應(yīng)雨龍, 何家振,2, 徐思雨, 胡偉晨

(1.上海電力大學(xué), 上海 200090; 2.上海申能崇明發(fā)電有限公司, 上海 202155)

由于長期以來一直是以煤、石油、天然氣等化石能源為主的能源產(chǎn)-輸-配-供-消體系,我國的環(huán)境問題日益嚴(yán)重,因此建設(shè)集成高比例清潔能源與可再生能源的新一代電力系統(tǒng)已成為我國人民對電力發(fā)展的普遍要求。黨的十九大報(bào)告提出要推動(dòng)能源產(chǎn)消革命,構(gòu)建安全高效、清潔低碳的能源體系,并將開展多能互補(bǔ)集成優(yōu)化工程作為我國《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的主要任務(wù)。在PPP和新電改條件下,區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)落地階段的主要任務(wù)是建設(shè)新一代電力系統(tǒng)與開展多能互補(bǔ)基礎(chǔ)上的綜合能源服務(wù)[1-3]。國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)、能源企業(yè)已經(jīng)開展了相關(guān)的課題研究、項(xiàng)目探索與商業(yè)實(shí)踐,國內(nèi)如上海迪士尼度假區(qū)示范[4]、延慶縣示范工程[5]、崇明島示范工程[6],國外如歐盟E-DeMa項(xiàng)目、ELECTRA示范項(xiàng)目[7-8]、德國朗根費(fèi)爾德示范工程、日本柏葉智慧城市[9]、英國曼徹斯特示范工程[10-11]、加拿大耶洛奈夫鎮(zhèn)示范項(xiàng)目[12]等。總之,伴隨綜合能源服務(wù)體制新業(yè)態(tài)的發(fā)展,以及分布式發(fā)電技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與能源系統(tǒng)管控技術(shù)的成熟,基于多能互補(bǔ)工程的綜合能源服務(wù)已在世界各國迅速開展,并成為戰(zhàn)略競爭與合作的新焦點(diǎn)[13-14]。當(dāng)前,浙江電網(wǎng)公司正在積極轉(zhuǎn)型為現(xiàn)代綜合能源服務(wù)企業(yè),已經(jīng)廣泛開展了售電側(cè)的風(fēng)險(xiǎn)管理研究[15-16],但未就綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)管理開展相關(guān)研究。針對這一空白,本文提出了基于故障樹分析法與突變級數(shù)法的電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)管理方法。

1 基于故障樹分析的電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是風(fēng)險(xiǎn)評估、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)督的基礎(chǔ)[17]。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的主要目標(biāo)是區(qū)分和驗(yàn)證可能起主要作用的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素。實(shí)際上,對已確定的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分類也很重要。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法按以下流程實(shí)施。

步驟1 通過文獻(xiàn)調(diào)研收集風(fēng)險(xiǎn)因素并分類。收集并選擇國內(nèi)外研究人員經(jīng)常提及的常見風(fēng)險(xiǎn)因素,將其作為電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)的潛在風(fēng)險(xiǎn)來源。

步驟2 專家問卷調(diào)查。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果,進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、驗(yàn)證的問卷調(diào)查。在這一環(huán)節(jié)中,對熟悉綜合能源服務(wù)領(lǐng)域的專家進(jìn)行問卷調(diào)查。專家問卷調(diào)查的主要任務(wù)是區(qū)分可能有重大影響的風(fēng)險(xiǎn)因素。

步驟3 通過故障樹分析進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。故障樹分析方法由WATSON H A于1961年提出,是一種根據(jù)布爾邏輯的演繹故障分析方法[16]。故障樹分析方法廣泛應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、障礙檢查、項(xiàng)目可靠性測試、財(cái)務(wù)管理、安全與質(zhì)量控制、軍事行動(dòng)等領(lǐng)域。

電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)由3類邊界層所包圍,其影響邊界如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)影響邊界

