综合能源电力系统保障风险评估模型

国家发改委在2016年12月印发了可再生能源发展“十三五”规划，对可再生能源在我国发展的指导思想、主要任务、保障措施等提出了明确规定，是“十三五”期间我国可再生能源发展的重要指导性文件[1]。规划对创建各省（自治区、直辖市）包含可再生能源在一次能源消费总量中的比重以及可再生能源电力在全社会用电量中的比例的指标管理体系提出了要求，同时要求建立以开发利用可再生能源为目标的管理体系；规划要求在对电网调峰能力和受端电网可再生能源消纳能力进行科学论证的基础上，对规划和在建、已建输电通道加以充分利用，扩大可再生能源在输送电量中所占比例，促进包括风电、水电、光伏和光热等在内的可再生能源实现多种能源互补以及联合外送。因此，研究省际区域综合能源系统的供需保障及风险问题非常重要。本研究将构建区域综合电力保障风险的评价指标体系，针对不同省份的综合电力保障风险进行分区，为政府和电力企业防范并应对风险提供参考。一、文献综述

作为一个复杂系统，综合能源系统有多种特性，国内外学者从多个角度进行了研究。从供能角度，Deane、Ciarain和Ga-llachoir有机整合了综合能源系统的各种不同形式，并且按照对环境的影响、价格等不同因素进行了分配调节[2]；从服务角度，Maccarty和Nordica统筹兼顾了用户不同的需求，借助科学调度

综合能源电力系统保障风险评估模型赵振宇，郭伟尚，杨蕙嘉（华北电力大学经济与管理学院，北京102206）

摘要：电力保障是能源管理和国家发展的重要方面。文章选取资源、生产、输送、市场和消费五个风险源，借鉴灾害风险评价方法，构建综合能源保障风险评价指标体系。研究表明：与系统保障风险相关性较大的是经济社会发展水平和可再生能源开发利用情况；系统保障危险度指标总体呈现“东部地区高、西部地区低”的特征；将中国31个省按五个等级风险进行分区。为分析确定综合能源电力系统风险成因及应对举措、制定相关规划及管理体制提供参考。关键词：综合能源；电力保障；可再生能源；保障风险中图分类号：F426.2文献标识码：A文章编号：1004-292X（2018）03-0025-05

RiskEvaluationModelofIntegratedEnergyPowerSystemZHAOZhen-yu袁GUOWei-shang袁YANGHui-jia渊EconomicandManagementSchool袁NorthChinaElectricPowerUniversity袁Beijing102206袁China冤

Abstract院Powersupplyiscloselyrelatedtoenergymanagementandnationaldevelopment.Thispaperbuiltanevaluationindexsystemofintegratedenergysupplyrisksbasedonthenaturaldisasterriskevaluationandselectedfiveriskresourceswhichare院resour-ces袁production袁transportationandfinally袁marketandconsumption.Itshowsthat院Thesocialeconomicdevelopmentlevelandthedevelopmentandutilizationofrenewableenergyhasagreatercorrelationwithsystematicsupplyrisk曰Thesystemsupplyriskindicatorshowsafeatureof"highintheeasternplacesandlowinthewesternplaces"asawhole曰ThepaperdividedtheChinese31provincesintodifferentgroupsaccordingtofiverisklevels.Thefindingsprovidesomepracticalmeansforanalysingthecauseofrisksandtakingsomemeasurestoavoidthem.Meanwhile袁thispaperalsoenablessuitbaleriskmanagementsystems.Keywords院Integratedenergy曰Powersupply曰Renewableenergy曰Supplyrisk

收稿日期：2017-11-13基金项目：国家留学基金项目（201606735039）；中加学者交换项目（CCSEP）。作者简介：赵振宇（1969-），男，辽宁丹东人，教授，博士生导师，主要从事工程管理、电力工程管理研究；杨蕙嘉（1993-），女，山东淄博人，博士研究生，研究方向：区域能源空间经济分析。通讯作者：郭伟尚（1984-），男，浙江台州人，博士研究生，研究方向：工程管理。

综合能源电力系统保障风险评估模型25窑窑2018年第3期

目标层准则层子准则层指标层指标计算方法

综合电力系统保障风险资源B1资源保障程度能源自给率C1能源生产量/消费量*100%资源可持续度可再生能源技术开发量C2见后资源已开发度装机容量C3各类能源装机容量之和生产B2生产充分程度装机利用小时数C4各类发电设备利用小时数生产清洁程度可再生能源发电占比C5风、光、水电发电量之和/年发电量生产能力程度年发电量C6各类能源发电量输送B3输送联络程度电网线路连接数C7见后区域趋同程度局部自相关指数C8见后建设投资程度电网建设投资C9累计电网建设投资额

市场B4市场转化能力单位国内生产总值电耗C10用电量/国民生产总值市场建设成熟程度电力生产弹性系数C11电力生产量年平均增长速度/国民经济平均增长速度市场发展成熟程度电力消费弹性系数C12电力消费量年平均增长速度/国民经济平均增长速度

