基于全壽命周期的城市電力管溝規劃建設模式研究

楊　江，宣偉錫，姜　念

（1. 天地電研（北京）科技有限公司，北京102206；2. 無錫供電公司，江蘇無錫214101）

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基于全壽命周期的城市電力管溝規劃建設模式研究

楊江1，宣偉錫2，姜念2

（1. 天地電研（北京）科技有限公司，北京102206；2. 無錫供電公司，江蘇無錫214101）

摘要：以城市電力管溝規劃建設為研究對象，探索電力企業作為出資主體的電力管溝規劃建設模式，分析其優缺點。改進傳統項目決策方式，以最大化資產經濟效益為目標，項目技術性能滿足電網要求為約束條件，提出基于全壽命周期的城市電力管溝規劃建設決策方法和全壽命工程實用化計算方法，尋求項目資產全壽命周期的最佳方案，以提高電力管溝工程項目規劃決策水平。

關鍵詞：城市電力管溝；規劃建設模式；全壽命周期；決策方法

隨著城市電網電纜應用的增加，電力管溝作為地下電力管線的載體，其作用越來越重要。對電力公司而言，目前電力管溝規劃建設項目投資決策仍基本停留在經驗決策階段，決策方式多注重項目的技術管理，以滿足項目的特定功能為目的；評價的重心一般在經濟性評價上，尤其是項目的前期投入資本上，忽視了項目實施后的運行、維修、翻新以及報廢等諸多后續環節，沒有考慮工程項目長期、完整的經濟效益；缺乏足夠科學論證和有效的項目投資決策方法，難以最優化資金使用效率，離科學決策和管理精益化要求還有很大差距［ 1-3 ］。

國外在全壽命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）管理理論方面的研究已經很成熟，成果應用也遍布各行各業。國內LCC理論的應用尚處于起步階段，目前主要應用的行業有電力、城市交通和建筑等［ 1，2 ］。LCC理論在電力管溝方面的應用，國內尚屬空白，國外也無現成的成果。基于LCC的工程決策方式注重項目的技術管理和財務管理在內的綜合管理，在項目技術性能滿足要求的前提下，以優化資產的經濟效益為目的；評價的重心是以資產總體效益為出發點，將項目管理從規劃、立項、設計到報廢的資產全壽命各個階段的業務統籌考慮，尋求資產全壽命周期的最佳方案，避免決策局限于某個時間段或某個節點，實現貫穿各個階段的整體優化［ 3 ］。

為此，文中在傳統決策方式基礎上引進LCC理念，采用敏感性分析方法，分析各種不確定因素（負荷增速、建設年限、貸款利差）變化對項目的影響程度，為電力管溝建設項目的決策提供了定量分析方法。

1　城市電力管溝規劃建設模式

城市電力管溝的規劃主體為政府和電力公司，建設主體為政府、電力公司和用戶，運維主體主要是電力公司。除了由政府投資建設電力基礎設施外，電力公司投資的電力管溝規劃建設模式主要有3類，即同步模式、政府墊資模式和傳統模式。

（1）同步模式（模式I）：指同步政府道路規劃實施電力管溝建設模式。以政府進行道路設計建設為契機，電力公司承擔電力管溝投資，同步道路建設進行電力管溝施工。

優點：項目實施難度小，可最大限度滿足用電需求；一次投入成本較小，僅管溝本體建設費用，不需要支付綠化賠償、市政管理、交通擁堵等額外費用；減少道路反復開挖對交通的影響和給人們日常出行帶來的不便，減少了道路兩側架空線和桿柱等對城市景觀的影響。缺點：超前電網規劃時間節點，提前若干年一次性建成電力管溝，管溝建設時間與負荷增長難以同步；投資閑置時間較長、虛高電網供電能力、容載比指標，增加投資回收期，無法規避經濟社會發展調整的風險。

（2）政府墊資模式（模式II）：指先期由政府墊資，同步政府道路規劃實施電力管溝建設模式。以政府進行道路設計建設為契機，先期由政府墊資，項目成立后由電力公司回購，同步道路建設進行電力管溝施工。

