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基于运营难度系数的水电站标准化运营管理评价研究

发布时间:2022-05-11 11:07所属平台:学报论文发表咨询网浏览:

  摘要:随着水电行业的不断深入发展,新水电开发愈加困难,加之能源高质量发展和电力体制改革的持续推进,都对存量水电管理水平提出了更高要求。现有水电运营评价体系难以对不同类型的水电站进行横向比较,以某省 65 家水电站为研究对象,将水电站运营差异性的量化表

  摘要:随着水电行业的不断深入发展,新水电开发愈加困难,加之能源高质量发展和电力体制改革的持续推进,都对存量水电管理水平提出了更高要求。现有水电运营评价体系难以对不同类型的水电站进行横向比较,以某省 65 家水电站为研究对象,将水电站运营差异性的量化表达为重点进行研究,创新性提出水电站运营难度系数概念,有效量化水电站运行难度,以更加全面、客观的反映已投产水电站的运营管理情况。围绕对标管理核心思想,通过水电不同重要程度特征属性的提取,利用随机森林回归、可拓学等理论与方法,开展基于水电站运营难度系数的对标评价研究。基于运营难度系数量化模型,输入评价集电站资料进行指标计算,结合信息熵赋权、改进可拓学方法得到评价结果,与企业自评估成果大致相符,结果表明研究提出的基于运营难度系数的对标评价办法具备合理性和较强的适应性,可为水电企业寻优补差工作的开展提供参考。

  关键词:水电企业;运营管理评价;特征重要性;运营难度系数;评价方法

水电运维

  引 言

  2021 年 3 月 15 日,习近平同志主持召开中央财经委员会第九次会议,强调把碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局。碳达峰碳中和的本质是以能源转型为基础、以电力转型为核心、以新电气化为引领的生产方式和生活方式的深刻变革[1]。在能源结构转型持续升级的背景下,中国可再生能源持续快速发展,截至 2020 年底,我国常规水电装机达到 3.38 亿kW,年发电量 135 万 GWh,在建规模约 4800 万 kW[2]。目前,常规水电技术开发程度超过55%,虽还蕴藏较大开发潜力,但在多重因素的限制下,未来水电开发增速将会放缓,在此情况下,重视已建成工程的后期工作,注重水电运行成本效益,将有利于实现存量水电的精细化管理,促进水电可持续发展[3]。

  不仅如此,对于企业而言,开展聚焦成本效益的水电标准化运营管理评价既有利于挖掘潜在可节省成本,同时有利于企业发现薄弱环节,提升企业综合管理能力。但由于水电站个性化差异较强,造成电站间横向评价比较困难,因此本文重点探索了水电站复杂个性在考核管理中的合理表达—定义了水电运营难度系数,选择六十余座水电站为研究对象,从水电不同重要程度特征属性的提取、水电站运营难度系数模型构建、综合评价等发面开展了相关研究。

  1. 水电站运营难度系数

  目前水电企业成本对标评价指标多采用各项成本值与装机容量的比值,如单位千瓦修理费、单位千瓦人工费等,即利用装机容量使各个电站具有统一的可比基础。但实际运营中可以发现,装机容量相同的电站由于具有不同的坝面积、闸门面积、机组类型等,仍会导致其成本投入方面有不同的表现。更大的闸门面积意味着更多的防腐费用,更复杂的机组类型意味着更高额的维护费用等。如何量化不同电站间的差异性,从而使电站具有更合理、更符合实际的比较基础是本研究的重点,为进一步探索水电差异性表达,本文提出了水电站运营难度系数概念。