消费B5

消纳能力程度年用电量C13各类能源电力消耗量消费清洁程度可再生能源消纳占比C14见后产需差异程度年产需差C15区域年发电量-年消纳量

实现合理使用能源的目标[3]；从能源网络角度，有学者对热网、天然气网络和电气网络等进行协同分析，提出发展多种能源技术，通过彼此的耦合减少系统成本，增加系统的供能效率[4]。

该风险是指由一系列不确定性影响因素引起经济损失的可能性，这些因素包括自然灾害、国内外形势、能源供应、人为市场操作以及国家战略等[5]。JonathanA，HaraldKinateder和Pe-terG基于亚洲市场的数据分析了能源和股票价格之间的关系[6]，有学者发现公众对于能源风险的科学认知在制定科学的能源政策方面起重要作用[7]。WangTR，MousseauV和PedroniN定量分析了能源生产系统的安全性问题[8]。WalkerSB，MukherjeeU和FowlerM分析了能源系统整合和存储过程会遇到的风险并提出了相应的应对措施[9]。在经济快速持续发展的背景下，能源安全问题愈发重要，其在供给方面的脆弱性是关键问题；能源风险的承灾体是能源的消费者；应对能源风险需要优化能源结构，扩大可再生能源占比，使能源实现可持续安全使用。

该方法已在生态学、灾害管理、可持续发展、土地利用变化等多种领域得到运用。脆弱性通常是指系统遭受损伤的可能性、状态或程度[10]。不同研究领域的学者给出了不同的定义：自然灾害或气候变化科学领域的学者认为，脆弱性是指由于自然灾害等对系统的不利影响，系统受到损害的可能性或损害程度[11]；可持续或食物安全等领域的学者认为，脆弱性是指系统遭遇不利影响时所呈现的一种能力，它属于系统的内在属性。随着脆弱性研究的深入，其概念逐渐演化成了包括多种相关概念的一个概念集合，涉及到“恢复力”[12]、“适应性”[13]、“敏感性”和“风险”[14]等，内涵不断丰富和完善，且逐渐应用到能源和电力领域。目前，从能源供需、交通和资源特征等综合角度对区域未来能源保障风险进行分析的研究尚少。文章选取资源、生产、输送、市场和消费五个风险源，借鉴灾害风险评价方法，构建了综合能源保障风险评价指标体系，基于2016年省际数据对能源系统危险度指标和脆弱度指标进行评估分析。二、模型构建

文章借鉴自然灾害风险评价方法，构建综合能源电力系统保障风险评价指标体系。有学者认为风险主要由危险性和脆弱性产生。借鉴这一观点，在研究能源电力系统时，危险性是指在现有能源电力供给、消费及社会经济发展等条件下，未来短期内出现能源得不到保障的可能性；脆弱性是指在能源得不到保障时对一个区域可能造成的损害程度。能源风险对于同一地区的不同时期或者不同地区而言，其破坏程度是不一样的，即脆弱性不同。能源安全风险脆弱性的大小可以用系统对扰动的敏感性和应对能力来表达。一个区域能源安全风险脆弱性越高，表示该区域能源安全风险越大、风险应对能力越低。据此，文章提出能源电力保障综合风险指数(EnergyPowerSecurityComprehensiveRiskIndex，EPSCRI)，表述为：Rs=H'伊V'(1)H'=n移(xi伊wi)，V'=n移(yj伊wj)，(2)其中，Rs为综合风险指数；H'为危险度，V'为脆弱度，Rs，H'，V'∈[0，1]；xi，yj是系统危险性、脆弱性指标的标准化值；wi，yj是系统危险性、脆弱性指标所占权重，i，j为指标数。含较大比例的可再生能源的能源系统的保障风险综合评价指标体系，应能描述和表征某一地区的综合能源系统的整体风险态势和特征，并能反映和刻画出系统运行过程各方面的风险情况。因此，在构建指标体系时，除了应遵循可操作性、独立性、科学性和系统性等原则外，还要把符合可再生能源系统的供需运行特点的因素考虑进去。如我国可再生能源生产和消费空间错位较为严重，资源开发区的能源消费对外区域依存度逐渐上升，在综合能源系统保障风险上，体现为需要跨区域、多渠道、大尺度的输送和调配等特性。根据特征分析及已有研究[4]，综合能源系统的保证风险主要有资源、生产、输送、市场和消费五大风险源。对系统保障进行综合评价实际上是先评估各种风险源产生风险的可能性，然后对风险进行集成、综合，并形成系统综合风险指数。文章对五大风险源进行解构，指标体系构建见表1。（1）资源风险资源风险是对某一地区区域资源投入生产时因保障能力和可持续能力而产生的风险。前者可以由能源自给率和已开发量来衡量，后者以地区可再生能源的技术可开发量为度量指标。其中，对可再生能源技术开发量，文章主要考量陆地70m高度风能资源储量、太阳能辐射量和水力经济可开发量；能源自给率主要考察以煤炭、焦炭、石油、原油等传统能源的生产消费能力。两指标考察综合资源供给系统可再生与不可再生能源的供给开发情况。（2）生产风险生产风险是指生产过程中产生污染或者由于生产能力造成的风险。前者可用生产清洁程度加以表征，以可再生能源发电量在全部发电量中所占的比例进行计算；后者可通过年发电量