方效巍 胡承鑫 陳 琳

（國(guó)網(wǎng)上海市電力公司物資公司，上海 200235）

電力供應(yīng)鏈存在多個(gè)環(huán)節(jié)，包括發(fā)電原料生產(chǎn)、電能生產(chǎn)以及電力傳輸?shù)?，每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生一定的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)成本，在管理過程中，應(yīng)該樹立生命周期的思想，從電力生產(chǎn)的源頭開始，直至電力能源的消納，全面評(píng)價(jià)整個(gè)電力產(chǎn)銷過程的成本。隨著用戶側(cè)分布式電源的持續(xù)增加，電網(wǎng)的成本結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，研究相關(guān)電力供應(yīng)鏈的全生命周期成本測(cè)評(píng)方法具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 電力供應(yīng)鏈及其全生命周期成本分析

1.1 電力供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)分析

電力供應(yīng)鏈涵蓋電能生產(chǎn)、傳輸、分配以及消納4 個(gè)核心環(huán)節(jié)。在電能生產(chǎn)階段，國(guó)內(nèi)當(dāng)前仍然以火力發(fā)電為主，因此電力供應(yīng)鏈可向前延伸至化石原料生產(chǎn)階段，在火力發(fā)電體系下，電力供應(yīng)鏈的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 火力發(fā)電供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)

1.2 電力供應(yīng)鏈全生命周期成本

從煤炭等化石燃料生產(chǎn)到終端用戶使用電力能源，形成1個(gè)完整的生命周期，每個(gè)過程都存在一定的生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)成本。例如，發(fā)電階段消耗化石燃料、輸電階段產(chǎn)生線路損失、用電階段出現(xiàn)電力計(jì)量誤差。電力供應(yīng)鏈全生命周期成本管理是對(duì)供應(yīng)鏈中各階段的生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)成本進(jìn)行測(cè)算和評(píng)價(jià)，達(dá)到成本最低、效益最大的目的[1]。

2 電力供應(yīng)鏈全生命周期成本評(píng)價(jià)方法

2.1 成本測(cè)算方法

2.1.1 用戶側(cè)微電網(wǎng)成本測(cè)算

用戶側(cè)微電網(wǎng)是將分布式電源產(chǎn)生的電力能源存儲(chǔ)在特定的儲(chǔ)能裝置中，一部分電能用于負(fù)擔(dān)用戶的電力負(fù)荷，多余的電能經(jīng)過并網(wǎng)逆變器接入大電網(wǎng)。當(dāng)前，主流的分布式電源包括光伏和風(fēng)電，儲(chǔ)能裝置以蓄電池為主。根據(jù)用戶側(cè)微電網(wǎng)的運(yùn)行控制模式，其成本包括初始成本、微電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成本以及用電改造成本等。

2.1.1.1 初始成本

初始成本主要是指設(shè)備成本，包括并網(wǎng)逆變器、儲(chǔ)能裝置以及分布式電源所產(chǎn)生的成本。將用戶側(cè)微電網(wǎng)的初始成本記為CT1，其計(jì)算過程如公式（1）所示。

式中：CDES為分布式電源的成本；CSTR為儲(chǔ)能裝置的成本；CMOD為并網(wǎng)逆變器的成本。這三類成本元素都具有明確的計(jì)算方法，以CMOD為例，其計(jì)算方法與雙向電流變壓器的總功率、儲(chǔ)能裝置單價(jià)以及電力供應(yīng)鏈全生命周期時(shí)長(zhǎng)密切相關(guān)[2]。

2.1.1.2 用電方式改造成本

當(dāng)終端用戶改變用電方式后，用戶側(cè)微電網(wǎng)的控制系統(tǒng)和線路都要進(jìn)行適當(dāng)改造，于是產(chǎn)生了用電方式改造成本，該成本的計(jì)算過程如公式（2）所示。

式中：將用電方式的改造成本記為CT2；Cntw為用戶側(cè)微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)成本，包括線路鋪設(shè)及軟硬件采購(gòu)所產(chǎn)生的成本；RT2為改造費(fèi)用在分布式電源系統(tǒng)初始成本中的占比。

