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电网典型设备全寿命能耗评价模型研究
2017-10-30 10:21:50  作者: 杨勇 郑晶晶 等  来源:中国设计师网  
  •   本文将全寿命周期管理技术和电网设备的管理相结合,通过对电网设备整个生命周期进行能耗分析,了解设备不同阶段的能耗水平,建立能耗评价模型,从而为电网设备能耗诊断、设备选型和电网规划提供了参考依据,具有现实意义。

  国网甘肃省电力公司电力科学研究院 杨勇 郑晶晶 安亮亮 李鹏飞 钱康

  1 前言

  近些年来,我国经济保持高速增长,能源需求也随之不断增长,电力行业面临日益严重的资源短缺问题。与此同时,世界各国已经开始了对电网节能的探索研究。为了顺应时代需求,解决能源供需紧张的现状,电网必须对运行设备进行智能控制,同时寻找新的管理模式,最大程度地提高能效、实现电网节能[1]。

  2 全寿命周期能效管理与评价概述

  传统的能耗管理模式只注重对生产过程中的各种费用进行控制,而忽略了对生产前的研究开发能耗、购置建设能耗和生产后的运行维护能耗的控制。该管理模式存在两个主要缺陷:其一是目标及行为的短期性,传统的能耗管理中,企业为了保证盈利水平和有利的竞争地位,往往采取削减日常管理费用幵支,降低员工薪水,减少雇佣管理人员和生产工人等降低成本的措施。短期之内,企业能耗水平可有明显的下降,但从长远的角度看,这些措施非但不能降低能耗水平,而且会引起能耗开支的进一步升高;其二是将能耗管理集聚和局限于生产活动中的能耗。能耗管理评价的指标以单一的几个财务指标作为评价标准,忽视了非财务性指标的引进,而且财务指标单纯从利润角度考虑,不能有效体现能耗管理工作的真实效果,缺乏长期性和前瞻性。同时也不能充分调动广大员工的积极性,职工参与成本管理的忧患意识不强,从而导致成本管理的基础不牢固[2]。

  近些年来,在借鉴国外先进管理理念的基础上,国内一些学者幵始关注并研究从全寿命周期的角度进行能耗管理。全寿命周期能耗管理是指设备在预期的寿命周期内,全面考虑其从规划、设计、制造、购置、安装、运行、维修、改造、更新,直至报废的全过程所消费的所有能耗之和,追求能耗最低的管理模式。但是各阶段能耗管理工作的衔接还有待加强,系统性地运用全寿命周期思想进行能耗管理需要在逐步探索中加快实施因此,结合电力公司周期能耗管理及考核的实际状况,建立主设备全寿命周期能耗管理评价指标体系,实现公司主设备周期能耗管理工作的全面考核,对促进公司电网设备管理水平的提高,具有重要的意义。

  3 电网设备全寿命周期能耗评价指标构建

  3.1 评价对象

  进行全寿命周期能耗管理评价的设备对象集中关注几类主要的电气设备,这些设备主要分为变压器、架空输电线路和断路器三类。

  电网设备对象具有资产价值高、类别和规格型号较多的特点,设备管理工作范围涉及资产管理的全部业务活动。对于主设备对象,具有明确的寿命周期,全寿命周期能耗管理是通过设备在寿命周期各个阶段的运行和管理状况來反映[3]。

  3.2 评价目标

  建立电力公司电网设备全寿命周期能耗管理评价指标体系,可以从不同类设备的管理状况考核各公司的工作,了解各类设备在能耗管理上的优劣,确定重点关注的设备类别;同时还可以从设备总体上对同一公司不同时期或不同公司的全寿命周期能耗管理进行考核,了解公司总体设备管理工作在时间和空间两个维度上的状况,对设备管理工作的结果和工作质量给出科学合理的评价。根据评价结果,制定合理的电网设备管理策略和工作目标,促进公司设备管理的改进和业务水平的提高。

