基于“源网荷”框架的特高压输变电工程社会效益评价指标体系

(1.国网浙江省电力公司经济技术研究院 浙江 杭州 310008;2.浙江大学电气工程学院 浙江 杭州 310027)

基于“源网荷”框架的特高压输变电工程社会效益评价指标体系

杨侃张一泓李媛王佳颖

(1.国网浙江省电力公司经济技术研究院浙江杭州310008;2.浙江大学电气工程学院浙江杭州310027)

发展特高压输变电工程具有重要意义,特高压电网是坚强智能电网的重要组成部分。对特高压输变电工程社会效益的评估既是事前引导,可以衡量特高压输变电工程的建设效果,同时也是事后总结,能为今后类似工程的建设提供经验和依据。针对目前我国特高压输变电工程发展现状,本文首先基于“源网荷”框架,从源、网、荷三个角度对社会效益进行了识别,并进一步构建了多层次的特高压输变电工程社会效益评价指标体系;然后采用模糊层次综合评价模型,通过层次分析法求得各指标权重;最后计算模糊评价结果并进行分析。

特高压输变电工程;“源网荷”框架;社会效益;评价指标体系;模糊层次综合评价模型

引言

建设以特高压交、直流互联为骨干网架的坚强智能电网,是我国电网发展的重大战略措施。根据特高压电网发展规划,预计到2020年基本形成“三纵三横一环网”特高压网架。特高压输变电工程具有建设规模大、投资高、社会影响大等特点,特高压电网是坚强智能电网的重要组成部分。

特高压输变电工程的社会效益不仅在于直接经济效益，更在与工程带来的潜在庞大的社会效益。目前特高压输变电工程的效益评估多基于技术经济评价理论，对从国民经济角度的社会效益评价相对较少，其原因一方面是部分社会效益的指标较难量化，或较难转化为统一的经济指标；另一方面是工程本身对社会效益的影响半径较难界定。同时，特高压输变电工程的社会效益不仅来源于电网工程本身，相关的电源和负荷变化同样也对工程社会效益产生重大影响，单一的工程效益评价无法从全社会角度作出客观全面的评估。因此，要实现特高压输变电工程整体的社会效益评价，需要建立科学、系统、全面、易实现的综合评价指标体系。

本文基于“源网荷”框架,从源、网、荷三个角度对社会效益进行了识别,并进一步构建了多层次的特高压输变电工程社会效益评价指标体系;然后采用模糊层次综合评价模型,通过层次分析法求得各指标权重;最后计算模糊评价结果并进行分析。

一、特高压输变电工程社会效益评价指标体系构建

建立科学、客观的评价体系是对评价对象进行有效评价的前提。为使评价指标全面、真实反映特高压输变电工程的效益水平，指标选取应遵循以下原则：

(一)系统性原则

指标体系的建立要考虑影响输变电项目效益的各方面因素。输变电工程师一个比较复杂的大系统，各子系统既相互联系又相互制约。因此，在指标体系设计时应将定性指标与定量指标、静态指标与动态指标合理地结合，重点考虑影响输变电项目效益评价的主要因素。

(二)科学性原则

输变电项目评价指标体系应有科学的依据，能够客观地反映项目的真实情况，指标评价体建立应确保层次结构分明、逻辑条理通畅。

(三)可实现原则

进行指标设计时，应考虑评价数据的获取是否容易，数据来源是否可靠和准确，数据的量化和处理是否易实现等，从而保证在评价指标体系基础上能够顺利实现评价，得到评价结果。

(四)层次性原则

输变电项目评价指标主要涉及经济效益、环境效益和社会效益等，这些效益间有着各自不同的影响因素，彼此间又有一定的重合，需要考虑指标体系之间的层次归属问题。

(五)可跟踪性原则

输变电项目后评价的目的是为了监督和改善，评价结果需要在项目投产运行后一定时期内对项目实际运行效果进行跟踪和评估。因此，指标体系建立还应考虑可跟踪性。

二、特高压输变电工程社会效益评价指标体系

(一)源侧效益指标

1.备用投资降低额

电力系统之所以需要备用容量,主要是由于电力工业生产的特点和用户用电的不均衡性所决定的,电能的生产、输送和消费几乎是同时进行的,电能又不能大量存储,而用户的用电又有随机性和不均衡性,因此,为了保证电力系统安全、可靠,连续地供电,则必须设置足够的备用容量。

