基于DEA模型評價電網投入產出效率方法研究

龍望成，王虓，李暉，韓豐，彭冬

（國網北京經濟技術研究院，北京100052）

基于DEA模型評價電網投入產出效率方法研究

龍望成，王虓，李暉，韓豐，彭冬

（國網北京經濟技術研究院，北京100052）

隨著我國電網規(guī)模持續(xù)擴大，供電能力大幅提升，電網投入產出效率已成為我國電網規(guī)劃研究與建設運作關注的重點問題。將電網視為一個投入產出環(huán)節(jié)，利用數據包絡分析（Data Envelopment Analysis，DEA）方法對電網進行投入產出效率評價，分析15年間電網投入產出綜合效率。結果表明，各年份效率水平與電力體制、經濟形勢顯著相關，并結合電網不同分布范圍，分析電網企業(yè)規(guī)劃建設運營對電網投入產出效率的影響。

電網規(guī)模；電力體制；投入產出效率；數據包絡分析；電網評價

0 引言

近年來，我國經濟社會快速發(fā)展，電力需求不斷增加，為適應我國經濟社會快速步伐，我國電網建設步伐不斷加快，電網規(guī)模持續(xù)快速擴大，供電能力顯著提升。截止2011年底，我國35 kV及以上電網輸電線路長度達到1 409 698 km，較1997年增長了1.25倍，年均增速為5.56%；35 kV及以上電網變電容量達到408 582萬kVA，較1997年增長了5.6倍，年均增速達到13.4%；2011年我國電網供電電量為42 768億kWh，較1997年增長了3.47倍，年均增速為10.5%。面對我國電網規(guī)模和供電能力的同步高速增長，有必要對電網投入產出效率評價方法開展研究，進而對判斷電網建設規(guī)模是否適度、電網投入與產出是否匹配等問題具有重要意義。

本文利用DEA方法分析我國1997—2011年電網投入產出效率，依據輸入輸出數據的構成部分，提出了各部分與整體DEA效率值的關系不等式，用于分析網公司電網投入產出效率關系。結果表明，我國電力改革體制、經濟環(huán)境因素與電網投入產出效率具有顯著相關性，電網企業(yè)規(guī)劃經營策略對電網相對效率也有重大影響。

1 數據包絡分析方法

1.1 數據包絡分析介紹

1978年，Charnes A.、Cooper W.W.和Rhodes E.給出了評價決策單元相對有效性的數據包絡分析方法［1］，該方法是一種非參數分析法，主要采用線性規(guī)劃方法和對偶理論，通過實際生產數據點的距離構造包含相對有效點的生產前沿包絡面，其分析結果是一種相對效率，是針對若干同類型的具有多輸入、多輸出系統(tǒng)的決策單元評價相對效率與效率方面比較的一種有效方法。DEA方法的優(yōu)點在于不需要了解具體的生產函數形式；結果直接表明各決策單元相對效率；輸入數據不受綱量限制；能夠分析多投入和多輸出情況［2-6］。近年來，DEA方法廣泛地應用于醫(yī)院、大學、法院、企業(yè)管理等不同的行業(yè)投入產出效率的度量，也應用于對不同地區(qū)、年度等決策單元投入產出效率的度量。

目前，國內外學者運用DEA方法針對電力行業(yè)開展了大量綜合效率評價的研究，Vaninsky A．采用運營成本和能量損失率作為輸入，容量利用率作為輸出，采用DEA方法分析了1994—2004年美國電網發(fā)電機利用效率［7］；Criswell D.R.分析了陸地和空間大規(guī)模電力系統(tǒng)優(yōu)越性對比分析，結論表明月球太陽能發(fā)電系統(tǒng)比陸地表面太陽能、化石能源、核能具有更高效率［8］；吳育華，甘世雄對電力工業(yè)效率進行評價，采用C2R和B2C模型對國內8個電力公司實施測評分析［9］；Panayotis A.Miliotis將供電區(qū)的多種配電設施作為輸入，多類負荷數據作為輸出，采用DEA方法研究希臘45個供電區(qū)效率［10］。張鐵峰運用DEA方法開展了配電網利用效率的研究［11］，另外，國內外大量學者主要通過DEA方法研究在發(fā)電行業(yè)的綜合效率評價［12-16］，但是針對涵蓋整個電網環(huán)節(jié)的綜合相對效率評價研究較少。

1.2 數據構成映射效率值分析

數據包絡分析（DEA）作為一種“面向數據”的分析方法，在度量多投入多產出決策單元相對效率時具有顯著的優(yōu)勢。針對原始的分式規(guī)劃形式，采用C2變化將其等價為線性規(guī)劃形式，C2R模型線性規(guī)劃形式為：

式中：Xj為投入量矩陣，Yj為產出量矩陣，ω和μ為投入、產出系數矩陣。DEA方法的C2R模型線性規(guī)劃與對偶規(guī)劃是等價的，對偶形式如下：

研究某對象整體相對效率時，投入量矩陣為X，產出量矩陣為Y，相對效率值向量為θ。本文將以n年份為評價對象，擁有n個獨立的評價決策單元（Decision Making Units，DMU），每個年份中都有投入與產出DMU，評價電網投入產出效率過程中，可以C2R模型線性規(guī)劃對每個DMU決策單元進行相對效率評價，通過比較分析綜合相對效率。

1.3 模型構建

運用DEA方法評估電網環(huán)節(jié)投入產出效率情況，以電網承擔的功能為基礎，構建電網投入產出效率評價模型。電網作為現(xiàn)代經濟社發(fā)展和社會進步的重要基礎和保障，基本功能是從各發(fā)電廠接納電力，將電能輸送并分配給各電力用戶。

