多标准决策分析法在水电项目开发评估中的应用

[泰国]塔纳波.苏普里亚西尔普 科布基亚特.蓬普特 塔纳.布亚西里库尔

近几十年间,泰国一直在进口大量的矿物燃料用于发电。每年进口的矿物燃料价值占国家支出的很大一部分。由于国内需求增加和全球燃料价格上涨,进口矿物燃料的费用在逐年增加。2006年,泰国商用能源需求相当于每天需要原油154.8万桶(能源政策和规划办公室,2006年),其各种商用能源需求的比例分别为:油 44%、天然气 37%、煤/褐煤16%、水电 /进口电力 3% 。

鉴于预计能源需求会持续增长,泰国政府已着手勘探和开发其他潜在能源,以适应不断增长的需求。可再生能源和可替代能源均被认为是可能的选择。这不仅有助于降低国家对进口能源的依赖性,而且还可以降低因进口矿物燃料价格变动所带来的风险。水电是一种潜在的可再生能源。

水电作为可再生能源和清洁能源的作用,在2003年 3月日本(京都,滋贺县和大阪)举办的第三次世界水资源论坛上已有论述,它的潜力应该以环境可持续和社会公平的方式得到开发利用。进行水电项目评估时,决策标准习惯上仍是重点关注发电的技术和经济分析。然而,还应该考虑环保意识和对当地受影响的人们的感受。本研究中已经完成了64个可能的水电站址的调查工作。必须从各个方面对这些站址进行考虑,而不是只从技术和经济方面考虑。因此,本研究中,水电项目开发的主要标准包括了5个方面,即发电、工程和经济、社会经济、环境和利益相关者的参与。本文采用了多标准决策分析方式,对位于泰国北部滨河流域发电容量大于100kW的水电项目可能站址的优先性进行了分析。

多标准决策分析法已在与决策相关的几个研究领域中得到运用。多标准决策(MCDM)包括的领域有成套制造系统、技术投资评估、水资源和农业管理,以及能源规划和政策。多标准决策分析法能更好地了解决策中存在的问题,提升参与者在决策进程中的作用。这种方法有助于提高决策的质量,使之更明确、合理、有效。采用这种方法也便于优先性的谈判、量化和沟通。

1 方 法

此研究中采用的多标准决策分析法是层次分析法(AHP),该方法是由萨蒂(Saaty,1980年)研发的。有多种方式涉及多标准决策分析,如加权和法(WSM)、加权积法 (WPM)、编好顺序结构评估法(PROMETHEE)、消去与选择转换法(ELECTRE)、逼近理想解决排序法(TO PSIS)、折衷规划法(CP)和多属性效用理论(MAUT)。在多标准决策分析法中,AHP法是最常用的方法。选择 AHP法是因为它易于使用和理解,可以对其结果进行解释和判断。采用 MCDM方法的目的,是为了在涉及多标准选择时提高决策的质量,使之更明确、更合理、更有效。该目标可以通过各标准之间的折衷来达到,因此利益相关者和决策者可以了解各替代方案的优缺点。如果利益相关者或决策者不了解在应用该方法时会遇到什么问题,或不了解它如何运作,就不可能相信采用该方法所取得的结果。总之,在本研究中,替代方案的数量不是很多,而且,优先性差异范围也不很宽,1～9的比例范围是比较适当的。

博赫卡、拉默金德朗(2004年)和洛肯(2007年)等学者对 AHP法的描述进行了很好地总结,主要摘录如下。

AHP法是将一个复杂的问题分解为一个层次结构,目标在层次结构的顶层,主要标准和次级标准位于各主要层次和次要层次上,决策比选方案位于层次的底层。对每个给定层次的要素进行成对地比较,以便评价它们关于下一个较高层次的每个要素的相对优先性。两个要素之间,采用1到 9的基本比例对优先性的强度进行评价。数值1表明重要性相同;3表示重要性稍大;5表示重要性明显较大;7表示重要性非常大;9表示极端重要。数值2、4、6、8用以表示重要性的折衷数值。采用比例和比照方式对于可计量和非计量要素进行加权,将所有比较的结果列入矩阵。根据这些矩阵式,可以对所有的比选方案进行整体排序,整体排序最高的比选方案,其可选性相对于其他方案更为可取。AHP法也提供不一致性指数,这个指数可以确保决策者的判断的一致性。不一致性指数应低于0.1。较高的不一致性指数值要求对成对比较的结果给予重新评价。