2.1.1.3 微電網(wǎng)的運(yùn)行成本

微電網(wǎng)在運(yùn)行的過程中會(huì)產(chǎn)生一定的成本，將該成本記為CSC，其計(jì)算過程如公式（3）所示。

式中：將微電網(wǎng)的維修率記為RSC。

2.1.2 大電網(wǎng)成本測(cè)算2.1.2.1 發(fā)電廠成本測(cè)算

以傳統(tǒng)的燃煤火力發(fā)電廠為例，其發(fā)電成本由許多方面的因素構(gòu)成（例如機(jī)組固定成本、啟停成本），可按照公式（4）計(jì)算發(fā)電廠的成本。

式中：CFIR為燃煤機(jī)組的成本；發(fā)電機(jī)的固定成本為CCC；將火電機(jī)組的損耗率記為RFIR；火電機(jī)組在某一時(shí)段的發(fā)電成本為CM；Cst、Ced分別為機(jī)組的啟動(dòng)成本、關(guān)停成本；NG為機(jī)組數(shù)量；燃煤原料成本為Cu；將某一時(shí)段的用電需求記為τ，那么發(fā)電廠成本可轉(zhuǎn)化為關(guān)于τ的二次函數(shù)，a、b為函數(shù)中二次變量和一次變量的系數(shù)，c為常量[3]。

2.1.2.2 輸配電企業(yè)成本測(cè)算

輸配電企業(yè)負(fù)責(zé)電力能源的調(diào)度、分配與輸送，在具體實(shí)施過程中，同樣存在一定的成本。例如，在輸電過程中，線路上會(huì)產(chǎn)生一定的線損失。在考慮用戶側(cè)微電網(wǎng)的情況下，電網(wǎng)企業(yè)通常需要向并網(wǎng)發(fā)電的用戶提供經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，從而產(chǎn)生額外的運(yùn)營(yíng)成本。假設(shè)在時(shí)段t內(nèi)，共計(jì)i個(gè)用戶側(cè)微電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電，電網(wǎng)企業(yè)為其提供經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，成本的計(jì)算過程如公式（5）所示。

2.1.3 全生命周期成本測(cè)算

在考慮分布式能源并網(wǎng)發(fā)電的情況下，可將電力供應(yīng)鏈劃分為3 個(gè)層級(jí)，第一級(jí)是電力能源的源頭，由分布式能源（如太陽能、風(fēng)能）成本和發(fā)電原材料成本構(gòu)成；第二級(jí)是發(fā)電環(huán)節(jié)，由分布式電源和傳統(tǒng)發(fā)電廠組成；第三級(jí)是電能消納環(huán)節(jié)，以各類電力用戶為主體。電力供應(yīng)鏈全生命周期成本管理針對(duì)電能生產(chǎn)和消納的所有環(huán)節(jié)，根據(jù)各階段的電力成本測(cè)算方法，假設(shè)在大電網(wǎng)中存在N個(gè)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組，則全生命鏈周期成本的計(jì)算過程如公式（6）所示。

2.2 全生命周期成本評(píng)價(jià)方法

2.2.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2.1.1 指標(biāo)體系構(gòu)成

電力供應(yīng)鏈全生命周期成本管理的目的是提高電力供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益、降低運(yùn)行成本，其影響因素較為復(fù)雜，包括地區(qū)經(jīng)濟(jì)（GDP）、人口密度、人均負(fù)荷密度、電網(wǎng)容量、發(fā)電量、有功耗損率、故障及檢修費(fèi)用、利潤(rùn)、折舊費(fèi)用等。所有影響因素可分為3 個(gè)類別，每個(gè)類別設(shè)置多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見表1。

表1 電力供應(yīng)鏈全生命周期成本綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2.1.2 指標(biāo)計(jì)算方法示例

2.2.2 建立評(píng)價(jià)模型

評(píng)價(jià)體系中指標(biāo)數(shù)量較多，其含義也各不相同，各指標(biāo)對(duì)總目標(biāo)的影響程度存在一定的差異，因此要為每個(gè)指標(biāo)分配合理的權(quán)重，從而完成后續(xù)的量化評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)過程中，可采用層次分析法，評(píng)價(jià)流程如下。