特高压输变电工程使得各个地区电网联网运行,省(区)网之间互为备用、互相支援,既提高了机组利用效率,增强了各省(区)电网抵御事故的能力和运行可靠性,也减少了各省(区)电网的备用容量,即减少了备用投资,从而增加了源侧的经济效益。

2.气体污染物减少量

我国电力一次能源以煤炭为主。燃煤电厂是排放SO2、NOx烟尘的重要部门。SO2排放是造成酸雨问题严重的主要原因。NOx烟尘是城市PM2.5的重要来源之一。特高压输变电工程推进清洁能源开发利用,减少了SO2、NOx、CO2、悬浮颗粒物等气体污染物的排放。同时,通过互联将西南水电和西北煤电大规模向东中部负荷中心输送,煤电基地也可以通过消化大量洗中煤,有效地治理煤炭产区即源端的环境污染,从而得到环保效益。

3.新能源利用率

从新能源利用的角度,特高压输变电工程能有效利用新能源、清洁能源,提高了新能源利用率,减少了传统化石能源的使用,极大地降低了燃料成本。

(二)网侧效益指标

1.工程经济净现值

工程经济净现值是指用社会折现率将项目计算器内各年净效益流量折算到项目建设期初的现值之和。它是反映工程对国家贡献的一项绝对效果指标,是用来进行工程评估和方案选择的主要依据,经济净现值越大,表明工程所带来的以绝对数值表示的经济效益越大。

国家电网公司通过投建特高压输变电工程带来经济效益。当经济净现值大于零时,表示国家为工程付出代价后,除得到符合社会折现率的社会效益外,还可以得到以净现值表示的超额社会效益;当经济净现值等于零时,表示工程占用投资对国民经济所作净贡献刚好满足社会折现率的要求;而当经济净现值小于零时,则表明工程占用投资对国民经济所作的净贡献未达到社会折现率的要求。所以,一般来说,只有当工程的经济净现值大于或等于零时,工程才是可以接受的。

2.对沿线动植物的影响

特高压输变电工程需要大跨距的建造输电网。输电网的建设会对土壤以及植被造成一定的破坏和改变,改变了沿线的自然环境,从而对沿线动植物的数量造成一定影响。

3.对沿线景观的影响

输电线路沿线及变电站的建立会对绿化地、森林造成一定的破坏,其破坏程度可用破坏指标比如“人均绿地变化率”和“人均森林植物覆盖变化率”等衡量。

4.电磁干扰噪声污染

磁环境影响包括工频电场、磁场的影响和无线电干扰的影响等方面。输电线路的电磁辐射不仅影响人、畜的身体特征,还会在一定程度上影响人的心理健康;同时其产生的电波同广播和电视的接收信号波形成效应,干扰其信号的稳定性。因此,输电线路的走廊要注意考虑其产生的电磁辐射的影响,该指标也是影响环境效应的重要指标。

(三)荷侧效益指标

1.人均地区生产总值

特高压输变电重大工程在建设期间或投入运行后,会扩大当地经济规模的扩大与增长。工程主要通过直接增加当地最终产品或服务的投资购买活动,对当地经济产生经济影响,比如工程会在当地采购大量的建材、设备等相关产品,导致当地总需求的增加。

