电网侧储能项目管理模式选择——基于IFS 与TOPSIS 灰色关联投影法的实证分析

南开辉，方 向，翟晓萌，杨庆刚，喻 刚

（1.国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，江苏南京 210008；2.中国电力企业联合会电力建设技术经济咨询中心，北京 100053）

1 研究背景

近年来，在“四个革命、一个合作”的能源战略指引下，我国新能源产业得到了高速发展。截至2018 年年底，我国风电和太阳能发电等新能源发电并网装机容量已经达到3.59 亿kW，相较于10 年前增加了36 倍，位居世界首位。在我国主力电源中，新能源已经上升到了仅次于煤电、水电的第3 位。新能源发电源源不断并入电网，带来了更多绿色清洁能源；同时，其明显的随机性、反调峰性加剧了电网的调峰调频困难［1-2］，给电网的安全稳定运行带来严重挑战。电力系统亟需在火电等常规电源之外寻找新的调峰调频手段［3］。

储能系统作为一种具有双向功率能力的能量存贮介质［4］，可以有效弥补大规模新能源发电并网带来的电力系统调峰调频能力不足。为此，自2017 年以来，我国陆续出台了《关于促进储能产业与技术发展的指导意见》等政策文件支持储能产业试点发展，随后各大电网企业积极响应国家电储能产业政策.2018 年以来，河南、江苏、青海、湖南等地区的电网企业率先启动了探索实践，河南洛阳黄龙储能电站、江苏镇江101 MW/202 MWh 电网侧分布式储能电站、青海格尔木美满16 MW/64 MWh 储能电站、湖南长沙60 MW/120 MWh 储能电站等一批电网侧储能项目相继建成投运，拉开了电网侧储能项目建设的新纪元。

但是电网侧储能项目不同于一般的工程项目，它不仅具有工程投资金额大、投产运行可靠性要求高、当前材料设备不成熟等特点，而且项目建设运行存在一定环境风险、工程参建方数量多、施工环境存在一定安全风险、项目业主一般为非电网企业缺少项目建设管理经验等特点，必然会对项目的建设管理提出更高的要求。而项目建设管理的核心工作是选择合适的建设管理模式，建设管理模式正确与否不仅影响到项目未来能否实现预期的经济效益和社会效益，而且决定了项目能否按照设定的质量、进度、投资等各项目标顺利完成。因此，在国内电网侧储能项目建设刚起步的今天，急需研究和提出与之匹配的最佳建设管理模式，以保障电网侧储能项目建设按照预定目标顺利开展，助推我国电网储能产业发展。

2 国内外关于项目管理模式选择的研究现状

Alhazmi 等［5］学者利用项目采购系统选择模型（PPSSM）构建了项目建设管理评价系统，并邀请公共部门专家打分进行实证研究。Wong 等［6］应用层次分析法构建了项目管理模式选择模型。王春华［7］研究认为港口工程项目管理模式选择应重点考虑国家政策法规、市场竞争、融资渠道等方面因素。谭笑等［8］研究认为工程管理模式的选择因素包括投资者实力、项目目标要求、当地环境等方面。惠静薇［9］利用模糊层次分析法做了定量化分析的尝试。

通过分析国内外相关文献可知，目前工程项目建设管理模式选择相关研究集中在常见工程项目方面，并且以定性分析居多，少数定量方法也主要依赖于专家经验、客观性较差，专门针对电网侧储能项目的建设管理模式选择研究处于空白。而电网侧储能项目在电网峰谷差不断扩大、新能源渗透率持续上升的背景下具有广阔的发展前景，同时，电网侧储能项目与其他类型的项目有着显著的不同，其对项目建设管理模式有着特殊要求，所以，有必要针对电网侧储能项目的特殊性，系统、客观研究其建设管理模式选择指标体系和选择模型。

3 电网侧储能项目管理模式选择的评价指标体系

当前工程建设领域常见的建设管理模式主要有：DBB 模式（设计-招标-建造）、DB 模式（设计-建造）、CM 模式（建造管理）、BOT 模式（建造-运营-移交）、EPC 模式（设计-采购-建造）、PMC 模式（项目管理承包）。建筑行业在传统工程项目如何选择项目管理模式上积累了比较丰富的经验，而电网侧储能项目是一个专业性强、投资大、技术新、工程本质安全和质量事关电力可靠供应的工程建设项目，建设管理要求高，因此，在选择建设管理模式时无法参照以往其他传统工程项目管理经验粗略选择套用，需要结合电网侧储能项目特点、业主方能力、市场状况、项目管理模式的优缺点等综合考虑。