  1.1 水电站运营难度系数概念运营难度系数是一个较为抽象的概念,与电站机组规格、地理位置、智能化程度等息息相关,但无论运营难度系数如何抽象,电站本身的成本支出是可量化的,故对水电站运营难度系数的研究可转化为对水电站成本的研究。水电企业在经营期内,所有成本都围绕电力生产直接或间接发生,主要包括职工薪酬、折旧费、材料费、检修维护费、水费、税费、财务费用和其他费用。按照成本是否能通过电站运营水平、管理技术变化而改变为依据,重新对成本进行划分,将无法反映电站运营水平且多依赖于政策如税收金、折旧费等成本称为硬性成本,其余称为软性成本;总成本扣除硬性成本则可得到软性成本,也称为运营成本,这一部分成本属于水电企业可控制成本,可用于衡量水电站运营难度系数[4]-[5]。

  1.2 运营难度系数影响因素分析

  本研究围绕水电运营难度系数,引入全面质量管理(Total Quality Management,TQM)中关于“人、机、料、法、环”相关概念[6],对水电站运营成本进行解构,解构后的运营成本与水电常规成本分类最大不同在于分类逻辑的区别,并提出了技术成本二级分项,同时考虑外部环境对水电站成本的影响。

  2.基于随机森林的运营难度系数模型

  构建随机森林回归是基于分类回归树的一种集成学习方法,利用 bootstrap 有放回的从原始数据集中抽取多个大小相同的随机样本,同时在构建单个决策树时随机抽取特征子集,“森林”利用决策树对每个抽取的随机样本进行建模,最终结果由所有决策树投票得出[7]。2.1 基于 Gini 指数的重要特征分析在对水电站运营情况的分析过程中,研究者总希望尽可能多的收集有关影响因素,从而进行全面完整的评价。然而收集到的个影响因子之间往往具有相关性,涵盖的信息存在交叉、重叠情况,使问题复杂化[8]。重要特征分析则是在众多影响因素中识别出影响程度最大的因素,解决上述问题。

  2.2 方法概述

  提取出主要影响因素后,随机森林回归计算步骤可以概括如下:(1)形成决策树训练集:若原始数据集含 n 个样本,随机有放回地抽取 n 个训练样本形成抽样数据集,用于形成决策树;(2)随机选择决策树特征:若原始数据样本特征维度的 M,从中随机 m 个特征对节点进行分裂,不进行剪枝(pruning)。

  3.水电站标准化运营管理评价

  3.1 基于熵权-可拓的综合评价方法结合可拓论、物元分析理论、关联度理论确定经典域物元、节域物元、待评物元以及关联数,引入熵权法计算指标的综合权重以避免指标权重的绝对主观性和绝对客观性[11],建立水电站标准化运营管理综合评价方法。方法将多目标评价转换为单目标决策问题,最终达到定量分析的目的[12]。

  3.2 基于信息熵的赋权法为了了解数据的客观信息,研究选择熵权法确立指标权重。熵权法的核心是信息熵,用于解决信息量化问题[15]。信息熵反映在属性值上理解为属性值变异程度的大小,属性值的信息熵越大,它的变异程度越大,可获取的信息量越小,其在决策中所起到的作用也越小[16]。

  4.实例分析

  随机森林参数包括决策树选择进行分裂的特征数 m,以及树的数量 nt。对于回归分析,每颗决策树通常随机选择 m=M/3 个特征进行分裂,本研究原始特征维度(自变量)为 15,故令 m=5;nt 则通过固定 m 进行搜寻,认为均方误差(Mean Squared Error,简称 MSE)最小时nt 取得最优值。

  首先,将训练集中所有变量均作为输入,得到不同 nt 值与其对应 MSE。当决策树数量达到 200 时,误差趋于平稳,MSE 在 nt 为 332 时取得最小值,故在本次计算分析中设定 nt=332。计算不同影响因素的重要程度,并对结果降序排列,随机森林方法求解得排序前八项的重要特征分别为装机容量、平均单机容量、职工人数、坝长、坝面积、有效库容、总库容、机组台数。基于上述分析,分别提取经随机森林筛选出的前 5、前 8 项重要特征再次进行随机森林回归分析,此时 nt 最优取值分别为 324、102。