2.2.2.1 建立層次模型

將電力供應(yīng)鏈全生命周期成本綜合評(píng)價(jià)作為目標(biāo)層，經(jīng)濟(jì)效益、供電效益、環(huán)境效益作為準(zhǔn)則層，表1 中的三級(jí)指標(biāo)作為指標(biāo)層。

2.2.2.2 構(gòu)建判斷矩陣

以專家建議為主要判斷依據(jù)，在同一層級(jí)的指標(biāo)內(nèi)進(jìn)行重要性分析，通過兩兩對(duì)比，確定各指標(biāo)的相對(duì)重要程度，在這一過程中，通常采用9/1 標(biāo)度法（見表2）。判斷矩陣可表示為A=（aij）n×n。

表2 9/1 標(biāo)度法

2.2.2.3 判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

從9/1 標(biāo)度法的實(shí)施過程可知，當(dāng)判斷2 個(gè)矩陣的相對(duì)重要程度時(shí)，具有一定的主觀性，當(dāng)指標(biāo)體系較為復(fù)雜時(shí)，有可能出現(xiàn)標(biāo)度值沖突，因此，通過一致性檢驗(yàn)判斷標(biāo)度值設(shè)定是否合理。計(jì)算一致性檢驗(yàn)指標(biāo)CI=（λmax-n）/（n-1），其中λmax為判斷矩陣A的特征根，n為該矩陣的階數(shù)。查表確定平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，按照CR=CI/RI計(jì)算一致性比例，如果CR＜0.1，就認(rèn)為該矩陣的一致性可接受，如果CR＞0.1，就認(rèn)為該矩陣的一致性不可接受[6]。平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的取值方法見表3。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取值方法

2.2.2.4 建立指標(biāo)評(píng)價(jià)集

在指標(biāo)打分的過程中，需要建立評(píng)價(jià)集，假設(shè)存在k個(gè)評(píng)分等級(jí)，則評(píng)價(jià)集V=[V1，V2，...，Vk]，電力供應(yīng)鏈全生命周期成本綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果應(yīng)屬于評(píng)價(jià)集V中的某一級(jí)。

2.2.2.5 進(jìn)行專家打分及評(píng)價(jià)矩陣構(gòu)建

在這一階段，由若干個(gè)專家根據(jù)評(píng)價(jià)集和指標(biāo)的含義進(jìn)行打分，從而建立評(píng)價(jià)矩陣。假設(shè)參與打分的專家數(shù)量為m個(gè)，指標(biāo)C1為電力供應(yīng)量全生命周期成本影響因素中的某一個(gè)，其中h1n位專家的評(píng)級(jí)結(jié)果相同，則m=∑in=1h1i，i=1，2，...，n。這樣可以獲得針對(duì)影響因素C1的評(píng)價(jià)向量，將該向量記為R1，則R1=[h11/m，h12/m，...，h1n/m]。m位專家針對(duì)影響因素C1共形成了k種評(píng)價(jià)級(jí)別，第k種評(píng)價(jià)級(jí)別對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)向量為Rk，則有Rk=[hk1/m，hk2/m，...，hkn/m]，評(píng)價(jià)向量R1，R2，...，Rk構(gòu)成評(píng)價(jià)矩陣。

2.2.3 計(jì)算綜合評(píng)價(jià)得分

在準(zhǔn)則層，經(jīng)濟(jì)效益和供電效益的重要程度更高，因此將其作為評(píng)價(jià)時(shí)的主要影響因素，環(huán)境效益可作為參考因素，電力供應(yīng)鏈全生命周期成本綜合評(píng)價(jià)得分的計(jì)算過程如公式（7）所示。

式中：a、b、c與計(jì)算式（4）中的系數(shù)相同，其含義分別為經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和供能效益的評(píng)價(jià)系數(shù)權(quán)值；EΣ、PΣ、SΣ分別對(duì)應(yīng)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)系數(shù)、環(huán)境效益評(píng)價(jià)系數(shù)、供能效益評(píng)價(jià)系數(shù)；Tsco為綜合評(píng)價(jià)得分。