2 研究区域

滨河流域是昭披耶河(湄南河)(Chao Phraya)流域的多个子流域之一,也是最重要的河流流域,影响着泰国社会和经济发展以及人们的生活方式。昭披耶河流域包括滨河、旺河(Wang)、永河(Yom)、难河(Nan)、萨卡耶克郎河 (Sakaekrang)、巴塞河(Pasak)、达詹河(Ta Jeen)等流域。滨河发源于清迈(Chiang Mai)省萨卡耶克郎区的皮潘(Pee Pan Nam)山脉,经过清迈镇后,流经南奔达府和甘烹碧(Kamphaeng)等省。在那空沙旺(Kamphaeng Phet)(在泰国也称作北榄坡)与难河汇流后,即形成了昭披耶河。滨河流域的面积大约为34856 km2,主河道长为740km。

3 可能的水电开发项目

依据滨河流域水电开发的最新研究成果,总共有64个可能的电站站址,每个站址都具有100kW以上的水电资源。本研究中,水电开发方案分为 3个类型:即低水头 Q型(LHQB)、水道型(WW)和具有蓄水功能的水坝型(DwS)或水库型。在分析发电容量时,水流量和水头是两个主要的考虑因素。在 LHQB型中,Q代表流域或每单位时间流过的水量。水头指的是上游水位和尾水位之间高程的垂直变化(不包括损失)。在水头较低且流量较大时,诸如在下游河段和主要支流,通常采用 LHQB型的开发方案。WW型也称作引水式或径流式,这种类型的水电站是从干流中将部分水流引入到简易的渠道,再通过压力水管输送到水轮机。在 DwS型中,建造一座水坝来拦蓄河水形成一座水库。遵循特定的操作规则泄放库水,以满足电力需要或保持适当的水库水位。图1示出的是水道型和具有蓄水功能的水坝型。

根据有效数据及发电评估的发展实践,为便于分析,苏普里亚西尔普等人 (2007年)将 64个站址划分为 6组,每组的详细情况描述如下。

(1)第1组。滨河干流上的站址为第1组。滨河流域有许多子流域和支流,主要支流的流量通常较大且水头较低。这样,本组中的水电开发方案为LHQB类型。然而,因为泰国人的主要职业为务农,其社区通常是沿着河流建立,所以本组中的水电开发要受到限制。不过在这组站址中,仅发现有2个可能的站址可避免对社区造成严重影响。

(2)第2组。现有的水库为第2组。泰国现有的几座水库的绝大多数由皇家灌溉部(RID)负责管理。这些水库主要是用于灌溉,同时也考虑将它们用于水电潜力的开发,以提高水库水源的附加值。在只考虑能产生100kW以上发电容量的现有水库时,发现只有3个这样的可能站址。本组的水电开发方案被认为是 DwS型。

图1 水电方案

(3)第 3组。以前研究的站址为第 3组。一些与能源开发相关的组织,如泰国发电管理局(EGAT)已对开发水电项目的可能站址进行了研究。在过去,大坝建设常常遭受当地人或非政府组织(NGOs)的阻碍。过去研究中曾考虑的站址,在本研究中也应加以考虑,但是需要从工程和经济层面对水的流量以及工程造价进行分析。本组中的水电开发方案为 DwS型。

(4)第4组。由替代能源发展和效率部(DEDE)研究的站址为第4组。DEDE在研究中发现有12个可能的站址。该组中的大多数站址位于较小的支流上,具有陡峭地形,属于 WW型。

(5)第5组。水资源组织发展规划中的站址为第5组。该组中的站址来源于相关水源组织的发展规划,如皇家灌溉部和水资源管理部(DWR)。这些规划中的水资源开发项目主要是针对灌溉要求。已经进行了分析,其理念是将发电容量附加到这些项目上,而发电只是作为副产品。这就可以给项目引入附加值,使项目开发更加可行。本组中的水电开发方案属于 DwS型。

(6)第6组。主要支流上的新站址为第6组。除了第1组的站址以外,对本组中的站址刚进行过勘探和调查,而不是以前开展的研究。研究过程自站址选择开始。对 3个主要支流,也就是梅奇姆(Mea Cheam)、梅蒂恩(Mea Tuen)和梅塔恩(Mea Taeng)河进行了调查。由于地势陡峭,这些支流具有很大的潜能,而且这些支流都在滨河的西部,西部地形比东部更加陡峭,居住在该流域范围内的人口数量也较少。