優點：項目實施難度小，可最大限度滿足用電需求；一次投入成本由政府墊資，電力公司后期償還，一次投入成本最小，操作得當，可有效降低整體投資成本。缺點：超前電網規劃時間節點，提前若干年一次性建成電力管溝，管溝建設時間與負荷增長難以同步；虛高電網供電能力、容載比指標，無法規避經濟社會發展調整的風險。

（3）傳統模式（模式III）：指根據電網規劃要求按部就班實施電力管溝建設模式。

優點：緊密結合電網規劃，電力公司根據負荷需求建設電力管溝，規避經濟社會發展調整的風險。缺點：由于各市政管線未能和道路同步施工，城市道路二次開挖現象非常嚴重，不但影響人們的日常生活，也造成了人力、物力的浪費；存在項目不能落地風險，在項目實施上難度最大，一次性投資成本最高。

2　城市電力管溝規劃建設優選決策模型

2.1優選決策方法選擇

決策方式以項目技術經濟分析為主，包括最小費用法、收益/成本比法和收益增量/成本增量法等。任一決策對項目進行評估時，都要分析待評估項目的運行情況（供電分析）、明確各種費用組成（投資成本、建設費用、運行費用和維修費用等）。而在確定項目的優勢以前，必須考慮備選方案涉及的所有因素。

在效益難以計算的情況下，可假設方案效益相同或基本相同，采用最小費用法作為城市電力管溝規劃方案優選方法，該方法既可確保電力企業履行其供電業務，又能確保所有資金都投資在合理的方案上，使得電力企業從中獲得最優的投資方式。

2.2優選決策模型框架

城市電力管溝優選決策模式是以LCC算法為核心，運用最小費用法，完成對電力管溝決策的綜合評價。文中從理論研究、LCC算法構建兩方面構建決策模型框架，如圖1所示。

圖1　優選決策模型框架

2.2.1投資評估決策方法研究

投資是電網建設的基本保障，投資決策方法研究思路為：明晰各種投資決策方法，給出術語定義；并根據各類優選決策方案的應用條件，為項目后續研究做好基礎準備工作。

2.2.2相關電網研究

電網需要瞬時平衡，潮流變化具有全局性的特點，電網建設項目對局部或全局電網產生一定影響。相關電網研究思路：識別電網建設項目效益，界定項目相關影響范圍，分配相關電網元件負荷，明確電網建設項目評價的評價范圍。

2.2.3供電能力計算模型研究

傳統供電能力計算以容載比指標為計算因子，即供電能力等于變電站容量與導則要求最低容載比之比，這種方法不能反映網架結構改善而提高的供電能力，且由于容載比為宏觀指標不能反映具體微觀電網存在的薄弱環節。

Q/GDW 1738 —2012［ 4 ］以及DL/T 256 —2012［ 5 ］標準明確規定了下級電網為上級電網提供支撐、二次電網為一次電網提供服務的范圍和指標，全面體現變電、網架對供電能力的綜合作用效果。

2.2.4LCC計算模型研究

研究關于電力管溝LCC模型和費用分解問題，單純體現電網建設項目在整個全壽命周期的成本情況，建立初始投資計算模型、檢修成本計算模型、運行成本計算模型、退役處置成本計算模型。

2.3電力管溝規劃建設工程方案決策流程

電力管溝建設模式決策的目標是從全壽命周期管理角度出發，運用項目決策的理論和方法，考慮資金的時間價值，對規劃方案進行技術經濟、敏感性分析，對參選方案分別計算項目全壽命周期內投資費用、運行費用、檢修維護費用等，優選LCC綜合評價最優的規劃方案，為項目立項提供決策支持。方案決策流程詳見圖2。具體步驟如下：

（1）進行方案識別，分析規劃方案，確定方案的項目建設內容，界定規劃方案相關電網；

（2）對相關電網進行負荷預測得到現狀、近期、中期和遠景的負荷預測；

（3）據負荷預測結果，基于國網標準供電能力計算模式，分析相關電網供電缺口。根據電力缺口情況，針對各種建設模式，不能提前建設電力管溝情況下，考慮制定替代供電方案以達到滿足電力需求的目的；