按照投入產出評價相對效率原則，將電網定義為一個生產決策環(huán)節(jié)，將實現(xiàn)電網功能占用的主要設備和電能消耗定義為投入量。電網的主要設備包括輸電線路和變電設備，電網運行消耗的是電網損耗電量。電網實現(xiàn)的功能是提供輸送的電量。

本文以自然年為決策單元，選取電網35 kV及以上電壓等級變電容量（萬kVA）、35 kV及以上電壓等級線路長度（萬km）和綜合線損率定為投入部分，分別記為X1、X2和X3。將電網實現(xiàn)的功能定義為產出量，在本研究中，電網供電量（億kWh）為產出部分，記為Y1。

2 實證分析

2.1 數據搜集

選擇國網公司電網作為評價分析對象，采用1997—2011年電網運行歷史數據，利用DEA方法分析電網綜合效率。1997年至2011年，是我國電網飛速發(fā)展的時期，同時也是我國電力市場化改革、電力監(jiān)管體制建設和廠網分家、主輔分離電力體制改革等一系列產生巨大影響的關鍵時期，也是電網公司主導規(guī)劃、建設、發(fā)展的重要時期。

表1 1997—2011年國網公司電網規(guī)模與供電情況

數據來源于《電力統(tǒng)計年鑒》中對電網環(huán)節(jié)的相關統(tǒng)計。1997—2011年國家電網公司35 kV及以上電壓等級變電容量、35 kV及以上電壓等級線路長度和電網綜合線損率分別表1所示。變電容量與線路長度以及供電電量逐年增加、線路損耗率基本呈下降趨勢。

2.2 計算分析

利用lingo軟件計算電網DEA相對效率值如圖1所示。圖中為1997—2011年國網公司投入產出效率DEA值，結果表明，1997—2011年，我國電網建設與電網功能的投入產出效率處于波動發(fā)展的階段。

圖1 1997—2011年國家電網公司綜合相對效率DEA值

分年看，1997年，國家電網公司電網環(huán)節(jié)DEA效率值均為1，說明電網環(huán)節(jié)相對效率達到有效水平。1998—2001年，DEA效率值基本保持穩(wěn)定，出現(xiàn)小幅下滑。自1998年起，在亞洲金融危機外部環(huán)境因素和國內自身經濟形勢影響下，用電量增量放緩；另外，當年我國電力系統(tǒng)隸屬電力工業(yè)部，由于體制機制原因，可能存在電網規(guī)劃建設與實際需求適應性不高的局限，致使電網投入產出效率始終處于小幅度浮動狀態(tài)，沒有得到提升和改善。

2002—2006年，國網公司電網相對效率值均逐年提高，2007年電網投入產出效率值為1，達到相對有效。2002年國務院成立了電力體制改革小組，頒布了《關于印發(fā)電力體制改革方案的通知》，電力工業(yè)部改組撤銷，設立國家電力監(jiān)管委員會，同時，將原國家電力公司分為華能、國電、大唐、華電、中電投五大發(fā)電集團公司；國家電網公司、南方電網公司兩大電網公司；水電規(guī)劃設計院和電力規(guī)劃設計院兩個設計單位以及葛洲壩集團和水利水電建設總公司兩個施工單位構成的四大副業(yè)公司。專門的兩大電網公司和電網規(guī)劃機構后，為電網公司遵循電網發(fā)展規(guī)劃，合理優(yōu)化電網規(guī)劃建設創(chuàng)造了有利條件，電網相對效率逐漸提升。但是，2008—2009年，電網相對效率值出現(xiàn)較明顯下降，2008年，全球經濟全球金融危機爆發(fā)，對中國經濟和對外貿易等影響巨大，造成用電增長未達到預期，導致電網DEA相對效率出現(xiàn)較大幅度下降，與1998年金融危機帶來影響相似，再次印證了電網投入產出效率與外部經濟環(huán)境密切相關，經過隨后2年的優(yōu)化調整，到2011年，國網公司電網相對效率值達到1，電網相對效率再次達到有效水平。

3 結語

本文提出了基于DEA法分析電網投入產出效率評估模型，針對國家電網公司15年間電網投入產出數據開展分析。結果表明，電網投入產出效率與電力體制、經濟環(huán)境和電網企業(yè)運營管理顯著相關，1998年、2002年、2008年幾次效率變化的轉折點均伴隨著外界政策體制、經濟環(huán)境的變換，由此體現(xiàn)出顯著地相關性。基于DEA方法分析電網投入產出效率，可以用于評價電網相對綜合效率，在今后的研究中，也可用于分析在給定電力增長需求情況下預測電網建設合理規(guī)模，以達到電網環(huán)節(jié)投入產出效率的規(guī)模和技術均保持有效。

［1］Charnes A，Cooper W W，Rhodes E．Measuring the efficiency of decision making units［J］．European Journal of Operational Researeh，1978．

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The Power Grid Input-Output Efficiency Method Study Based on the Data Envelopment Analysis Model Evaluation

With the power grid scale of China continuously expanding，the power supply capacity increased dramatically，the grid input-output efficiency becomes an important matter in grid development planning study.The Data Envelopment Analysis model was used to evaluate the power grid input-output comprehensive efficiency within 15 years.As results，the relative efficiency of power grid is closely related to the electricity management system and economic situation，the influence of relative efficiency is effected by planning，construction and operation of the power grid corporation based on analyzing the different grid ranges results.

grid scale；electric power system；input-output efficiency；data envelopment analysis；power grid evaluation

F407.61；F223

：A

：1007－9904（2014）03－0021－04

2013-11-23

龍望成（1982—），男，工程師，研究方向為電網規(guī)劃與電網評價。