可靠性规划的项目评估体制范文

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本文以《配电系统规划参考手册》第6章为依据,简要介绍了项目评估的基本情况,讨论了几种主要评估方法的优缺点及应用范围。

1项目评估概述配电网规划的主要目标是,确定满足电力企业未来需求的投资项目,然后实施这些项目。规划过程的部分内容包括,对规划项目不同方案的指标进行评估,根据指标对方案进行比较、排序,然后根据方案的排序结果选择投资项目。在对新建项目及其建设时机进行决策时,需要对多个备选方案进行评估,在这一决策过程中可选择不同的评估方法。本文讨论的评估、优选、审批方法覆盖了电力企业现有方法的大部分内容。对项目的审批是指对特定项目进行批准、授权。评估、比较及排序工作都是审批流程的一部分,其目的是接受满足要求的项目,否决不满足要求的项目。良好的项目审批系统可以全面支持电力企业战略目标,是最简单和最经济的决策系统。因此,在完成项目评估后,可对项目进行比较和优选,根据给定的阈值判断是否有足够的理由批准这些项目;或者根据这些项目的优点对其进行排序,以便在有限资金的范围内批准优点较大和花费较少的项目。通过整个评估—比较—优选的过程,电力企业希望能够保证在资金、人力和设备等资源的基础上做出良好的决策。1)评估过程必须满足制定决策的以下3个方面要求:(1)完整性。评估过程必须涵盖决策过程中所有重点事项。(2)准确性。评估过程必须提供准确的、满足决策需要的评估结果。(3)可比性。评估过程必须确保所有参与评估的方案具有可比性,并必须为各参与比较的方案设定一个公平的评价平台。2)评估过程还必须满足以下2点原则:(1)评估必须高效、及时和经济。规划人员的目标是,在满足上述3个方面要求的同时,还应尽可能采用最经济有效的评估方法,近似或忽略一些无关因素有时会简化评估过程。(2)评估过程必须是可追溯的。从输入数据(复杂、清晰及属实)到最后的评价结果,都必须留下完整的文档。电力企业可用几种完全不同的评估方法来优选备选方案,并以此决定资源分配的方式。评估方法最重要的区别是对“最好”的定义。规划属性分为单属性规划和多属性规划。在单属性规划中,只能确定一个属性,如费用最小或可靠性最大,无法同时考虑这两个属性的关系。而在多属性规划中,最终必须确定一个属性(如可靠性)和另外一个属性(如费用)的价值关系。该关系可以用帕累托曲线表示,据此规划人员可对属性进行权衡。

2规划的主要评估方法

电力企业在规划项目的评价和审批过程中主要使用4种规划评估方法,即传统最小费用评估方法、收益/成本(B/C)评估方法、收益增量/成本增量(iB/C)评估方法和利润驱动评估方法。

2.1传统最小费用评估方法

传统最小费用评估方法(下称最小费用法)是一种采用标准驱动、最小费用、面向项目的评估和选择过程,用以确定各个项目的投资规模及相应的分配方案,是单属性规划。针对项目与长期需求、节省费用的关系,这种方法采用资金的时间价值方法调整初始投资,从而使长期费用最小化。这种方法认为资金来源是无限的,不管投资多大,其利润率是在固定的价值体系下确定的,因此无法应对定额预算的需求,只适用于传统电力企业的监管方法及财务结构。在20世纪90年代许多电力企业都采用这种方法,因为这既可减少支出,也可仍然采用传统的项目审批方式。其基本计算过程如下。1)列出项目的各种备选方案,包括维持现状的方案。这些备选方案在处理未来负荷增长和现值的能力上应有所区别。2)对每种方案,给出初始投资成本及总费用现值(包括投资成本、运行维护费用、税收或扩建费用、故障费用等)。3)在所有项目中选出总费用现值最小的方案。最小费用法有2个缺点:①不能从战略的角度来对费用和支出决策进行评估、控制及综合评价;②从长期的角度看会产生几方面的业务风险,并对过时的设备技术及债务非常敏感。

2.2收益/成本评估方法

通常,在需要减少电力企业和客户费用的情况下,电力企业需要评估、比较和决定备选方案,在某种意义上,不需要项目的方案满足最低标准,而是要获得一些有价值的收益。收益/成本评估法(下称B/C法),以收益与成本两者的比值来确定项目的优点,为多属性规划,是通过一个有效的比值来评估可选项目的评估和选择过程。这些项目可以不在电力企业的供电义务范围内,不受标准的限制,而受收益(根据费用来衡量)的限制。项目的收益/成本的值越高,意味着收益也越多,并能够通过审批。而收益少于投资的项目则不能通过审批。当需要评估特殊的检修项目或需求侧管理(DSM)项目计划时,规划人员通常会采用这种方法。其基本计算过程如下。1)列出项目的各种备选方案,其中包括维持现状的方案。2)对每种方案,给出总收益及总费用现值(包括投资成本、运行维护费用、税收或扩建费用、故障费用等)。3)计算每种方案的收益/成本的值。4)在收益/成本的值大于1的项目中选出总收益最大的方案。但是,仅采用收益/成本的值对项目方案进行评估会产生错误的结论。因为在现实情况中,如果采用收益/成本的值来评估整个项目,项目或计划的某些方案收益很大时,则会掩盖其他方案的低收益。

2.3收益增量/成本增量评估方法

收益增量/成本增量评估方法(下称iB/C法)是基于收益增量与成本增量比值的评估方法,为多属性规划,这个比值有时也称为B/C增量比、B/C边际比,其中收益增量是当前方案与相邻方案(比当前方案收益稍差的方案)间的收益差值,成本增量是当前方案与相邻方案间的投资成本差值。收益增量/成本增量的值可以用来衡量方案决策的有效性,为选择一个合理的方案而不是一个更便宜的方案提供依据。iB/C法在进行项目评估和排序时,能够尽可能地将预算资金分配给备选方案。但是在评估中要使用2个属性比值来定义资金使用的效率,这两个属性都可以用金钱来衡量。最常见的例子,是将长期节省的费用作为收益,而将初始投资成本作为成本。规划人员都想使长期收益最大的同时支出费用最小。其基本计算过程如下。1)列出项目的各种备选方案,包括维持现状的方案。2)对每种方案,给出总收益及总费用现值(包括投资成本、运行维护费用、税收或扩建费用、故障费用等)。3)计算每种方案与前一个方案的收益增量及成本增量,计算收益增量/成本增量的值。4)按收益增量/成本增量的值从大到小的顺序对所有方案重新排列,再从上往下一个一个方案寻找,直到消耗完预算额为止。iB/C法使得规划人员可以评估资金支出的效益,将各项目的不同方案分开,然后按增量比进行决策,这就避免了某些高回报决策的影响。

2.4利润驱动评估方法

利润驱动评估方法(下称利润驱动法)认为,投资机会是无限的。在任何一个机会中,投资超过某一个数量后利润率通常会降低,决策的重点是通过选择投资方向和投资对象来努力维持总利润率,一味寻求投资回报率最大化,为单属性规划。从某种意义上说,利润驱动法与传统最小费用法是决策方法的两个极端。最小费用法认为,资金来源是无限的。这种方法在不管投资多大,利润率(电力企业在监管下的利润率)是在固定的价值体系下确定的。利润驱动法不适用于受监管电力企业(电网公司)规划人员。

3可靠性与费用的帕累托曲线

在多属性规划中可有多个属性,如可靠性、费用等。帕累托(Pareto)优化曲线可显示多属性情况下的分析结果,例如,电力企业在对系统进行扩展或运行时,帕累托曲线可显示不同方案的费用与可靠性之间的关系。因此,帕累托曲线可为电力企业提供选择,并且可对两个属性进行权衡,但是该曲线没有清楚地表示该做出哪个决定。以美国西部一个11万个用户的郊区配电网规划为例,该配电网规划的帕累托曲线如图1所示,给出了若干不同投资情况下提高可靠性的最好方案。帕累托曲线上的每一个点都代表一个可靠性和费用的最佳组合,也即任何一种可靠性水平的获得最少要花费曲线上所表示的费用,例如如果希望保持年系统平均停电持续时间(SAIDI)为105min时,则可靠性投资至少为1250万美元;如果希望能得到的预期SAIDI为80~160min,则可靠性投资为100~2500万美元。历史上该供电区域的平均SAIDI为122min,这意味着至少得花费700万美元来维护用户的供电可靠性。

43种评估方法的应用实例

4.1被评估的规划工程概况

本文采用美国密西西比河谷地区一家电力企业的实际规划案例中的两个配电项目,来说明以上3种评估方法的应用。项目1(新建馈线)是在新区新建一条馈线为新客户供电,项目2(改造老化馈线)是在旧区改造一条馈线(在已运行50a的电网中的主要配电馈线),以提高可靠性、降低长期运行和管理费用。1)项目1给出了12个不同的方案:方案0(维持现状);方案1(大主干截面为4/0);方案2(相应的分支线截面为4/0-4/0);方案3(相应的分支线截面为336-4/0);方案4(大主干截面为336);方案5(大主干截面为636);方案6(大主干截面为795);方案7(相应的分支线截面为636-336);方案8(相应的分支线截面为795-336);方案9(相应的分支线截面为795-636);方案10(大主干截面为1113);方案11(相应的分支线截面为1113-633)。每个方案都比其前一个方案有更高的投资成本,以具备充足的供电容量,这意味着在未来负荷增长的一个较长时期内,馈线能够发挥作用而无需改造,同时也意味着损耗费用较少且可靠性可能较高。2)项目2给出了6个不同的方案:方案0(维持现状);方案1(只改造严重的);方案2(重建计划A);方案3(重建计划B);方案4(重建计划C);方案5(全部重建)。由于设备老化及负荷缓慢的增长(人均每年增长0.3%),该区域逐渐出现了用户容量裕度较低、故障率较高和年度停电时间较长的情况,但现有的馈线系统仍然能满足电力企业的所有标准。以满足电力企业设计标准的观点看,项目2所列的方案都不是必要的方案。因此,对于项目2不宜采用常规的规划流程,即不是由于不符合技术标准而对该馈线进行改造。

4.2最小费用法的应用

采用最小费用法评估项目1和项目2的部分方案分别见表1、表2。表中现值计算时所采用的折扣率均为11%。采用最小费用法,在表1中选出项目1的方案7,在表2中选出项目2的方案4。这2个项目的最小费用现值对应的初始投资成本分别为360万美元和105万美元,因此两个项目的最小费用现值对应的总初始投资成本为465万美元。但是,假设预算额度只有372万美元,则费用需削减20%,规划人员该如何选择呢?对于项目1,传统电力企业规划人员会选择方案7(360万美元)作为首选方案,因为必须履行为客户供电的义务,而且费用现值最小。对于项目2,可能不会实施,也可能会用剩下的12万美元来做些较小的项目。这样做的结果就是,大量的资金用于新建项目,而对旧区的改造关注得比较少,这样新、旧区域的供电可靠性就产生了差别。在某些系统中,新旧供电区域的停电频率和停电持续时间相差了1倍。这种不一致的供电质量问题困扰着许多电力企业,使他们无法摆脱这样的事实:不得不将大部分投资花费在新客户上,而同时也不得不削减支出。

4.3B/C法的应用

采用B/C法评估项目1和项目2的部分方案见表3,其中30a的折扣率为11%。表3在表1和表2数据的基础上增加了以下新数据和新计算结果。1)方案的预期SAIDI值:根据设备使用年限、运行条件和运行历史预测设备故障率,再采用概率分析方法(见本系列的第五讲)计算出供电可靠性。2)方案的故障费用(表1中没有、表2中有):在可靠性规划和评估中,故障费用是一个“罚值”或负值,表示电力企业必须为所有客户供电的义务,停电就要受到惩罚。停电惩罚函数考虑了为所有客户供电这样一个约束条件。停电惩罚金额的计算公式为当SAIDI>1.0时,惩罚金额(美元)=2美元/kW×考虑同时率的客户平均峰荷×客户数×(SAIDI-1)×9.57当SAIDI≤1.0时,惩罚金额=0。式中:9.57为标量,可使未来30a内的年固定费用以0.9的现值系数转换为现值(9.57=1+0.9+0.92+0.93+0.94……+0.929)。在惩罚金额计算式中,考虑同时率的峰荷为5.0kW/户。项目1有1400个用户,而项目2有1800个用户。2美元/kW的罚值是比较高的,但并不是最高的。大多数罚值使用0.5~5美元/kW。3)方案的总收益:为方案0的故障费用11.7亿美元减去该方案的故障费用与运行管理税收费用之和。4)方案的B/C:其中B为总收益,C为初始投资成本。但是在这种情况下,B/C的值对评估没有多大的帮助。项目1各种方案的B/C值基本上是项目2中各种方案的B/C值的100倍。因为项目1为新建馈线,维持现状会导致项目1的停电时间为8760h,而项目2为改造老化馈线,维持现状只会导致停电时间仅为9.8h。应用B/C所提供信息的方法是,寻找收益最大化的项目,就是将所有可用的预算投资在项目1上,从而就选择出项目1方案7。B/C法得出的结果与最小费用法得出的结果是一样的。综上所述,项目1所有方案的B/C值都很好。这是因为每个方案都包括了能够勉强满足供电义务的方案1,即隐含了其他方案的投资,使得每一种方案都显得收益很高,这实际上掩盖了其他方案的低收益。这种掩盖支出低效率的情况是普遍存在的,不仅出现在基于可靠性规划的本算例中,而且也存在于其他类似的新建馈线的方案中。

4.4iB/C法的应用

采用iB/C法评估项目1和项目2的部分方案见表4,按照项目各方案的收益增量/成本增量的值从大到小进行了排列。收益增量/成本增量可以用来衡量方案决策的有效性,为选择一个合适的方案而不是一个更便宜的方案提供依据。根据项目不同方案的iB/C值结果自上而下作图见图2。图2显示了这个例子的帕累托曲线,表明了电力企业的规划人员可以采用效益最佳的方案,曲线上的点是按累计费用与累计收益的比值绘制的。两点之间的曲线斜率可用收益增量/成本增量的值来近似。在这个例子中,为了最优使用仅有的372万美元,规划人员仅需要在表4中依次从上往下选,直到下一个方案的累积成本超过了这个预算额为止。预算的最优分配过程概要叙述如下。1)选择项目1的方案1,每花费1美元平均获得513美元收益,资金使用效率在整个表中是最高的。现在累计成本为225万美元,总收益为115509•7万美元。2)再依次选择不同方案进行投资比较。在选择项目1的方案5和项目2的方案2后,现在的累计成本为371•5万美元,总收益为117212•7万美元,这时的总投资略小于372万美元的预算额。到了这一步,若再投资升级为列表中的下一个方案(项目1方案6),则总投资将大大超过372万美元的预算额。因此,规划方案的选择过程结束。投资方案的最终决策如下。对于项目1,选择方案5,投资成本为311.5万美元,所提供的收益为117065万美元。对于项目2,选择方案2,投资成本为60万美元,所提供的收益为147.7万美元。总计,这两个项目的总投资成本为371.5万美元,总收益为117212.7万美元,平均B/C值为315.51。在最实际的含义上,这就是本规划问题的最优解。首先,这个决策满足了向新负荷供电的义务,新建了一条馈线向负荷增长区域供电。同样重要的是,该决策的总收益最大,提高了可靠性而降低了运行管理费用。在可选的项目方案中,没有任何一种小于或等于372万美元的资金分配方案能够取得同等收益或同等高iB/C值。该决策获得的总收益为117212.7万美元,不仅比项目1方案7获得的收益(117139.2万美元)大,而且比在项目1上投入任意数量的资金所能获得的收益还要多。综上所述,为什么iB/C法比B/C法评估表现得更出色?虽然项目1的所有方案都有很高的B/C值,而且其任何一个方案的B/C值甚至都远远超过项目2中的所有方案。但是iB/C说明了项目1的方案1勉强能够满足新的最小需求,却有超过500∶1的巨大回报。从最小费用法到iB/C法中的数据可以看出,项目1的方案2仅在方案1的基础上增加了一些能够基本满足需求的内容,却也有122∶1的高回报。项目1其他方案的iB/C值较低,在数量级上与项目2中改造方案一样。这是因为,项目1中除了方案2外,其他方案都与项目2中的方案一样:花钱去提高一条馈线的可靠性,但该馈线的可靠性已经基本满足要求。

5结论

本文介绍了可靠性规划项目评估的基础知识,4种主要的规划项目评估方法以及其中3种规划项目评估方法的应用实例。这4种评估方法各有特点,但其中只有iB/C法是最适合可靠性规划的评估方法。对于iB/C法,有以下3点主要结论。1)iB/C值小于1.0意味着无效地使用资金。iB/C法和B/C法评价应用的规则一样:决不对比率小于1的项目投资,因为那意味着方案的收益低于成本。2)iB/C法能够很好地处理定额预算的问题。如果预算没有给定额度,无约束的iB/C法将会使总费用现值最小化,即利用iB/C法的评估结果就和最小费用法的评估结果一样,其资金分配的方式也一样。3)iB/C法合理地分配投资预算的同时可以考虑可靠性的影响,即iB/C法可以避免仅投资收益高的新项目而忽略与提高可靠性有关的改造项目。由本文分析可知,没有一个评估方法是理想的,也没有一种方法是适用于所有的规划项目。因为一些新方法得以发展,传统方法一般就不再适用了,但如果传统方法仍适合当前的形势,那么就应该保留。只有当条件变化已不宜采用传统方法时,改变方法才有意义。