本文在研究参考相关文献的基础上，走访调研了电网侧储能项目相关实际工程管理人员、研究学者、政府政策制定者，在此基础上系统整理了电网侧储能项目管理模式选择的评价指标体系，对其进行筛检、补充，归纳总结出了17 个选择评价指标。按照指标内容的属性特征，将其划分为项目特点、项目目标要求、业主方能力、市场状况、外部政策与环境等五大类一级指标，每个一级指标又划分为若干个二级指标，具体见表1 所示。

表1 电网侧储能项目管理模式选择评价指标体系

4 电网侧储能项目管理模式选择

4.1 选择模型的建立

由表1 可以看出，电网侧储能项目管理模式选择的评价指标众多，而且指标涉及的范围较为广泛，同时电网侧储能项目建设刚刚起步，在项目管理模式选择中如果仍然采用以往专家打分的形式，不可避免由于专家知识局限导致了解不够系统和全面造成不同程度犹豫，影响项目管理模式选择结果。为此，Atanassov［10］提出了直觉模糊集理论（Intuitionistic Fuzzy Sets，IFS)，用隶属度、非隶属度、犹豫度分别表示专家决策的支持、反对和中立态度，更加符合人的逻辑思维，可以显著提高主观判断的准确性。目前该理论已经广泛应用于综合评价、方案优选等领域［11-12］。在受现有应用研究启发的基础上，本文提出了一种基于IFS 与TOPSIS 灰色关联投影法的电网侧储能项目管理模式选择模型（见图1），首先应用IFS 法对评价指标客观赋权重，避免专家主观误差；在此基础上组合TOPSIS 灰色关联投影法［13-15］，有效避免了灰色关联单向评价的弱点，进而实现电网侧储能项目与常见的项目管理模式匹配评价，达到选择最佳电网侧储能项目建设管理模式目的。