4 主要标准和次级标准

为分析每个站址的优缺点,应对发电、工程和经济、社会经济、环境及利益相关者参与等5个方面进行考虑,这些被称之为本研究中的主要标准。为灵活有力地支持决策者或利益相关者的观点,对每个主要标准都必须规定次级标准。次级标准应能够区别各比选方案,并支持各比选方案性能的比较,完全包括所有运行的、有意义的和并非多余的目标。再者,采用 MCDM方法的主要理念是识别主要标准或次级标准,以便对重要性进行排序,并在一组决策者或利益相关者中达成共识。

本研究旨在为政策制定者对水电开发的可能位置进行确定和排序,研究中采用的信息来源于各站址的初步研究。获取结果后,应该在拟开发位置确定之后,将对所选定的位置进行详细勘察,然后进行可行性研究、环境影响评估和社会影响评估。因此,本研究中采用的 MCDM方法是作为进一步研究的筛选程序。

本研究中的决策者称之为专家,他们是发电、工程和经济、社会经济、环境和利益相关者参与方面的专业代表。本研究中采用的次级标准经过了这些专家组的讨论。所有的站址位置都经过了这些专家的认真分析研究。同时来自各个方面的信息都会呈给专家组,并列出问题进行考虑和讨论。所有的信息和次级标准也要呈给利益相关者,包括居住在站址附近的民众、非政府组织和相关政府组织。因此,必须向利益相关者解释 AHP方法和次级标准,确保达成共识。尽管介绍的信息来自初步研究,且研究的目的是为了筛选站址,以便进行进一步的研究和开发,但利益相关者愿意合作并给出意见,因为他们知道还没有做出最后的决策。以下是对每个主要标准中的次级标准的描述。

4.1 发 电

(1)装机容量。大装机容量意味着在水电开发中有很大的潜力。采用层次分析法,具有大装机容量的站址指定比例为1。当装机容量较小时,则比例较高。因此,小装机容量意味着低潜能,且具有最小装机容量的站址指定其比例为 9。

(2)年发电量。较高的年发电量意味着较高的潜力。具有最高年发电量的站址指定其比例为1,而具有低年发电量的站址指定比例为 9。

(3)稳定负荷。稳定负荷取决于发电厂的容量因素。高的发电厂容量因素意味着高潜力,指定比例为1。因此,最低的稳定负荷意味着最低的潜能,指定比例为 9。

(4)输电线路长度。从发电位置到配电系统,其输电线路的长度对电力损失的影响很大。如果输电线路长度很短,电势将会较高,指定其比例为1。因此,最长的输电线路意味着最低的电势,指定其比例为 9。

4.2 工程和经济

(1)技术、工程可行性及施工难度。技术、工程可行性和施工难度取决于水电方案。在本研究中,有3个水电开发站址的方案,它们是低水头 Q型、水道型和具有蓄水功能的水坝型。指定的 9个比例的分析取决于该方案和站址的分组,它隐含着技术、工程可行性和开发水电项目的难度水平。第2组中的站址已经具备了基础设施和水库,由于建设费用较小,因此这些站址用于开发电力更加可行,小的站址比大的更可行。在水资源组织开发规划中立项的站址,比其他站址具有更高的开发选取机会。如果考虑与施工难度和适用的技术相关的站址模式,最可取的是水道型,然后分别是低水头 Q型及具有蓄水功能的水坝型或水库型。总之,自比例1到 9(即最可取到最末可取)的规定如下:①存在基础设施和水库的小站址;②具有基础设施和水库的较大站址;③水资源开发规划中的小站址;④水资源开发规划中的大站址;⑤具有WW型的小站址;⑥具有WW型的大站址;⑦LHQB型的站址;⑧DwS型的小站址;⑨DwS型的大站址。