人均地区生产总值指一定时期内按平均常住人口计算的地区生产总值,是衡量一个地区经济发展状况的重要指标,它体现了该地区人民生活水平。

在输变电重大工程投建或投入运行后,沿线区域人均地区生产总值增加在一定程度上可以说明该工程可以促进当地区域经济的发展。

2.城镇化

城市化进程经济参数与居民生活用电需求之间有很大的一致性,存在显著的协整关系,即具有长期共同趋势。城市化经济进程参数越大,即城市化水平越高,城市经济越发达,居民生活用电需求量越大,供电条件随之也要求越高。反之,城市化经济进程参数越小,即城市化水平越低,城市经济越迟缓,居民生活用电需求量也越小,供电条件也要求越低。农村人口向城市转移将是一个必然的趋势,城市化进程和城市经济发展正步入了一个迅速发展的阶段,居民收入的提高尤其是城市居民收入的提高,将对电力消费具有更强的依赖性。城市化进程经济参数的对数值与居民生活用电量需求值之间成正比增长的关系,并不属于简单的形式逻辑关系,彼此包含许多方面和许多因素,因而两者之间的相互作用也很复杂。

3.就业影响

电网建设会直接和间接带动相关产业发展,促进社会就业,对于社会的安全稳定发挥积极作用。

4.土地增值

输变电重大工程项目建成后,改变了终点电网工程附近的土地利用模式,带动了区域的发展,提升了土地价格,给区域土地所带来的显著的增值效益。

5.用电负荷增长效益

在电力供应相对紧缺时期,存在着“重发、轻功”的状况,致使电网建设相对滞后,导致电网基础性功能不能很好发挥,也难以满足经济快速发展对电力的需求。电网建设滞后还表现在,电网设备陈旧落后,科技含量不高,使电力落地难,受电能力不强,线路承载能力差,送电容量不足,缺少双电源供电,转供电能差,从而造成供电不足。电网功能不强还表现在线路保护技术落后,抵御灾害袭击能力不足,还缺少预防恶劣气候及外力损害的有效措施。

鉴于传统电网功能的局限性,难以满足经济快速发展和发电资源与用电负荷逆向分布的供电需求,更无法促进新能源发电并网消纳。为此,必须转变电网发展方式。特高压输变电重大工程建设使之适应多元发电并网消纳,扩大电力系统运行调节的可选能源范围,提高电网优化配置电力资源能力和运行效率,使得用户负荷大大增长。用户负荷的增长,使得社会用电量增加,发电侧及电网收益增多。

6.供电可靠性增加效益

特高压输变电重大工程的建设以提高对用户的供电可靠性为目标,科学制定电网规划,合理构建电网结构,加强受端系统尤其是配电网建设,积极探索因地制宜、多种方式实现配电自动化的实用模式,提升电网智能水平和管理水平,同时加强带电作业、故障快速复电等技术,有效地减少了用户停电时间,促使用户供电可靠性水平有了较大幅度的提升。

7.新能源交通增长贡献

输变电重大工程的实施对新能源交通的增长贡献主要体现在电动汽车对化石能源汽车的替代,以及电动公交汽车对传统能源公交汽车的替代上。

(四)评价指标体系

基于“源网荷”框架对特高压输变电工程社会效益的识别与分析,得到了特高压输变电工程社会效益评价指标体系,如表1所示。第一次层为目标层,评估特高压输变电工程社会效益所处的等级;第二层为要素层,包含源、网、荷三个方面;第三层为指标层,共包含14个指标。

表1特高压输变电工程社会效益评价指标体系

Table1EvaluationindexsystemofsocialbenefitofUHVpowertransmissionandtransformationproject

目标层要素层指标层特高压输变电重大工程效益评价U源侧效益U1网侧效益U2荷侧效益U3备用投资降低额u11气体污染物减少量u12新能源利用率u13工程经济净现值u21对沿线动植物的影响u22对沿线景观的影响u23电磁干扰噪声污染u24人均地区生产总值u31城镇化u32就业影响u33土地增值u34用电负荷增长效益u35供电可靠性增加效益u36新能源交通增长贡献u37

三、模糊层次综合评价模型

层次分析法(AHP)是由美国教授T.L.Saaty在20世纪70年代提出,AHP首先根据问题的性质和要求达到的总目标,把问题层次化,建立起一个有序的递阶系统,然后对系统中各有关因素进行两两比较评判,通过对这种比较评判结果的综合计算处理,最终把系统分析归结为最低层相对于最高层的相对重要性权重的确定问题,是一种定性和定量分析相结合的评价方法。