  3.3 构建原则

  电力公司电网设备全寿命周期能耗管理评价指标体系的建立要严格按照两个基本点:一是电力公司建立的评价指标体系能够满足国家电网公司资产全寿命周期管理评价体系的要求;二是建立的评价指标体系要紧密结合公司资产管理工作的实际,能够满足省公司考核资产管理工作、促进资产管理水平提升的要求,并体现资产全寿命周期管理的特色[4]。

  在评价指标选取上要遵循如下原则:

  (1)完整性原则

  指标体系应能够全面反映设备周期能耗管理的综合状况,以保证指标体系的全面性和评估结果的可信度。

  (2)可操作性原则

  全寿命周期能耗管理评估是为实施主设备全寿命周期能耗管理提供决策依据,要求所建立的指标体系具有较强的可操作性,充分考虑指标数据采集、识别和计算的可行程度。

  (3)全寿命周期原则

  建立的评估指标体系要涵盖主设备寿命周期的各个阶段,能够反映每个阶段的主要任务和管理状况。

  (4)指标与管理业务一一对应原则

  底层指标应具有明确的实际意义,可以将评估的结果对应到具体的主设备管理工作中,便于全寿命周期管理目标的落实。

  3.4 层次结构与指标内容

  根据设备全寿命周期能耗管理的内容和特点,将设备全寿命周期能耗管理评价指标体系设计为自上而下的层次结构。周期能耗管理反映从规划可研、初设采购建设、运行维护、到退役退运过程中发生的购置成本、检修成本、运行维护成本、故障处置成本、报废处置成本等的控制和节约状况。研究建立电网设备全寿命周期能耗管理评价指标体系的具体内容如图1所示[5]。

\

  3.5 指标的定义与计算

  (1)规划可研阶段能耗指标C1

  具体包括:C1.1单位容量变电造价、C1.2单位容量输电造价,定义如下:

  a.C1.1单位容量变电造价

  含义:衡量当年新建的变电工程造价是否得到合理有效控制;

  计算方法:单位容量变电造价=当年梭工变电工程批复概算造价/变电工程总容量;

  指标数据类型:极小型

  b.C1.2单位容量输电造价

  含义:衡量当年新建的输电工程或线路工程的造价是否得到合理有效控制;

  计算方法:单位容量输电造价=当年竣工输电工程批复概算造价/输电工程总容量;

  指标数据类型:极小型

  (2)初设采购建设阶段能耗指标C2

  具体包括:C2.1工程能耗降低率,C2.2设计变更费用比,定义如下:

  a.C2.1工程能耗降低率

  含义:衡量工程造价控制水平。

  计算方法:工程能耗降低率=(考核周期内梭工工程批复概算金额-考核周期内竣工工工程决算金额)/考核周期内竣工工工程批复概算金额;

  指标数据类型:区间型

  b.C2.2设计变更费用比

  含义:衡量项目设计的正确性。

  计算方法:设计变更费用比=设计变更增加费/工程预备费

  指标数据类型:极小型

  (3)运行维护阶段能耗指标C3

  具体包括:C3.1万元资产年度总能耗、C3.2单位交换电量年度总能耗,定义如下:

  a.C3.1万元资产年度总能耗

  含义:从寿命周期角度衡量单位资产的能耗控制水平,年度总成本包含资产分年度平均投资、年度运维能耗、年度检修能耗、年度故障处置能耗、报废处置能耗五项。

  计算方法:万元资产年度总能耗=(资产分年度平均投资+年度运维能耗+年度检修能耗+年度故障处置能耗+报废处置能耗)/资产原值(万元);其中,资产分年度平均投资=某类资产原值/此类资产期望寿命年限;

  年度运维能耗包括:日常运行人工及维护能耗(人工能耗、材料能耗和台班费用)、备件仓储能耗、运行损耗能耗;

  年度检修成本包括:大修、小修、预防性试验等费用(人工能耗、材料和机械台班费用);

  年度故障处置能耗包括:故障停电损失,故障责任能耗;