(2)河道线型。相比直线河道的开发,曲线河道的水电开发可行性会更大。

(3)河道坡度。具有陡峭坡度河段的水电开发的可行性会更大。

(4)年径流量。年径流量是水电容量的一个主要因素。如果年径流量高,则发电的可行性更大。

(5)项目现场的通达性。从主要道路到水电施工场地的距离与施工成本直接相关。因此,短距离是更可取的。

(6)预计的开发周期。预计的开发周期取决于可能的水电开发站址的方案和大小。小站址比大站址更可行。水资源组织开发规划中立项的站址比其他站址具有更多的机会被选作开发目标。如果考虑站址的开发方案,最可取的是 WW型,然后分别是LHQB型和 DwS或水库型。

(7)效益/分享/多功能。具有多用途的站址更具有可取性。因此,大站址且为 DwS型比 LHQB型和 WW型更具有可取性。

(8)项目成本。预计的项目成本高意味着预算高,这就导致该项目的建设机会变小。

(9)内部收益率。具有高内部收益率的站址更可取。

(10)净现值。如果净现值为正或较高,该站址更可取。

(11)发电成本。具有高发电成本的选址位置,可取性较小。

4.3 社会经济

由于新的环境能开展不同的经济活动,因而水电开发项目对当地的经济会产生影响。如果项目得到批准,则必须建设基础设施。因此,水电开发项目能够促进地方经济的多样化和周围地区就业增加。然而,这些项目也会产生不利影响,如社区内有缺水问题,会导致该社区内发生冲突。因此,用于这一方面的次级标准对每个河流流域都是唯一的。本研究中的次级标准是根据与水电开发项目出现的可能性的相关关系进行设计的。最高的可能性指定比例为1,随着可能性降低,比例增大。次级标准描述如下。

(1)区域的安全性。如果站址位于存在冲突的区域内,诸如与靠近另一国的边境或处在避难营处,则在该区域内开发任何水电项目都是不可能的。

(2)社会冲突。如果在该区域已存在冲突,如政治问题,则水电项目不可进行开发。

(3)水资源问题。存在水资源问题的地区,如洪灾、不断发生旱灾的区域、农业缺水地区,或存在与水资源利用和与水资源相关的问题,如果开发水电项目可以得到缓解,则该项目将会被当地的民众所接受。

(4)土地使用问题。已经存在与土地使用相关的问题,如农业用地不足的区域,水电项目建设尤其是 DwS型的项目,可能会引起当地民众的抵制。

(5)法律障碍。由于水力发电容量的主要因素是水头,水电站站址通常选在具有陡峭地势的森林中。一些森林是在位于法律保护的保护区内,在这种情况下,不能进行水电项目开发。另外,如果该区域有古迹,能够开发该项目的机会就很小。

(6)可利用的基础设施和服务设施。如果该区域没有任何的服务和基础设施,例如交通运输,水电项目开发能够促进这些设施的建设。因此,此项目可以被该地区的民众所接受。

4.4 环 境

任何项目施工都会对环境造成影响,造成最小影响的项目指定比例为1,随着影响的增加比例也会增大。指定比例取决于项目的方案和大小,在本研究中环境方面采用的次级标准描述如下。

(1)水流模式和流量。根据水电项目对水流模式和流量的影响程度,自最小影响到最大影响的项目排序如下:①存在基础设施和水库的站址;③目前列入水资源发展规划中的站址;⑤LHQB型的站址;⑦WW型的站址;⑨DwS型但未列入水资源发展规划中的站址。

(2)居住地和土地利用的损失。根据水电项目对于居住地和土地利用损失的影响程度,自最小到最大影响排序,具体如下:①存在基础设施和水库的站址;③LHWB型的站址;⑤WW型的站址;⑦列入水资源发展规划中的站址;⑨DwS型但未列入水资源开发规划中的站址。

(3)河岸崩坍。根据水电项目对河岸崩坍的影响程度,自最小到最大次序排列如下:①存在基础设施和水库的站址;③列入水资源发展规划中的站址;⑤DwS型但未列入水资源开发规划中的站址;⑦WW型的站址;⑨LHQB型的站址。

(4)泥沙淤积。根据水电项目对于沉降泥沙淤积的影响程度,自最小到最大影响,项目排列如下:①存在基础设施和水库的站址;③列入水资源发展规划中的站址;⑤LHQB型的站址;⑦WW型的站址;⑨DwS型但未列入水资源开发规划中的站址。

(5)施工期间的灰尘和噪音。现场施工期间灰尘和噪音的影响取决于项目施工期的长短。较长的施工工期导致较大的影响。通常,较大的施工项目比较小的施工项目的工期长。指定比例取决于项目工期的长短和项目的成本,这通常和项目规模相关。