3 算例分析

3.1 電力供應(yīng)鏈基本情況

算例分析階段選取2 個(gè)電力供應(yīng)區(qū)域，在區(qū)域1 中，用戶側(cè)微電網(wǎng)參與度較高，在區(qū)域2 中，用戶側(cè)微電網(wǎng)參與度較低，兩個(gè)區(qū)域的用戶側(cè)微電網(wǎng)普及率分別為21%、14%。試驗(yàn)中的樣本總數(shù)量為20 萬，從中選擇具有分布式電源的用戶作為評(píng)價(jià)對(duì)象，試驗(yàn)樣本的容量為10000。蓄電池容量、充電功率、放電功率分別為50kW·h、10kW、10kW。用戶購(gòu)電價(jià)格在1.15元/（kW·h）～1.69 元/（kW·h），高峰期電價(jià)定為1.69 元/（kW·h），峰谷期電價(jià)定為1.15 元/（kW·h）。在2 個(gè)電力區(qū)域中均存在光伏微電網(wǎng)，可將光伏發(fā)電產(chǎn)生的電力能源傳并入大電網(wǎng)，在電價(jià)管理中采取分時(shí)價(jià)格。放電的高峰時(shí)段包括9:30—11:30、14:30—17:30 等，充電、放電、用電在1d 內(nèi)形成特定的規(guī)律，因此將時(shí)間視作生命周期。輸電過程的電能損耗率按照5%進(jìn)行計(jì)算，全生命周期采取24h。按照成本測(cè)算方法處理相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得到兩個(gè)區(qū)域的全生命周期成本，見表4。

表4 電力供應(yīng)鏈全生命周期成本測(cè)算結(jié)果（單位：萬元）

3.2 電力供應(yīng)鏈全生命周期成本評(píng)價(jià)過程與結(jié)果

3.2.1 指標(biāo)權(quán)重分配結(jié)構(gòu)及指標(biāo)打分依據(jù)

根據(jù)層次分析的相關(guān)原理，為指標(biāo)分配權(quán)重，結(jié)果見表5。專家打分時(shí)將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為3 個(gè)等級(jí)，一般評(píng)價(jià)值在0～2.268，合格評(píng)價(jià)值在2.268～3.615，滿意評(píng)價(jià)值≥3.615。

表5 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重分配結(jié)果

3.2.2 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)評(píng)價(jià)模型對(duì)2 個(gè)區(qū)域進(jìn)行電力供應(yīng)鏈全生命周期成本測(cè)算與評(píng)價(jià)，得到的結(jié)果見表6。從中得到以下結(jié)論。當(dāng)用戶側(cè)微電網(wǎng)在電力供應(yīng)鏈中的占比較高時(shí)，供應(yīng)鏈全生命周期成本管理的經(jīng)濟(jì)效益和供電效益也更高，并且供電效益的優(yōu)勢(shì)尤其突出，提高微電網(wǎng)接入比例對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的提升幅度較小。提高用戶側(cè)微電網(wǎng)的接入比例并未對(duì)環(huán)境效益產(chǎn)生明顯的影響。提高用戶側(cè)微電網(wǎng)的接入比例可有效降低全生命周期成本。

表6 試驗(yàn)區(qū)域電力供應(yīng)鏈全生命周期成本評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)語

綜合整個(gè)研究?jī)?nèi)容，在電力供應(yīng)鏈全生命周期成本評(píng)價(jià)中，應(yīng)根據(jù)發(fā)電、輸電、用電的特點(diǎn)，建立完整的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)。實(shí)施過程分為成本測(cè)算和成本評(píng)價(jià)兩個(gè)環(huán)節(jié)，成本測(cè)算是根據(jù)供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)，計(jì)算每個(gè)構(gòu)成要素的生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)成本，在成本評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)須建立指標(biāo)體系和評(píng)分集，通過專家打分的方式確定每個(gè)指標(biāo)的評(píng)分等級(jí)，再根據(jù)綜合評(píng)價(jià)計(jì)算模型得到綜合評(píng)分的結(jié)果。經(jīng)過實(shí)測(cè)，該評(píng)級(jí)模型能夠有效體現(xiàn)出微電網(wǎng)接入比例對(duì)電力供應(yīng)鏈的影響。