  实例电站中运营难度系数最低的为 18 号水电站,其值为 32.4,表明该电站客观条件下的运营难度相对较低;运营难度系数最高的为 34 号水电站,其值为 351.3,表明该电站客观条件下的运营难度相对较高。为进一步了解案例电站运营难度系数分布情况,以 50 个运营难度系数为区间长度,对案例电站运营难度系数进行划分,绘制案例电站运营难度系数分布。可知,本实例中有 44.8%的电站运营难度系数位于[50,100]区间内,各有 11.9%的电站运营难度系数位于[100,150]和[200,250]区间内,其余电站较为平均的分散至各区间。可见,本次计算实例中的电站运营难度相对较低。

  进一步分析受评电站详细情况,以劳动力密度为例,8、5、62 号水电站实际用工人数分别为 148、126、119 人,若仅以用工人数为评价准则,显然其优劣排序与现有评价相反;而综合考虑电站运营的难度,8、5、62 号水电站装机分别为 63 万 kW、12.9 万 kW、3 万 kW,其运营难度系数计算为 8 号>5 号电站>62 号电站,与实际情况相符,故考虑运营难度系数后的指标排序更合理。

  同时,对指标排序最后一位的 18 号水电站进行分析,该电站装机较小属于常规分类标准的小(II)类工程规模,是本次评价集中运营难度系数最低的电站,其正常劳动力投入应属于一个较低水平;经分析,该电站投产时间早,在早期运行过程中,水电站智能化水平较低,多需要人工监测;虽然后期电站智能化水平得以提升,囿于退休职工人数随投产时间而积累,故导致单位运营难度系数用工成本较高。同时为了验证评价结果合理性,将综合评分与当年电站考核情况进行对比,发现结果大体相似,但各水电站整项考核工作(排除资料收集工作)均开展了近半年,前前后后花费了较大人力、物力、财力,而本研究提出的方法基于已有参数资料的情况下,仅需收集与评价指标相关的实时数据,将数据输入本文构建的基于运营难度系数的对标评价模型中,即可得到科学合理的考核结果,可为水电企业摸底考核、寻优补差提供指导。

  5.结语

  在能源结构持续转型升级的背景下,提升存量水电运行管理水平愈发重要。本文探索性地将水电站标准化运营管理与水电站综合评价有机结合,以西南区域部分水电站为研究对象,利用可控合理运营成本初步描述了水电运营难度系数基础概念,通过随机森林法构建运营难度系数模型,在此基础上输入评价集电站进行指标计算,结合信息熵赋权、改进可拓学方法得到评价结果,与企业自评估成果大致相符,显示研究提出的基于运营难度系数的标准化运营管理评价办法具备合理性。本研究在一定程度上实现了水电站横向比较,为企业寻优补差提供了方法借鉴。由于企业目前实际运行中精细化水平不高,成本记录比较粗糙,无法提供解构后的成本分类有关记录,在未来精细化数据的支撑下,可进一步构建分项运营难度系数模型,计算设备、材料、技术、人工的分项难度系数,使评价结果更具有问题指向性,更有利于实现水电站标准化运营管理评价的目的。

  参考文献:

  [1] 王志轩.构建以新能源为主体的新型电力系统框架[J].阅江学刊,2021,13(3):35-43.

  [2] 《中国可再生能源发展报告》正式发布[J].建设机械技术与管理,2021,34(4):7.

  [3] 夏振来,雷兵,李于达.集团企业综合标杆管理体系创新与应用[C]//中国电力企业管理创新实践(2019年), 2020.

  [4] 邹四群. M 水力发电企业运行成本管理研究[D].长沙:湖南师范大学,2014

  [5] 马光文,王黎. 水电竞价上网优化运行[M]. 成都:四川科学技术出版社,2003.

  [6] 赵团结,刘全山.关于企业质量成本管理的思考[J].财务与会计,2019(21):44-47+60.

  作者:金 艳 1,闫孟婷 2,罗立军 1,肖杨 1,何葵东 1,黄炜斌 2

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