由圖1可知,物理邊界位于最內(nèi)層,外側(cè)依次為影響邊界和政策邊界;經(jīng)濟(jì)影響邊界表示能源供應(yīng)側(cè)與需求側(cè)間的資金流;環(huán)境影響邊界可以清晰表明電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)對環(huán)境的影響,在該邊界層中,不同污染物的影響可以根據(jù)其對生態(tài)環(huán)境、人體健康等的影響進(jìn)行定量評價(jià);政策邊界表明直接或間接影響決策者的法律、調(diào)控或制度框架等,與國家或地區(qū)的能源戰(zhàn)略以及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境政策等因素密切相關(guān)。

進(jìn)行有效的電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,需要結(jié)合能源綜合服務(wù)的背景,對風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行全面研究。就電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)管理而言,其風(fēng)險(xiǎn)主要來自政策及能源供用能的不確定性,具體如圖2所示。

圖2 電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)因素

由圖2可知,在綜合能源服務(wù)背景下,存在多種風(fēng)險(xiǎn)因素,而這些風(fēng)險(xiǎn)因素均從不同角度對電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)造成一定的影響。

基于上述風(fēng)險(xiǎn)因素分析,結(jié)合電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)所包圍的物理邊界、影響邊界和政策邊界3類邊界,及圖2所示的13個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的意義和實(shí)際作用,對各個(gè)主成分進(jìn)行定義和分類?；诠收蠘浞治鲈?最終可以得到電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)結(jié)構(gòu),具體如表1和圖3所示。

表1 電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)結(jié)構(gòu)

圖3 基于故障樹分析的電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

2 基于突變級數(shù)法的電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)評估

突變理論是由法國數(shù)學(xué)家勒內(nèi)·托姆于1972年創(chuàng)立,是利用動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的拓?fù)淅碚搧順?gòu)造自然現(xiàn)象與社會(huì)活動(dòng)中不連續(xù)變化現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型,并以此描述和預(yù)測事物連續(xù)性中斷的質(zhì)變過程,是目前唯一研究漸變到突變的系統(tǒng)理論[18]。突變級數(shù)法將突變理論與模糊數(shù)學(xué)結(jié)合起來,采用定性與定量相結(jié)合的方法,既減少了主觀人為性,又不失科學(xué)性和合理性。該方法簡單、準(zhǔn)確,適用于多目標(biāo)評價(jià)與決策。突變級數(shù)法運(yùn)算步驟如下。

2.1 建立逐層結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)在作用機(jī)制,將總指標(biāo)進(jìn)行多層次主次矛盾分解,按照先主后次順序排列成倒立的樹枝狀結(jié)構(gòu),逐層向下分解,直至分解到可以計(jì)量的指標(biāo)為止。對各層指標(biāo)按重要程度進(jìn)行排序。若一個(gè)指標(biāo)有1個(gè)下層指標(biāo),該模型可視為折疊突變模型。若一個(gè)指標(biāo)所對應(yīng)的下層指標(biāo)有2個(gè),該模型可視為以該指標(biāo)為狀態(tài)變量、2個(gè)下層指標(biāo)為控制變量的尖點(diǎn)突變模型。若一個(gè)指標(biāo)有3個(gè)下層指標(biāo),該模型可視為燕尾突變模型。若一個(gè)指標(biāo)有4個(gè)下層指標(biāo),該模型可視為蝴蝶突變系統(tǒng)。若一個(gè)指標(biāo)的下一層指標(biāo)個(gè)數(shù)多于4個(gè),則需利用主成分分析法對指標(biāo)進(jìn)行合并,使合并后的指標(biāo)個(gè)數(shù)不超過4個(gè)。模型的各層指標(biāo)權(quán)重分別為m,n,w,u。其中,折疊突變模型[18]為

Q1(x)=x3+mx

(1)

尖點(diǎn)突變模型為

(2)

燕尾突變模型為

(3)

蝴蝶突變模型為

(4)

依據(jù)表1中電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)結(jié)構(gòu),建立的逐層結(jié)構(gòu)模型如表2所示。