  报废处置能耗包括:资产提前退役能耗、资产报废处置过程能耗、退役资产处置收入(负值),提前退役能耗依据设备资产原值、运行年数和设备期望使用寿命计算得出。

  指标数据类型:极小型

  B.C3.2单位交换电量年度总能耗

  含义:从寿命周期角度衡量资产单位交换电量的能耗控制水平,年度总能耗包含资产分年度平均投资、年度运维能耗、年度检修能耗、年度故障处置能耗、报废处置能耗五项。

  计算方法:单位交换电量年度总能耗=(资产分年度平均投资+年度运维能耗+年度检修能耗+年度故障处置能耗+报废处置能耗)/年度交换电量;其中,资产分年度平均投资=某类资产原值/此类资产期望寿命年限;年度运维成本包括:FI常运行人工及维护能耗(人工能耗、材料能耗和台班费用)、备件仓储能耗、运行损耗能耗;

  年度检修成本包括:大修、小修、预防性试验等费用(人工能耗、材料和机械台班费用);

  年度故障处置能耗包括:故障停电损失,故障责任能耗;报废处置能耗包括:资产提前退役能耗、资产报废处置过程能耗、报废资产处置收入(负值),提前退役能耗依据设备资产原值、运行年数和设备期望使用寿命计算得出。

  指标数据类型:极小型

  (4)退运阶段能耗指标C4

  该阶段能耗指标为C4.1再利用与新购能耗比,具体如下:

  C4.1再利用与新购能耗比,

  含义:衡量设备再利用经济效益。

  计算方法:再利用与新购能耗比=再利用退运设备年均能耗/新购设备年均能耗;其中,再利用退运设备年均能耗=(退运设备净值+年度运行维护费用)/可再利用寿命,新购设备年均能耗=(设备购置费用+年度运行维护费用)/设计(期望)使用寿命;

  指标数据类型:极小型

  3.6 指标阈值计算

  全寿命周期能耗管理评价过程中,指标数据的预处理需要以指标的阈值为数据变换的基准,同时评价结果的数值大小也与指标阈值密切相关。因此,结合指标数据类型和指标本身实际的物理含义,研究确定各指标在评价中的阈值上下限,即确定指标的最优阈值(目标值)和最差阈值。指标阈值在不同评价任务中可以保持一致,也可以根据评价的目标和对象进行调整。如考核同一市公司当年或历年资产管理状况时,阈值可以根据该公司近几年指标数据计算确定,也可以根据各公司近几年指标数据确定的统一的阈值标准。

  (1)极小型能耗指标阈值计算

  极小值能耗指标包括单位容量变电造价、单位容量输电造价、设计变更费用比、万元资产年度总能耗、单位交换电量年度总成本和再利用与新购能耗比。

  指标“单位容量变电造价”基本值以近几年该指标数值的均值为基准,目标值和最差值分别根据成本控制的目标,下调和上调一定的比例。

  指标“单位容量输电造价”基本值以近几年该指标数值的均值为基准,目标值和最差值分别根据成本控制的目标,下调和上调一定的比例。

  指标“设计变更费用比”目标值为最大限度地控制设计变更费用的发生,目标值为0;最差值取近几年指标数据的最大值并增加一定的裕量。

  指标“万元资产年度总能耗”、“单位交换电量年度总能耗”和“再利用与新购能耗比”基本值取各市公司近几年该指标数值的平均值,目标值在基本值基础上下降一定比例,最差值在基本值基础上上升一定比例。具体如表1所示。

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  (2)区间型指标的阈值计算

  区间型指标具体包括工程成本降低率。

  指标“工程成本降低率”的最优区间为促使工程成本降低的目标值和避免因过度降低成本影响工程质量的临界值确定,经专家调查,取值为(0.05,0.1);指标取值的上限值在最优区间上界值基础上上调一定比例,指标取值的下限值在最优区间下界值基础上下降一定比例。具体如表2所示。

\

  4 电网设备全寿命周期能耗评价模型建立

  4.1 评价方法选择

  常见的综合评价方法有综合加权法、层次分析法、TOPSIS法、主成分分析法,通过各种常用综合评价方法原理、实现步骤和特点的分析,得到各种方法在评价应用上的约束条件、优缺点和适用性,本项目选择综合加权法来构建电网设备全寿命周期管理评价模型,实现全寿命周期能耗管理评价。

  4.2 指标数据预处理

  指标体系中各指标间存在差异,主要体现在以下几个方面:

  (1)指标数据类型不同。指标体系内存在越小越好的极小型指标,同时还有在一定区间内最优,区间外较差的区间型指标。

  (2)指标量纲不同。评价指标体系内指标的量纲既有货币量,也有单位量,还有百分比,不同量纲间的数据无法直接比较。

  (3)指标数值量级不同。既有数量级很大的指标(如成本指标中分年度平均投资可以达到数亿元),也有数量级很小的指标。

  因此,进行综合评价之前,需要将各种不同量纲、不同数据类型指标的原始数值进行数据的规范化处理,以使得各指标数据在评价过程中可以直接比较和计算。

  4.3 指标权重的确定

  主设备全寿命周期能耗综合评价指标体系为树状分层结构,对于树状结构的指标体系,权重的确定要自上而下,即由树干向树梢,逐一求树杈各枝上指标相对于树杈指标的权重。在求出上述各层权重后,将上一层次指标的权与该指标相关的下一层目标的权相乘即得下一层目标关于总指标的权重,这样依次进行,即可获得最低层各指标相对于总指标的权重。底层指标由各类设备子指标构成时,各类设备子指标的权重按照一定的原则(如设备资产原值比例)客观确定。各指标在所处阶段或上层指标中的权重以及各阶段在全寿命周期总体中的权重采用德尔菲法求解确定。然后根据指标体系的分层结构,将各层权重进行集结,最终确定指标在整个评价指标体系中的权重。

  4.4 评价模型的建立

  全寿命周期能耗管理按照设备的寿命周期阶段的划分,从规划可研、初设采购建设、运行维护、退运四个阶段构建指标进行考核,应用组合加权综合评价法将线性加权思想和非线性加权思想结合起来,构建组合加权模型來进行评价。组合加权综合评价在应用上将线性加权和非线性加权两种方法的优点结合起来,同时一定程度上克服单一方法在解决指标间关联性和不可补偿性上的不足,可以兼顾指标的功能性和均衡性。建立周期能耗管理评价模型如下[6]:

\\\

  6 结论

  电网设备全寿命周期能效测评对电网设备节能至关重要,建立了信息缺失、信息完备条件下的电网典型设备全寿命周期能耗分析及评价模型。分别建立了信息缺失和信息完备下的变压器全寿命能耗分析模型;同时,建立了输电导线的全寿命能耗分析模型,并在此基础之上,建立了电网设备全寿命周期能效评价模型。

\\

  参考文献

  [1] 姜文瑾,陈海华,施广宇.基于全寿命周期成本的变电站主变压器选择[J].福建电力与电工,2009,1:21-23.

  [2] 蔡波.用全寿命周期成本法选择地铁变压器阴.电气化铁道,2005,5:35-40.

  [3] 马骏,韩天祥,姚明,等.泰和变电站220kVGIS设备改造LCC计算后评估研究[J].华东电力,2005,33(12):15-19.

  [4] 赵宏,卢永平,马维清,等.基于LCC的断路器可靠性分析[J].现代电力,2009,5:89-92.

  [5 ]杜永平,李泓泽,赵宏,等.高压断路器大修与技改项目的优选[J].安徽电气工程职业技术学院学报,2010,15(1):1-7.

  [6] 林东海.220kV变压器全寿命周期成本建模方法研究[D].泉州:华侨大学信息科学与工程学院,2013.

  作者简介

  杨勇(1972-- ),男,正高级工程师,甘肃,从事电力系统稳定性分析等方面的科研工作。

  郑晶晶(1981-- ),女,正高级工程师,山东,从事需求侧管理、节能服务等方面的科研工作。

  安亮亮(1985-- ),男,高级工程师,甘肃,从事电力系统稳定性分析等方面的科研工作。

  李鹏飞(1983-- ),男,高级工程师,甘肃,从事电力系统稳定性分析等方面的科研工作。

  钱康(1973-- ),男,高级工程师,甘肃,从事电力系统稳定性分析等方面的科研工作。

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