从上文可以看到,特高压输变电工程社会效益评价指标体系是一个具有层次性和复杂性的体系,既包含定量指标,也包含定性指标。而模糊综合评价方法可以方便地将定性值向定量值予以转化,然后可以对所有指标进行量化的统一评价。因此,本文选取模糊层次综合评价模型,即结合模糊定量方法的层次分析法对指标的权重和评价结果进行计算分析。

(一)建立因素集和评价集

根据表1的特高压输变电工程社会效益评价指标体系,将待评价的14个因素全集划分成2层3个不同的因素子集。

1.第一层因素集U={U1,U2,U3};

2.第二层因素集U1={u11,u12,u13};U2={u21,u22,u23,

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

确定评价集为V={v1,v2,v3,v4}={优秀,良好,一般,较差}。

(二)确定评价因素集的权重

针对特高压输变电工程社会效益评价指标体系,本文选用德尔菲法与层次分析法相结合的方法,先采用德尔菲法确定指标间的相对重要性,得到模糊判断矩阵,通过一致化模糊判断矩阵和相应计算得到每一层次的评价因素集权重。

1.模糊判断矩阵

模糊判断矩阵F表示针对上一层指标,本层次与之有关元素之间相对重要性的比较,模糊判断矩阵F可表示为:

(1)

式中:fij指本层次第i个元素对第j个元素具有模糊关系“i比j重要得多”的隶属度;n为该层元素个数。

通过德尔菲法确定各层指标间的相对重要性:

2.模糊一致化判断矩阵

首先对模糊判断矩阵F按行求和,记为:

(2)

并作如下数学变换:

(3)

由此得到模糊一致化判断矩阵:

(4)

3.确定权重集

由模糊一致化判断矩阵W求元素的权重集A=(A1,A2,…,An)表示各因素的权数分配。模糊一致化矩阵每行元素的和(不含自身比较)为:

(5)

由于li表示指标i相对上层目标的重要性,所以对li归一化即可得到各指标权重:

(6)

根据式(2)～(6)计算权重集:

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)模糊评价矩阵

从U到V的模糊关系,用模糊评价矩阵R来描述:

(7)

式中:rij为因素ui作为vj所具有的隶属度,m为评价集级别。

采用模糊统计法与德尔菲法相结合的方法,确定各个指标的隶属度,采用的调查方式为问卷形式,有

(8)

式中:kij指的是因素ui被评为vj所具有的有效答卷数;k为整个评价过程中的全部有效答卷数。

问卷发放50份,回收50份,其中有效问卷50份,整理数据得到模糊评价矩阵。其中,R1为源侧效益模糊评价矩阵;R2为网侧效益模糊评价矩阵;R3为荷侧效益模糊评价矩阵。

(四)模糊综合评价计算

通过U上的权重集A与评价矩阵R的合成,就可以得到每个因素的综合评价B=A°R。若是多层级指标体系,则需要从下往上逐层计算每一评价结果。具体公式如下:

(9)

由以上权重集和模糊评价矩阵可以计算得到:

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)模糊评价结果分析

从B的结果可以看出,优秀的评价为62.8%,良好的评价为19.4%,一般的评价为12.6%,较差的评价为5.2%。因此,本指标评价系统合理。

四、结语

针对特高压输变电工程的发展现状,本文基于“源网荷”框架,将源侧、网侧和荷侧三者统筹考虑,构建了多层次的特高压输变电工程社会效益评价指标体系。同时,将模糊层次综合评价模型引入特高压输变电工程社会效益评价应用中,该评价模型主要是采用层次分析法来确定评价指标权重,运用模糊数学理论完成综合评价。算例表明,本文提出的特高压输变电工程社会效益模糊层次综合评价模型能够有效地对特高压输变电工程进行社会效益评价,为合理地评价特高压输变电工程的社会效益,提供了一种新的方法,也为科学地进行后续投资决策提供了一个有意义的探索。

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国家电网公司科技项目，编号5211JY60002

杨侃(1983.3-)，男，汉族，浙江建德人，工程师，本科，国网浙江省电力公司经济技术研究院，研究方向：电力能源经济。