基于全寿命周期的电网规划方案成本分析

单霏霏，张纳川

(国网苏州供电公司，江苏 苏州　215004)



基于全寿命周期的电网规划方案成本分析

单霏霏，张纳川

(国网苏州供电公司，江苏 苏州215004)

摘要：基于全寿命周期成本分析法的传统电网经济评价，只考虑了项目建设初期成本的投入。提出了基于全寿命周期的电网规划方案成本分析，首先介绍了全寿命周期成本分析法的概念及计算方法，然后利用此法，对两个供电方案进行经济性对比分析。同时，采用敏感性分析法寻找出对全寿命周期成本最大的不确定性因素为工程造价和设备运行寿命，对今后电网规划具有一定的借鉴作用。

关键词：全寿命周期成本；电网规划方案；敏感性分析

传统的电网建设工程造价管理强调建设工程初期的建设造价，而对设施移交后的运营和维护成本考虑的很少，从长远的观点看，设施未来的运维和故障成本可能会大于它的建设成本。因此，建设成本最低的方案放在项目全寿命周期的角度来考察并不一定是最优的。在对电力建设工程进行优化规划过程中，如何综合考虑工程项目全寿命周期内的各项成本，取得各成本之间的最佳平衡是当前迫切需要解决的问题。在这种研究现状下，应用全寿命周期成本的概念及思想理论来进行电网规划将比传统的规划方法更加具有优越性。全寿命周期成本管理是从工程项目的整个寿命周期出发，综合考虑规划过程中的电力设备及系统的投资、运行、维护、故障直至废弃各个阶段的各项成本，通过合理的规划设计，使方案的评价、工程的总体策划和工程施工方案的确定更加科学合理。

1全寿命周期成本分析法

在电网规划过程中应用全寿命周期成本理念，可以在确保电网安全可靠供电的前提下，以更加合理的成本获得更高的经济收益，实现企业资产全寿命周期整体收益成本的最大化。

电网的全寿命周期成本指的是在电网经济寿命周期内所发生的总费用，主要包括：电网初始投资CI；电网运行成本CO；电网故障损失成本CF以及设备的退役处置成本CD。电网全寿命周期成本CLCC的数学模型为

CLCC=CI+CO+CF+CD

(1)

每个供电方案都必须满足同样的电力需求，因此它们的收益是相等的。比较不同供电方案的经济性，只需计算各个方案的费用，并以费用最少作为方案选优的标准。基于以上考虑，方案比选可采用年费用法，根据年费用大小判定其经济性。

计算年费用时，费用分解结构模型不必覆盖寿命周期内的所有细节成本。根据有无对比原则，改造前后相同或是非常相近的成本予以忽略，占CLCC计算较小且难以精确量化的成本因素也予以忽略。因此，可不考虑退役处置费用，并将运行费用简化为线损费用和线路维护检修费用。简化后的全寿命周期成本模型为

CLCC= 初始投入费用CI+运行费用CO +故障损失成本CFCO=线损费用+线路维护费用CF=直接损失成本+间接损失成本ìîíïïïïïï

(2)

(1)中压初始投资CI

中压线路的初始投资一般可估算为：

CI=(L×C0+num×Cf)

(万元)(3)

式中L——中压线路长度，km；C0——单位长度的线路投资，万元/km；Cf——环网开关(负荷开关或环网柜)的投资，万元/台；num——线路的分段数与联络数的合计值。

(2)年运行费用CO

年运行费用包括线路损耗费用、线路检修维护费用，计算公式如下：

CO=αΔA×10-4+U1

ΔA=ΔPl×τ

(4)

式中U1——线路检修、维护费；为10 kV购电价，元/kWh；ΔA——线路全年电能损失总值，kWh；ΔPl——线路最大负荷损耗；τ为最大负荷损耗小时数，h。

(3)年停电损失CF

计算停电损失可以考虑两种情况，一是仅分析公司成本，即只计及直接损失；二是在公司成本的基础上，进一步考虑社会效益，即同时计及停电的直接损失和间接损失。直接损失是指停电给供电公司造成的经济损失。直接损失采用购售电价差×停电时间进行估算，计算公式如下：

CLOSS1=Pl×tAIHC×β×10-4

(5)

式中CLOSS1——停电造成的供电公司直接经济损失，万元；tAIHC——系统平均停电持续时间，h；Pl——单条线路的平均负荷，kW；β——购售电价差，元/kWh。

间接损失是指停电对社会和用户造成的损失。间接经济损失可采用度电产值计算。度电产值是指某一时期(年)某一地区内国民生产总值(GDP)与所消耗电能的比值。间接损失计算公式如下：

CLOSS2=Pl×tAIHC×k×10-4

(6)

式中CLOSS2——停电造成的间接经济损失，万元；tAIHC——系统平均停电持续时间，h；Pl——单条线路的平均负荷，kW；k——度电产值，元/kWh。

通过计算得到的停电损失值，即为单条10 kV出线的停电损失。

(4)年费用

年费用可计算为：

(8)