图1 电网侧储能项目管理模式选择模型

4.2 选择模型应用的具体步骤

4.2.1 构建正、负理想决策矩阵

设有m种项目管理模式构成可供选择方案集每种项目管理模式的评价指标有n个，构建的原始决策矩阵为：

式（1）中：0 ≤uij≤100，由专家结合电网储能侧项目具体环境和特点以及各种项目管理模式的优缺点综合给出。

TOPSIS 的基本原理是首先根据决策矩阵确定正理想方案和负理想方案，然后比较备选方案与两者之间的距离，距离越短则备选方案越优。

正理想方案为：

负理想方案为：

4.2.2 构建正、负理想灰色关联系数矩阵

理想样本与第i种项目管理模式的第j个评价指标的灰色关联系数计算公式为：

4.2.3 计算加权灰色关联系数矩阵

为了计算加权灰色关联系数矩阵，本文应用IFS模拟人类思维来确定各评价指标的权重，有效避免以往依据专家打分带来的主观性影响。

（1）直觉模糊集（IFS）介绍。

（2）建立直觉模糊判断矩阵。通过邀请专家对评价指标的两两判断，得到直觉模糊矩阵，具体构建依据见表2 所示。

表2 项目管理模式评价指标重要程度标度

（3）指标权重确定。利用公式（8）转化直觉模糊判断矩阵，得到

计算评价指标的得分权重，公式如下：

归一化处理得到评价指标的具体权重，公式如下：

（4）加权灰色关联系数矩阵确定。在式（6）（7）中代入式（10），得到正理想加权灰色关联系数矩阵W+和负理想加权灰色关联系数矩阵W-。

4.2.4 计算各项目管理模式到正、负理想解的距离

每一个备选方案均可以视为一个行向量，备选方案为：

理想方案为：

则各备选项目管理模式方案到正、负理想解的距离分别为：

4.2.5 计算各项目管理模式与正、负理想解的贴近度

各备选项目管理模式方案与正、负理想解的贴近度Ti为：

Ti越大，表明备选项目管理模式方案越接近正理想方案，相对于其他贴近度较小的备选方案也越好。

5 实例分析

国内某电力消费大省近年来夏季期间电网负荷屡创历史新高，同时外来可再生能源发电不断扩大，为此该省计划建设一批兆瓦级电网侧储能电站（以下简称“案例项目”），提高电网调峰能力和清洁能源消纳能力。案例项目通过招标方式选择某综合能源服务公司（以下简称“服务公司”）投资建设。由于案例项目的电网侧储能电站规模大、投资大、技术难度大、工期要求紧，同时工程质量会对未来地区的电网安全稳定运行产生重要影响，而服务公司具备类似项目管理经验少，承担风险能力较弱，迫切需要从DBB、DB、CM、BOT、EPC、PMC 等传统项目管理模式中找到一种最适合的项目建设管理模式。以服务公司为样本企业，本文邀请专职于电网侧储能领域的项目经理、研究学者、政府公务员等11 人组成专家组，对上述6 种项目管理模式按照表1 中17 个二级指标进行打分，专家打分后的平均得分值如表3 所示。

表3 专家对样本企业各项指标打分的平均值 单位：分

表3 （续）

（1）构建正、负理想决策矩。根据表3 专家打分结果，通过式（2）得到正理想决策方案，通过式（3）得到负理想决策方案，在此基础上通过式（4）标准化后之后得到案例项目建设管理模式选择评价指标的正理想型无量纲决策矩阵为U+/、负理想型无量纲决策矩阵为U-/。

（2）构建正、负理想灰色关联系数矩阵。利用式（5）对U+/和U-

/进行灰色关联变换，得到正理想灰色关联系数矩阵P+和负理想灰色关联系数矩阵P-。

（3）确定评价指标权重。邀请专家对表1 给出的一级指标进行两两比较，构建一级指标的直觉模糊矩阵如下：

（4）计算各项目管理模式理想解的距离及贴近度。利用式（15）（16）分别计算DBB、DB、CM、BOT、EPC、PMC 等备选项目管理模式方案到正、负理想解的距离di+和di-，在此基础上利用式（17）计算各项目管理模式方案与正、负理想解的贴近度Ti，具体如表4 所示。

表4 样本企业各项目管理模式到理想解的距离及贴近度

依据表4 中贴近度的大小，对各种备选项目管理模式方案按照优劣进行排序：EPC 模式> DB模式> BOT 模式>CM 模式>PMC 模式>DBB 模式。因此，在当前电网侧储能产业发展阶段开展电网侧储能项目建设应优先选择EPC模式，其次是DB模式，再是BOT 等其他项目管理模式。

对比近两年来我国电网侧储能项目建设的项目管理模式应用于具体工程实践而言，江苏镇江储能电站、湖南长沙电池储能电站等大多数电网侧储能项目均是采用了EPC 模式，而江苏下舍站储能电站等少数电网侧储能项目采用了DB 模式。由此可见，按照本文所提出方法选择的电网侧储能项目管理模式与工程实践相符，该方法具有良好的有效性和实用性，可为电网侧储能项目管理模式选择提供理论依据。

6 结论

目前，我国电网侧储能项目建设刚兴起，未来随着电力体制改革的深入推进和泛在电力物联网的建设，将呈现爆发式增长。为了寻找当前电网侧储能项目建设最佳项目管理模式，本文结合电网储能产业发展阶段及项目具体特点，设计了电网侧储能项目管理模式选择的评价指标体系，提出了基于IFS与TOPSIS 灰色关联投影法的电网侧储能项目管理模式选择模型，以实际案例验证了指标体系和选择模型的有效性。研究结果表明：

（1）本研究设计的电网侧储能项目管理模式选择的评价指标体系具有一定的实用性和可操作性，能够应用于各地电网侧储能项目管理模式选择评价中。

（2）将TOPSIS、灰色关联分析法和矢量投影法进行组合，充分利用了灰色关联分析法适用于多指标评价问题，同时又克服了其单向评价的弱点，为电网侧储能项目管理模式选择评价提供了比较精准的定量决策途径。

（3）采用IFS 法来确定每个评价指标的权重，有效避免了传统专家评分法确定指标权重引起的客观性欠缺问题，提高了评价结果的准确性。