市场环境来看,云南省水、火电上网电价水平在全国范围内都是最低的,在能源价格普遍上涨的大趋势下,云南省水电上网电价上涨的空间很大。

1.3 政策因素

由于电力属于公共产品,具有一定的自然垄断性,因而,我国目前水电上网电价的定价一般是由价格主管部门进行审批。此外,政府相关部门还可能会根据市场环境以及相关政策的变化从宏观上出台一些有针对性的政策,以统筹整个水电行业的发展,例如调价政策、税收政策等,而这些相关政策也会直接或间接地影响上网电价，进而影响电站的销售收入。

国家政策对行业发展具有很强的导向作用,政策导向往往会释放一些趋势性信号,可能会给电站未来水电价格调整带来一定有利或不利的影响。从政策导向来看,云南省水电上网电价一直处于上调的状态,在2004—2011年的3次价格调整后主要水电站的平均价格水平呈现出明显上涨的趋势,而从2014年国家发布的《关于完善水电上网电价形成机制的通知》来看,今后云南省新投水电站的上网电价水平将不会低于现有同性质电站的价格水平。

随着节能减排政策的不断推进,以及水电移民环保压力的不断加大,“水火同价”的呼声也越来越高,水火电电价差距有望逐渐缩小。

综上所述,水电价格风险分析中的风险指标可分为三级,一级指标为电价风险,二级指标为自身因素(由三级指标造价水平、预估电价水平、经营成本、自然因素构成)、市场因素(由三级指标能源结构、销售电价、市场环境构成)、政策因素(由三级指标价格政策、政策导向、火电政策构成)。

2 水电价格风险分析模型构建

水电价格风险分析模型的构建主要以层次分析法为基础进行价格风险的模糊综合评价,其主要内容包括权重的确定和模糊综合评价两部分。

2.1 权重的确定

进行电价风险评价的首要任务就是要建立风险评价指标体系,确定各风险指标的权重。确定权重的方法有很多,笔者采用的是层次分析法(AHP)。层次分析法是将一个实际问题进行分析,然后建立一个自上而下的层次结构,最上层为目标层,以下为准则层,同层因素从属于或影响着上一层因素,支配或受影响于下一层因素。在水电价格风险中,价格风险作为层次结构的顶层,各风险因素作为准则层。

a.根据前面对水电价格风险因素的分析,建立层次结构模型，见图1。

图1 电价风险三级评价指标

b.根据各个电站的实际情况,对已构建的模型中每个层次风险要素的相对重要性做出判断并进行打分,构建判断矩阵，见表1。

表1 风险要素判断矩阵

表1中,uij是Ui对Uj的相对重要性的数值表示,uij取1,2,…,9及其倒数,则uij=1,3,5,7,9的含义分别为Ui对Uj一样重要,稍微重要,明显重要,强烈重要,绝对重要。而2,4,6,8则为中间状态数值,倒数所表达的意义反之。

c.确定电价风险要素的相对重要度后,根据式(1)计算判断矩阵U的特征向量W[5]。

(1)

(2)

W=(W1,W2,…,Wi) (i=1,2,…,n)

(3)

UW=λmaxW

(4)

表3 流域梯级电站主要参数

d.根据式(4)进行矩阵的一致性判断,计算一致性指标C.I.

(5)

式中:λmax为U的最大特征根。

(6)

e.定义风险评价指标的权重一致性指标

(7)

式中C.R.为随机性指标取值,见表2。

表2 随机性指标C.R.数值

若计算得到CR<0.1,证明判断矩阵的一致性可以接受,W在可接受范围内,否则,就要对权重进行修正,直到最终达到评判要求。

2.2 模糊综合评价模型

在水电价格风险评估中,很多事件的风险程度是很难甚至不可能精确描述的,而利用模糊数学概念进行电价风险的衡量和评价,可以为决策者在决策和管理过程中提供一种有效、可行的方法。

对电价风险进行评价时,由待评价风险因素构成一个有限集合:O={u1,u2,…,un},n表示评价指标因素个数。

根据实际需要,由风险程度评语构成有限集合:V={v1,v2,…,vm},m表示评语等级个数,文中采用大、中、小3个评价等级。

根据确定的评语集合,用德尔菲法通过专家匿名打分,得到评价结果:B=[b1,b2,…,bm],为一个m维的模糊向量。其论域为V,bj为B中相应元素的隶属度,且bj∈[0,1],j=1,2,…,m。

根据层次分析法确定电价风险评价因素的权重集合:A=[a1,a2,…,an],其论域为O,ai为A中相应元素的隶属度,即风险因素ui的权重，且ai∈[0,1],i=1,2,…,n;并应满足A中所有元素的和为1。水电价格模糊综合评价模型就是将O这一论域上的A经过模糊关系的处理变换为评语集合这一论域上的模糊集合[6],即

B=A∘R

(8)

式中:B为模型计算得到的评价结果,为m维模糊行向量;A为电价风险评价因素权重的集合,为n维模糊行向量;R为从O到V的一个模糊关系,是一个n×m的矩阵,其元素rij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)表示对第i个评价因素做出第j种评语的可能程度;“∘”为一种模糊向量计算方式,计算规则见式(9)。

式(8)为模糊矩阵的乘积,其中B的元素计算方法如下:

min(a2,r2j),…,min(an,rnj)} (j=1,2,…,m)

(9)

3 实例

云南省某流域规划建设“三库六级”水电站,根据该流域梯级水电站规划开发建设情况,参照相关电站设计报告、调整概算文件以及相关规划批复文件,各梯级水电站的装机容量、发电量及投资情况见表3。由于经营期电价方法依然是我国目前水电上网电价核算最常用的方法,因此采用此法并以8%的资本金内部收益率测算出各单站的预估电价水平。

各电站风险因素权重分布计算过程如下,以A电站为例。

a.根据A电站的实际情况,分别确定自身因素、政策因素和市场因素中各子风险因素的相对重要度并进行打分,构建三级风险因素的判断矩阵。以自身因素为例,建立其子风险因素判断矩阵如下: