全壽命周期成本在電網規劃中的應用分析

周江昕

1、上海交通大學電氣工程系，上海 200240

2、上海市電力公司松江供電公司，上海 201600

全壽命周期成本在電網規劃中的應用分析

周江昕12

1、上海交通大學電氣工程系，上海 200240

2、上海市電力公司松江供電公司，上海 201600

本文全面介紹了全壽命周期成本（Life Cycle Cost）的含義，在國內外調研的基礎上針對電網項目的全壽命周期成本概念和各個子成本的具體含義作了詳細的分析，回顧了全壽命周期成本在電網規劃中的應用，明確了全壽命周期成本在電網規劃應用的難點，并且對全壽命周期成本在電網規劃中的應用做了深入的總結和說明。

全壽命周期成本；電網規劃

1.全壽命周期成本的概念

全壽命周期成本（Life Cycle Cost）指從設備、系統或項目的長期經濟效益出發，全面考慮設備、系統或項目的規劃、設計、制造、購置、安裝、運行、維修、改造、更新、直至報廢的全過程中所發生的成本[1]。電網企業是典型的資金密集型企業，隨著我國電網的快速持續發展，電網企業的資產規模和設備數量越來越大，當前我國的資產管理方式難以適應當前形勢的發展。目前我國電網企業普遍應用全過程工程造價管理流程，把從項目建議書開始到項目竣工決算完工為止，這個工程造價管理流程相比早期僅僅對施工階段進行概預算來說有了很大的進步，但它不包括項目使用期的運行和維護成本管理，沒能形成一個閉環的控制過程，全壽命周期成本管理理念將有助于提高設備的健康水平，進而提升電網企業的發展質量、經濟效益和安全水平，為電網企業取得巨大的成本節約。

2.國內外研究現狀

全壽命周期成本概念最早起源于瑞典的鐵路系統，但是全壽命周期成本的發展是在20世紀后半段，60年代美國軍方把全壽命周期成本理念應用于武器系統，70年代，全壽命周期成本理念被很多國家應用在交通運輸、能源工程、航天科技等領域。1999年美國總統克林頓簽署了政府命令，要求各州所需裝備及工程項目必須有全壽命周期成本評估報告，沒有全壽命周期成本評估報告的項目，一律不準簽約[2]。2004年國際大電網會議提出要用全壽命周期成本理念來管理設備，鼓勵電力設備制造廠商提供設備的全壽命周期成本報告，部分制造廠商（如Siemens、ABB等）已經在產品的設計階段考慮全壽命周期成本，以適應電力用戶的需求。經過幾十年的發展，全壽命周期成本理念在航天、軍工等領域有了長足的發展，但是在電力系統中的應用起步較晚，美國首先將全壽命周期成本理念應用于核電站，并逐漸把該理念推廣到發電機、變壓器、低壓輸配電系統等[3]。全壽命周期成本理念在電力系統中應用主要集中在美國，瑞典等發達國家，因此該項技術在電力系統中的應用具有先進性。

隨著全壽命周期成本理念的發展，我國也開始重視全壽命周期成本的作用和意義。1987年,中國設備管理協會組建了設備全壽命周期成本專業委員會，致力于推動全壽命周期成本理論的研究[4]。近些年全壽命周期成本理念才在電力系統中應用和推廣。2003年，華東電網有限公司以全壽命周期管理技術為突破，開展了設備采購、技術改造等領域研究及應用。2004年，上海電力公司成立上海市電力公司設備全壽命周期成本管理研究項目。2005年，華東電網公司組織相關單位進行全壽命周期成本實施的討論，在2006年結合江蘇斗山500KV變電站改造的實例進行研究，開展全壽命周期成本方法在技術改造中進行技術經濟基本方法的應用研究[5]。2007年，國家電網公司以“兩型一化”變電站和“兩型三新”線路為契機，開展了提高變電站工程全過程壽命周期內效率和效益的研究，并在2008年，舉辦全壽命周期成本理論培訓班，對各網省公司的基建部門、省級設計院等相關人員進行全壽命周期成本理論和技術培訓[6]。2008年，國家電網公司在南昌召開全壽命周期成本變電站試點建設現場會，把全壽命周期成本作為資產管理的一個重要的環節，大力推行建設項目的全壽命周期管理。2009年，山東電力集團召開會議，提出轉變設備管理觀念，優化設備檢修周期，延長設備使用壽命，努力降低維護成本的要求。

3.電網項目全壽命周期成本模型

電網項目全壽命周期成本是電力系統經濟壽命期內發生的所有費用的總和，主要包括一次投資成本（Investment Costs），運行成本（Operation and Costs），故障引起的缺電成本（Failure Costs）和報廢成本（Discard Costs）。

①一次投資成本：電網項目在建設，改造和調試期間內，在項目正式投入運行前所要支付的一次性成本，也就是建設成本，包括投資、建設、購買、安裝等成本。

②運行成本：電網運行期間所產生的一切費用的總和，包括能耗費用、人工費用、環境費用、維護保養費用及其他費用。

③缺電成本：因為電網發生故障或者供電不足而引起電網側和用戶側的損失成本，包括電網因為少售電而產生的經濟效益降低成本，故障檢修、修復費用和用戶停電損失。用戶停電損失和電網故障發生時間、恢復供電時間、用戶性質等因素有關。

④報廢成本：電網項目在全壽命周期結束后，清理、銷毀該項目所需支付的費用和設備殘值。處理報廢項目的時候既需要消耗一定的人力、物力和財力，又有可能產生一定的收入，所以報廢成本可正可負。

圖1 電網項目全壽命周期成本組成

圖1包含電網項目全壽命周期成本的各個組成部分。

數學表達式為

其中，H為運行成本占一次投資成本的比例系數；λj為設備j的年平均故障數，Rj為設備j的故障檢查、修復成本，An為設備集，MTTRj為設備j的平均修復時間， IEARk為節點k的缺電損失評價率（元/KW h），EENSk為節點k的電量不足期望值，也就是節點k的平均損失電量，ND為節點集，a為電價。

4.全壽命周期成本在電網規劃中的應用實例及效益

電網規劃一般包括輸電網規劃和配電網規劃。電網規劃就是在滿足一定可靠性的基礎上，規劃電網的未來走向。全壽命周期成本在電網規劃中的應用廣泛，文獻[7]中通過上海的實例分析了全壽命周期成本在電網黑啟動方面的應用，通過計算兩種黑啟動中的電源配置方案的全壽命周期成本，分析兩種方案的優劣；文獻[8]把全壽命周期成本應用在數字化變電站規劃設計中，在設計階段考慮綜合自動化方案和數字化方案的全壽命周期成本，得出的結論是從長遠看，數字化變電站具有巨大的優勢；文獻[9]對±500KV蔡白線絕緣設計方案作出了全壽命周期成本的決策，取得了費用-效益的最優方案。文獻[10]提出了基于全壽命周期成本的輸電網二層規劃模型，并且用優化算法進行了求解，證明了模型的正確性。以上文獻可以證明全壽命周期成本在電網規劃中的應用具有綜合經濟效益。

5.全壽命周期成本難點分析

電網項目全壽命周期成本模型中包含了四大成本，但是四大成本中卻包含了數目眾多的各種各樣的成本，這就使得模型需要考慮各個子成本涉及的內容，下面就列舉些需要注意的問題：

①貼現率i（電力行業基準收益率）：是屬于經濟管理類的名詞，指將未來支付改變為現值的利率，也就是將將來資產折算成現值的利率，和銀行利率、通貨膨脹等因素有關。

②電網項目壽命n：文中的壽命n是固定的，但是實際情況下，電網的項目壽命是不能準確算出來的，運行方案、電網項目周邊環境、自然災害等情況都會影響到n的大小。

③缺點成本的計算：缺電成本應該包含兩方面的成本，一方面是電網側，另一方面是用戶側，電網側的缺點成本可以包括檢查維修成本和由于故障或供電不足損失掉的電量價值，用戶側的缺點成本是重點要研究的內容。

④運行成本中的環保成本的計算：實際操作種可能不會考慮這部分成本，但是在環境越來越重要的今天，提出合適的模型是很必要的。

6.展望

全壽命周期成本理念會使得電網項目在全壽命周期內實現經濟、社會、環境等成本最低，綜合效益最優，全壽命周期成本模型是實現全壽命周期成本在電網規劃中應用的關鍵，需要深入的研究各個子成本的具體含義和模型，目前全壽命周期成本模型仍然有需要改進的地方，通過在全壽命周期成本在電網項目中的試點研究，以期能夠建立更加合理有效的全壽命周期成本模型，引領電網公司的科學發展。

[1]Ahmed N U．A Design and Implementation Model for Life Cycle Cost Management System [J]．Information and Management，1995(28)：261—269 ．

[2]D.K.H Chua，D.Z. Li. Case-based Reasoning Approach in Bid Decision Making[J]. Journal of Construction Engineering and Management2001(1):34-35.

[3]H．Paul Ban-inger，Todd R．Mon roe. How to Justify Machinery Improvements Using Reliability Engineering Principles[M]．Pump Symposium Sponsored by Texas A&M Turbo Lab，1999，3.

[4]涂延軍.飛機飛控系統全壽命周期成本和系統效能分析與評論[M].西北工業大學.2003年3月

[5]陳海波，薛玉蘭,等.電力工程資產管理的趨勢和挑戰[J].華東電力.2009，37 (1):81-85

[6]慶蕾. 電網建設與全壽命周期管理[J].中國電力企業管理.2009，(7):52

[7]靳希，陸哲敏. 全壽命周期成本分析方法在電網黑啟動設計規劃中的應用[J].電力科學與技術學報.2007,22(1):67-71

[8]李蘇輝，路曉明. 全壽命周期成本分析在數字化變電站規劃設計中的應用[J].電力建設.2010,31(2):8-9

[9]邵長利，喬光林. ±500KV直流輸電線路絕緣設計方案全壽命費用決策[J].吉林電力.2006,34(2):5-7

[10]柳璐，程浩忠，鄭宇，等. 基于全壽命周期成本的輸電網二層規劃模型[C]. 華東六省一市電機工程(電力)學會第十七屆輸配電技術研討會.2009

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.127

周江昕：工程師，從事電力負荷預測、規劃工作。