表2 電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)評估突變模型

由于頂層一級風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)A可以分解為M1,M2,M3,M4這4個(gè)二級風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),因此可以采用蝴蝶突變模型,通過對M1,M2,M3,M4進(jìn)行歸一化處理,計(jì)算頂層風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)A的值;由于風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)M1可以分解為R1,R2,R3這3個(gè)三級風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),因此可以采用燕尾突變模型,通過對R1,R2,R3進(jìn)行歸一化處理,計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)M1的值;由于風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)M2可以分解為R4,R5,R6這3個(gè)三級風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),因此可以采用燕尾突變模型,通過對R4,R5,R6進(jìn)行歸一化處理,計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)M2的值;由于風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)M3可以分解為R7,R8,R9這3個(gè)三級風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),因此可以采用燕尾突變模型,通過對R7,R8,R9進(jìn)行歸一化處理,計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)M3的值;由于風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)M4可以分解為R10,R11,R12,R13這4個(gè)三級風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),因此可以采用蝴蝶突變模型,通過對R10,R11,R12,R13進(jìn)行歸一化處理,計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)M4的值。

2.2 評價(jià)指標(biāo)的無量綱化處理

由于最底層評價(jià)指標(biāo)之間的取值范圍和單位量綱均不相同,各指標(biāo)之間無法進(jìn)行比較,需將其轉(zhuǎn)變?yōu)?～1之間的無量綱數(shù)據(jù)。同時(shí),還需將所有的評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為越大越好型數(shù)據(jù),對越小越好型數(shù)據(jù)采用倒數(shù)法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

對于正向指標(biāo)

(5)

對于逆向指標(biāo)

(6)

2.3 歸一化公式的推導(dǎo)

對于折疊突變模型

(7)

對于尖點(diǎn)突變模型

(8)

對于燕尾突變模型

(9)

對于蝴蝶突變模型

(10)

2.4 突變級數(shù)的計(jì)算

確定控制變量的數(shù)目后就可以選擇對應(yīng)的初等突變模型。根據(jù)不同模型的歸一化公式和最底層評價(jià)指標(biāo)的無量綱數(shù)據(jù),可計(jì)算各控制變量的突變級數(shù)值。計(jì)算過程中若指標(biāo)之間無相關(guān)性采用“非互補(bǔ)”原則,即“大中取小”;若指標(biāo)之間具有相關(guān)性應(yīng)采用“互補(bǔ)”原則,即“取平均數(shù)”。逐層向上計(jì)算突變級數(shù),最終求出總突變級數(shù)進(jìn)行評價(jià)。

2.5 基于歸一化結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)評估

風(fēng)險(xiǎn)等級分類和指示為(0.900 0,1.000 0]意味已達(dá)極高風(fēng)險(xiǎn)水平;(0.700 0,0.900 0]意味已達(dá)較高風(fēng)險(xiǎn)水平;(0.500 0,0.700 0]意味已達(dá)高風(fēng)險(xiǎn)水平。

3 應(yīng)用與分析

假設(shè)對浙江某一電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)開展風(fēng)險(xiǎn)管理工作,具體管理流程如下。

3.1 綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)評估

(1) 確定各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的原始值。為提高風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性,選取國內(nèi)另外30家綜合能源服務(wù)企業(yè)近3年來的13個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的原始值,形成各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的最大值和最小值,用于風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)的無量綱化處理。

(2) 評價(jià)指標(biāo)的無量綱化處理。根據(jù)式(5)和式(6),可以得到各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)無量綱化處理后的風(fēng)險(xiǎn)值,如表3所示。

表3 各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的無量綱化處理結(jié)果

(3) 歸一化公式的推導(dǎo)。根據(jù)電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)評估所選取的突變模型,基于式(7)、式(8)、式(9)和式(10),將各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)歸一化,結(jié)果如表4所示。

表4 各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的歸一化處理結(jié)果

(4) 突變級數(shù)的計(jì)算。確定控制變量的數(shù)目后就可以選擇對應(yīng)的突變模型,根據(jù)不同模型的歸一化公式和最底層評價(jià)指標(biāo)的無量綱數(shù)據(jù),計(jì)算各控制變量的突變級數(shù)值。計(jì)算過程中若指標(biāo)之間無相關(guān)性,則采用“非互補(bǔ)”原則,即“大中取小”;若指標(biāo)之間具有相關(guān)性,則采用“互補(bǔ)”原則,即“取平均數(shù)”。逐層向上計(jì)算突變級數(shù),最終求出總突變級數(shù)進(jìn)行評價(jià),具體如表5所示。

表5 各風(fēng)險(xiǎn)類別的風(fēng)險(xiǎn)值

(5) 基于歸一化結(jié)果評估風(fēng)險(xiǎn)。由表5可以明顯看出,風(fēng)險(xiǎn)類別 M1,M3,M4與企業(yè)頂層風(fēng)險(xiǎn)A 已達(dá)極高風(fēng)險(xiǎn)水平,風(fēng)險(xiǎn)類別M2也已達(dá)高風(fēng)險(xiǎn)水平。

根據(jù)表3各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)無量綱化處理后的風(fēng)險(xiǎn)值的年均值,排列各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級,結(jié)果如表6所示。另外,根據(jù)表5各風(fēng)險(xiǎn)類別風(fēng)險(xiǎn)值的年均值,排列各風(fēng)險(xiǎn)類別進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級,結(jié)果如表7所示。

表6 各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級

表7 各風(fēng)險(xiǎn)類別進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級

3.2 綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)

電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對是在管理者充分認(rèn)識(shí)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)的前提下,運(yùn)用各種手段措施,對各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、控制和防范,確保電網(wǎng)公司資本運(yùn)營的效益性、連續(xù)性和穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)公司收益目標(biāo)的一項(xiàng)重要管理活動(dòng)。結(jié)合電網(wǎng)企業(yè)轉(zhuǎn)型現(xiàn)代能源綜合服務(wù)企業(yè)的背景,對應(yīng)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),基于風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果可以采取的風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)措施如表8所示。

3.3 綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管

為更有效地應(yīng)對電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn),可以建立如圖4所示的電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管機(jī)制。

為減少電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的負(fù)面影響,該風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管機(jī)制的核心是建立專門的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管中心。該風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管中心可以促使政府部門、金融機(jī)構(gòu)、高校與科研院所、非政府組織等通過共同參與和互動(dòng)交流來進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別、評估、應(yīng)對和監(jiān)管。風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管機(jī)制的主要目標(biāo)是通過建立財(cái)政支持機(jī)制、市場激勵(lì)機(jī)制、政策扶持機(jī)制以及項(xiàng)目扶持機(jī)制,以促進(jìn)電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)的可持續(xù)、穩(wěn)健發(fā)展。事實(shí)上,社會(huì)結(jié)構(gòu)的緊密協(xié)作和集中整合可以顯著降低風(fēng)險(xiǎn)影響,提高電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)的綜合產(chǎn)值。電網(wǎng)公司要建立風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的定期報(bào)告制度,對各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系進(jìn)行定期評價(jià),并根據(jù)評價(jià)結(jié)果對指標(biāo)體系進(jìn)行調(diào)整與完善,各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的評價(jià)與完善需要多部門的共同參與。

表8 基于風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果采取的風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)措施

圖4 電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管機(jī)制

4 結(jié) 語

本文針對浙江電網(wǎng)公司轉(zhuǎn)型現(xiàn)代能源綜合服務(wù)企業(yè)的背景,結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)管理理論體系,研究了電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)管理的控制內(nèi)容、控制要素、控制環(huán)境及控制目標(biāo)。結(jié)合公司實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營過程和風(fēng)險(xiǎn)控制要求,基于故障樹分析法和突變級數(shù)法的風(fēng)險(xiǎn)評估方法,提出了適用于電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)管理數(shù)學(xué)模型,形成了電網(wǎng)公司綜合能源服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)管理體系,為電網(wǎng)公司保障穩(wěn)定收益以及綜合提高公司風(fēng)險(xiǎn)管理水平提供了很好的借鑒。