（4）計算各個方案LCC，包括初始費用、檢修費用、運行費用、退役處置費用；

（5）評估以上3種方案年費用，確定年費用最小方案為優選方案，并發至有關單位征求意見；

（6）確定最終方案，結束。

3　案例應用及分析

以無錫市北大街街道區塊為例，2015年該區塊最大負荷為10 MW，相關電網范圍內中壓線路供電能力為12 MW，現狀電網電力供需平衡。根據負荷預測，結果見表1。

根據《無錫十三·五配電網規劃》，為滿足該區域供電增長需求，2021年新建10 kV電力管溝，規格35孔，管溝長度3 km，近期負荷由現狀電網臨時供電。根據政府市政規劃，2016年將對北大街進行道路擴容建設。

針對上述電網情況，從全壽命周期理念出發，分析3種不同電力管溝建設模式下的全壽命年費用，并從中優選出最佳方案。

圖2　城市電力管溝規劃建設工程方案優選決策流程

表1　相關電網負荷預測結果匯總　MW

3.1計算假定條件說明

3.1.1投資成本（CI）

投資成本主要包括電力管溝、線路投入的費用以及相關施工費、人工費。模式I下10 kV電力管溝（3×5孔）單位投資為240萬元/km，架空線路（JKLYJ-240）單位投資為60萬元/ km，道路開挖土建費用為80萬元/ km；模式II下10 kV電力管溝（3×5孔）單位投資為220萬元/ km；電力管溝經濟使用年限20 a；折現率取10%。

利用年值折算系數，將電網初始投資折算成年值的計算公式為：

式中：Cf（A）為初始投資的年值；Cf（P）為初始投資的現值；n為經濟使用壽命；a為折現率。

3.1.2檢修維護成本（CM）

檢修維護成本主要包括電力管溝、線路檢修費及相關施工費、人工費，此費用每年均會發生。10 kV電力管溝（3×5孔）單位投資為1.05萬元/ km。

3.1.3運行成本（CO）

運行成本主要包括替代成本及投資延緩成本。替代成本包括10 kV電力架空線投入、拆除費用，計算公式為：

式中：COR（A）為替代投資的年值；COR（P）為替代投資的現值；n為經濟使用壽命；Δ為規劃年限與現狀年的差值；a為折現率。

投資延緩成本包括管溝（3×5孔）以延緩付款方式取得時，其價格中包含利息部分，計算公式為：

基準利率取10%，政府墊資貸款利率取12%。

3.1.4退役處置成本（CD）

殘值回收部分較小，假定管溝拆卸費用和環保處理費與設備殘值抵消。

3.2計算結果

3.2.1基于模式I的LCC計算

對于模式I而言，整個過程僅包含一次投入成本及維護成本，不產生替代成本以及投資延緩成本。因此，LCC的計算公式為：

代入數據計算可得，電力管溝資產全壽命周期內投資年費用為87.72萬元。

3.2.2基于模式II的LCC計算

較模式I而言，由于政府墊資，模式II除常規的一次投入成本及維護成本外，還包括運行成本中的投資延緩成本。考慮政府貸款12%的利率，此模式下LCC的計算公式為：

代入數據計算可得，電力管溝資產全壽命周期內投資年費用為87.98萬元。

3.2.3基于模式III的LCC計算

（1）一次投入成本。由于滯后道路建設，一次投入成本包括電力管溝建設投入費用和道路重新開挖土建等費用，計算得到一次投入成本年值為99.15萬元。

（2）維護成本由下式計算：

代入數據計算得，維護成本現值為18.32萬元，再利用現值轉年值公式，計算得維護年值為2.02萬元。

（3）運行成本。模式III將產生替代成本和投資延緩成本。

根據負荷預測結果，可知2017年北大街區塊負荷缺口0.5 MW，2019年缺口3.74 MW，2020年缺口為5.62 MW。假定架空線路導線型號為JKLYJ-240，導線供電容量為6 MW。則單回線路的供電能力為（6+2）/2= 4 MW。由于電力管溝尚未建設，為了滿足用戶供電要求，需要在2017年新建1回架空線路，線路長度為3 km，2019年新建架空線路1回，長度3 km。直到2021年規劃建設電力管溝，實施架空入地改造工程。計算得到替代成本COR（P）為420萬元，利用現值轉年值公式，可得年值COR（A）為46.3萬元。

以延緩付5 a建設管溝，考慮資金的時間價值，計算可知投款方式取得時，其價格中包含的相當于利息的部分。由于延緩資延緩成本為341.2萬元。利用現值轉年值公式計算可知，投資年值為37.6萬元。運行成本則為：