式中Ca——平均分布在n年内的中压线路年总费用；CI——中压线路建设投资；CO——中压线路年运行费用；CF——中压线路年停电损失费用；n——线路经济使用年限；r0为折现率。

2基于全寿命周期的规划方案比选

选取某一区域，利用两种不同规划方案进行规划，运用基于全寿命周期成本分析法对两种方案进行比选，得出最优规划方案。

2.1规划方案分析

利用全寿命周期成本分析法，以苏州工业园区湖西CBD某4个两路电源用户用电需求为例编制供电方案，进行经济性对比分析。如设定总负荷需求3.2万kW，理想设成每个用户两路电源同时供电，每路各供4 000 kW。由于该区域采用20 kV电缆供电，电缆线路采用YJV22-3×400型号，限额电流取为482 A，每条线路以1.6万kW为满载。

方案一：采用电缆网双环网结构，满足“N-1”运行条件的理论负载率为50%，建设规模：新建4座两段母线开关站，每座开关站每段母线最少设3台环网开关，分别从110 kV公园变、金鸡湖变各出两回电缆至开关站形成一个双环网，总计敷设400电缆约7.7 km，设置20 kV环网开关24台。

方案二：采用电缆两供一备结构。满足“N-1”运行条件的理论负载率67%。建设规模：新建3座两段母线开关站及1座三段母线开关站，3座开关站每段母线最少设3台环网开关，第四座三段母线开关站除两侧母线段各3台环网开关外加中间段母线及联络开关合计3台，分别从110 kV公园变、湖滨变各出一回电缆主供3.2万负荷，从220 kV星港变出一回电缆至三段母线开关站中间段母线，形成备供，总计敷设400电缆约7.05 km，设置20 kV环网开关27台。

根据苏州市目前实际的造价水平，将10 kV典型设备综合造价如表1所示。

表1　全寿命周期成本分析基础参数

根据全寿命周期成本公式和表1中的基础参数，可得出两个方案的年费用结果如表2所示。

表2　规划方案评估结果列表　万元

由表2可知，方案一的全寿命周期成本大于方案二，说明方案二综合考虑了电网的安全性和经济性，使得电网全寿命周期成本最小，是最佳的规划方案。

2.2敏感性分析

影响规划方案全寿命周期成本的因素主要包括工程造价、售电价、最大负荷利用小时数、设备运行寿命等。下面以规划方案二为例，假定各参数在±20%的范围内分别发生变动，针对不同的参数，分别做敏感性分析，所得结果见表3～表6。

通过对表3至表6的数据分析得知，工程造价的变化对全寿命周期成本的影响最大，其次是设备运行寿命，最大负荷利用小时数和售电价损耗的影响次之。因此，对于配电网规划方案来说，工程造价和设备运行寿命都是敏感性因素，对其做出决策之前，应对电网工程投资造价及设备运行寿命作出更为精确地预测和估算。

表3　工程造价对全寿命周期成本的影响

表4　售电价对全寿命周期成本的影响

表5　最大负荷利用小时数对全寿命周期成本的影响

表6　设备运行寿命对全寿命周期成本的影响

3结语

利用全寿命周期成本分析法，对苏州工业园区湖西CBD某4个两路电源用户用电两个供电方案，进行经济性对比分析。得出两供一备供电方案综合考虑了电网的安全性和经济性，使得电网全寿命周期成本最小，是最佳的规划方案。并且通过敏感性分析可知，工程造价和设备运行寿命都是敏感性因素，对其做出决策之前，应对电网工程投资造价及设备运行寿命作出更为精确地预测和估算。全寿命周期成本分析法为电网企业进一步加强成本管理工作提供了崭新的思路和有效的手段，有助于提升电网规划水平，促进企业决策科学、精益化发展。

(本文编辑：赵艳粉)

Cost Analysis of Power Grid Planning Based on Life Cycle

SHAN Fei-fei, ZHANG Na-chuan

(State Grid Suzhou Power Supply Company, Suzhou 215004, China)

Abstract:The traditional economic evaluation of power grid based on the life cycle cost analysis only accounts for the initial cost of the project construction. This paper makes cost analysis of power grid planning based on life cycle. It firstly introduces the concept of life cycle cost analysis and calculation method, then thereupon makes the economical comparison analysis of two power supply schemes. At the same time based on sensitivity analysis, it is shown that the engineering cost and equipment operating life are the two most uncertain factors for the life cycle cost. This research has certain reference value to the power grid planning in the future.

Key words:life cycle cost; grid planning; sensitivity analysis

DOI：10.11973/dlyny201602005

作者简介：单霏霏(1982)，女，硕士，经济师，主要从事电网规划经济分析方面的工作。

中图分类号：TM63

文献标志码：A

文章编号：2095-1256(2016)02-0177-03

收稿日期：2015-12-22