4.5 利益相关者参与

公众的认可对于水电项目开发具有很大的影响。尽管项目建设会有很多积极属性,但没有当地民众的支持和认可,项目不可能得到发展。在本研究中,利益相关者参与方面采用的次级标准描述如下。

(1)电力缺乏。如果在项目区域,电力缺乏或电力不能可靠地送达,水电项目开发趋向于得到居住在该区域内的民众认可和鼓励。

(2)了解和认可程度。要得到公众对水电项目的了解和认可,需要将基本知识、效益和影响向项目区域的民众进行说明,了解和认可程度可通过问卷调查形式进行统计得出。

(3)提供信息者。信息提供者的特性,对于确定从访谈和问卷调查中提供的信息和持有态度的可靠性十分重要。如果信息由居住在水电项目将要开发的区域内的民众提供,那么比例指定为1。如果信息由居住地远离该区域的民众提供,或由不受项目开发直接影响的民众提供,则比例将提高。

4.6 权重分配

对于每个主要标准和次级标准,专家组都对其权重进行了讨论和指定。从权重分配的结果来看,专家认为环境方面是最重要的。然后从第2位重要性到最小重要性进行排序,分别为社会经济、发电、工程和经济及相关利益者参与。主要标准、次级标准以及它们的权重如表1所示。一些次级标准可以定量计量。

对每个项目都研究了两种情形,以确定其开发的优先顺序。第一种情形中,各个方面的权重是相同的,这意味着各个方面同等重要。这种情形称为公平权重情形。另一种情形是在分析中采用由专家指定的权重,环境方面被确定为最重要的。然后,在考虑 64个项目的每个标准和所有标准时,按照它们的潜力对项目加以分类。

4.7 讨 论

依据优先性排序,当仅考虑发电方面时,DwS型的站址通常比 WW型的更优先,这在第6组站址中可以清晰地看出来。例如,清迈1 a和清迈1 b在同一区域内,但是它们的水电规划方案不同,清迈1 a优先。

表1 本项目研究中采用的主要标准和次级标准

当考虑到工程和经济方面时,不被优先选取的站址通常为低收益率和低净现值,例如第1组中的站址位置和第 3组及第4组中的一些站址。在第 3组和第4组中的一些站址比其他组的大很多,因此投资成本较高。若在第6组站址中进行比较,在同一地区的 DwS型的站址比 WW型的会优先选取,因为其生产成本较低。

在社会经济方面,区域内的安全是最重要的因素,靠近边界的站址通常是不可取的。另外,具有高水头的站址也是不可取的,因为它们往往是位于深山野林中且指定为保护区。

在环境方面,第2组中的站址更加可取,因为它们已经有了水库,增加一个发电装置不会对环境造成很大影响。再者,较大的水库比小的更不可取。另外,若在同一区域比较 DwS和 WW型的站址,则WW型更可取。

对于利益相关者参与这个变量,组和组之间的水电开发优先性的变化很大,这取决于电力的短缺和当地民众的认可程度。如果居住在该区域的民众的态度发生了改变,这方面的排序未来可能会改变。因此,水电的观念、优点和影响需要进一步加以解释,以使居住在该区域内的民众更好地了解水电。

对这两种情形的各个方面进行排序,这两种情形下的结果并没有很大不同。再者,考虑各个方面时,第2组中的站址似乎最可取,因为它们已经有了水库。不需要再进行大型施工,节省成本,对站址附近环境社区影响较小。

5 结 论

水电项目开发取决于多个条件。采用 MCDM方法可以帮助决策者了解和比较对每个站址的赞成和反对观点。有些因素,尤其是涉及利益相关者参与的因素,可能在未来会发生变化,这取决于居住在项目所在区域的民众对水电的了解和认知,为民众所认可是最重要的。在过去,如果项目所在区域的民众不认可该项目,即使发电、工程和经济方面评估的结果非常出色,这个站址也不能进行开发建设。因此,考虑除技术条件以外的其他方面,对水电项目开发的优先性排序大有帮助。就这项研究而言,考虑各个方面,已有水库的站址似乎最可取,因为没有必要进行大规模的施工,从而可以节省成本,对站址附近的环境和社区影响也较小。