基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的中國電力系統(tǒng)環(huán)境績效評價

徐樹奇 馬敏

摘? ?要：利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（DEA）對中國的電力供應(yīng)系統(tǒng)的環(huán)境績效表現(xiàn)進行了評價，以省份為主體、地域為區(qū)間進行了模型結(jié)果的綜合分析，提出了整合電力供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部博弈關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)DEA模型，同時改進了非期望產(chǎn)出的弱可處置性定理到模型中，并通過計算得出了很多新穎的評價結(jié)果。具體發(fā)現(xiàn)包括：中國整體的電力供應(yīng)系統(tǒng)環(huán)境績效表現(xiàn)仍有較大的提高空間;發(fā)電系統(tǒng)的績效表現(xiàn)優(yōu)于電網(wǎng)系統(tǒng);發(fā)電系統(tǒng)在地域間的差異較之于電網(wǎng)系統(tǒng)更大。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);電力系統(tǒng);環(huán)境績效

中圖分類號：F426? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1673-291X（2021）23-0133-03

中國電力行業(yè)在經(jīng)濟和環(huán)境保護中發(fā)揮著至關(guān)重要的基礎(chǔ)性作用。2019年中國全年總發(fā)電量約為7.14萬億千瓦時，超過了當年全球總發(fā)電量的1/4。2017年新成立的中國國家排放交易計劃（ETS）宣布電力行業(yè)將成為其第一個成員，凸顯了該行業(yè)的重要性。此外，電力行業(yè)的碳排放巨大。為了實現(xiàn)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展目標，對我國電力行業(yè)的環(huán)境績效進行評價非常有必要。

一、電力評價研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)對電力行業(yè)績效評價的研究較少，綜合來看，國內(nèi)外現(xiàn)階段研究可大致概括為對電廠系統(tǒng)的研究和對電網(wǎng)系統(tǒng)的單獨評價上^[1-3]，但未能從整體視角出發(fā)進行研究。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）作為一種新興的非參數(shù)評價工具，有著不需要預(yù)先假設(shè)生產(chǎn)函數(shù)即可進行同質(zhì)決策單元（DMU）之間的效率排序的優(yōu)勢，因此受到了大量學者的關(guān)注。其中，關(guān)于環(huán)境效率的評價技術(shù)一直是國內(nèi)外研究的焦點;關(guān)于非期望產(chǎn)出的弱可處置性由fare等人^[4]提出，該假設(shè)可展示期望產(chǎn)出與非期望產(chǎn)出間的鏈接關(guān)系，將該假設(shè)整合到DEA建模中一直是學者們關(guān)注的重點。傳統(tǒng)DEA理論將決策單元視為黑箱，現(xiàn)實中存在決策單元為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（如以省份為單元的電力供應(yīng)系統(tǒng)）的情況，對該情況進行DEA建模并整合弱可處置性理論到建模中是學者們關(guān)注的問題。網(wǎng)絡(luò)DEA在發(fā)展的過程中，各子階段間的博弈關(guān)系引起了學者們關(guān)注。綜上，若要對中國面前的電力供應(yīng)系統(tǒng)進行評價，則需要解決上述問題。

本文將利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)DEA方法打開傳統(tǒng)DEA的黑箱;通過對中間產(chǎn)出作為鏈接來展示電網(wǎng)與電廠間的領(lǐng)導——跟隨關(guān)系;在處理非期望產(chǎn)出上，本文將使用弱可處置性假設(shè)，在此基礎(chǔ)上改進其缺陷，最終應(yīng)用到中國各省份電力子系統(tǒng)，并給出政策發(fā)展建議。

二、方法

（一）問題描述

T₁=（x_j，b_j，u_j）|λX≤X，θλU≥U，θλB=B

后續(xù)研究指出，Tk并不能對非期望產(chǎn)出進行充分評價，且會使得被評價單元只能與處在與其有著相同非期望產(chǎn)出水平的單元比較。因此，本文將保留kuosmanen的研究優(yōu)勢，并在此基礎(chǔ)上對非期望產(chǎn)出施加強可處置性的假設(shè)，上述生產(chǎn)可能集可重新表示為Tc^[6]：

T_c=（x_j，b_j，u_j）|λX≤X，θλU≥U，θλB≤B

為方便計算，使其線性化，則上述生產(chǎn)可能集可表示為：

T_c=（x_j，b_j，u_j）|（P+V）X≤X，VU≥U，VB≤B

（三）本文模型

電網(wǎng)系統(tǒng)有著對電量的定價權(quán)，且各電網(wǎng)系統(tǒng)間缺乏競爭。鑒于這一現(xiàn)實，本文將電網(wǎng)系統(tǒng)看做系統(tǒng)中的領(lǐng)導者。基于上述生產(chǎn)可能集和規(guī)模收益可變的假設(shè)，我們首先得出電網(wǎng)系統(tǒng)的評價模型如下：

其中，β₂指電網(wǎng)系統(tǒng)的效率可提升空間，p_n和v_n為兩個限制權(quán)重。

經(jīng)過計算后，電廠的效率值（e_電廠）與電網(wǎng)的效率值（e_{電網(wǎng)}）可定義為：

e_電廠=1-E_{電網(wǎng)}=1-β₁

e_{電網(wǎng)}=1-E_{電網(wǎng)}=1-β₂

三、數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

本部分將所提出的模型應(yīng)用于中國各省級電力供應(yīng)系統(tǒng)的可持續(xù)績效評估。

（一）指標選取

發(fā)電系統(tǒng)的指標包括電源建設(shè)新增生產(chǎn)能力、6000千瓦及以上電廠發(fā)電設(shè)備容量、發(fā)電設(shè)備平均利用小時、發(fā)電煤耗率、發(fā)電量和二氧化碳排放量。電網(wǎng)系統(tǒng)指標包括發(fā)電量、電網(wǎng)新增220千伏及以上變電設(shè)備容量、電網(wǎng)新增220千伏及以上送電線路長度、電力銷售產(chǎn)值和線損率。其中發(fā)電量為中間變量，它既是發(fā)電系統(tǒng)的輸出，也是電網(wǎng)系統(tǒng)的輸入。數(shù)據(jù)搜集范圍是2014—2017年，來自Wind數(shù)據(jù)庫。根據(jù)地理位置，我們把中國各省份分為了四個區(qū)域，分別為，東部地區(qū)：北京市、江蘇省、廣東省、浙江省、天津市、山東省、河北省，中部地區(qū)：山西省、安徽省、河南省、湖北省、湖南省、江西省，西部地區(qū)：廣西省、四川省、貴州省、云南省、陜西省、甘肅省、青海省、內(nèi)蒙古自治區(qū)，以及東北地區(qū)：遼寧省、吉林省、黑龍江省。

（二）電力系統(tǒng)效率表現(xiàn)分析

為了對結(jié)果進行系統(tǒng)的分析，以圖2展示了各省份分階段的效率結(jié)果。從圖中可以看出，所有省份的第一階段效率都高于其第二階段效率得分，其中，第一階段的各省份效率得分平均值為0.911 5，第二階段的各省份效率得分平均值為0.623 2，說明我國各省份電力系統(tǒng)存在內(nèi)部發(fā)展不均衡的問題，且差距明顯（0.288 3），也說明在電網(wǎng)系統(tǒng)作為領(lǐng)導階段的條件下，其自身并沒有實現(xiàn)領(lǐng)導的帶頭作用。