代入上述數據計算可得，運行成本為8.7萬元。

（4）模式III下，LCC按下試計算：

代入數據計算可得，電力管溝資產全壽命周期內投資年費用為109.87萬元。

3.2.43種建設模式計算結果匯總

由表2可知，在基于現狀電力供需平衡的條件下，采用模式一即同步道路建設模式為最優方案。

3.2.5LCC敏感性分析

上文僅以負荷增速為單一影響因素下，不同電力管溝建設模式下的技術經濟評估。本節在假設其他條件不變的情況下，在多屬性發生改變的情況下，進一步計算不同負荷增速、不同建設時間、不同貸款利差敏感因子，找出影響3種電力管溝建設模式LCC費用因素臨界點。計算結果如表3、表4所示。

表2　LCC年值計算結果匯總　萬元

表3　負荷增速和管溝超前建設時間變化計算結果統計

表4　企業貸款利率變化計算結果統計

以現狀（基準）年與規劃年之間的負荷年均增速和超前建設年限為不確定因素，可以得出如圖3的投資決策結論。

圖3　投資力度決策（敏感因素：負荷增速和建設年限）

以銀行貸款利率為不確定因素，可以得出如圖4所示的投資決策結論。

圖4　投資力度決策（敏感因素：貸款利差）

4　結束語

基于全壽命周期理論對城市電力管溝規劃建設模式進行了初步探索與實踐，提出一種電力管溝規劃建設模式優選、決策方法，作為現行各類方案比較、優選的依據，有利于電力管溝的規劃和建設合理化、科學化。研究結論包括以下幾點：改進傳統的電力基礎設施項目決策方式、改變項目成本控制的理念、引進并關注電力管溝建設項目全壽命周期成本決策理念；考慮了評估過程中多方影響，建立了最小費用決策模型，為電力管溝建設問題提供新的解決方法，提出了基于全壽命周期電力管溝建設模式的內涵及評估方法，研究如何從全壽命周期成本理論出發對各類決策模式進行技術經濟、敏感性分析，并從中選擇綜合評價最優方案；采用費用年值法進行方案比較，分析了電力管溝建設中的影響因素（負荷增速、建設年限、貸款利差），特別是對模式中涉及到各類成本費用進行了詳細的建模和分解，提出工程實用化計算方法，提高了投資效益評估的科學性和項目決策水平，為基于政企合作的電力基礎設施建設提供了新思路。以無錫北大街街道為典型案例，根據實際建立的體系和模型，運用最小費用決策模型和全壽命周期成本計算方法，進行基于全壽命周期的電力管溝規劃建設模式優選、決策模型和方法實例計算分析。通過在項目中的費用效益分析，證明了體系和評價模型的有效性、實用性，對電力基礎設施管理水平的提高具有一定的促進作用。

參考文獻：

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［5］ 國家能源局. DL/T256—2012城市電網供電安全標準［S］. 北京：中國電力出版社，2012.

楊江（1982），男，江西南昌人，工程師，從事電網規劃與自動化等研究工作；

宣偉錫（1976），男，江蘇無錫人，高級工程師，從事電網規劃與建設研究工作；

姜念（1983），男，湖北鄂州人，工程師，從事電網規劃、有序用電等研究工作。

Research on Planning and Construction Mode for City Power Pipeline Based on Life Cycle Cost

YANG Jiang1， XUAN Weixi2， JIANG Nian2
（1. Beijing Electric Power Research World Co. Ltd.， Beijing 102206， China；2. Wuxi Power Supply Company， Wuxi 214101，China）

Abstract：The planning and constructing mode， as electric power enterprises are investors， for city power pipeline and their advantage and disadvantage are studied. The traditional decision method is improved， in which the optimization is set as maximize economic benefit. The improved method can satisfy the constraint. In order to improve the decision level， a life cycle based decision and computational method for pipeline planning to search the best solution is proposed.

Key words：city power pipeline； planning and construction mode； life cycle cost； decision method

中圖分類號：TM715

文獻標志碼：A

文章編號：1009-0665（2016）03-0034-05

作者簡介：

收稿日期：2016 -02-17；修回日期：2016-03-25