基于博弈论组合赋权的陆上风电项目风险评价研究

胡乐超 陈学轩 李柯润 唐德善 汪锡彪 李 莹

(1.中国三峡新能源(集团)股份有限公司,北京 100032;2.河海大学 水利水电学院,南京 210098)

当前在国内经济稳定增长、材料价格趋于稳定的背景下,风电行业形势大好,发展迅猛[1].2021 年9月中共中央国务院下发了做好碳达峰碳中和工作的意见,提出到2030年我国风电、太阳能发电总装机容量需达到12亿k W 以上[2].据国家能源局统计,2021年全球风电累计装机容量达837 GW,同比增长12.8%,国内风电累计装机容量占比超过50%,而陆上风电因其灵活性高、布置面广、维护成本低、可利用小时数稳定等优点,成为风电增量的主力军.我国陆上风电项目在未来几年内仍将持续爆发式发展,并成为未来国内新能源行业发展的重心.

陆上风电项目具有资金投入大、建设周期紧、影响因素广等特点,导致在项目建设过程中会存在多种潜在风险,因此对陆上风电项目进行有效的风险评价有着重要的现实意义.项目风险评价是在风险识别的基础上,评估其风险发生的可能性和发生后的严重性,通过量化其概率和影响范围,得出某风险因素在社会、经济指导意义的全过程[3].对陆上风电项目进行风险评价,不仅可为项目建设规避重大风险隐患,同时可推动产业良好发展和维持社会安全稳定.

考虑到陆上风电项目在选址、设计、施工等环节的差异性、复杂性,风险评价会涉及到多种影响因素,从不同角度和需求进行特异性分析结果往往差距很大.同时,风险评价研究涉及多目标决策手段,评价模型的选择至关重要.梅超[4]选取政策风险、环境与生态风险等五大准则层,并利用物元可拓模型对K 风电场进行风险评价.孙涵[5]利用蒙特卡罗方法对风电项目的技术风险、经济风险、政策风险、自然风险4个方面进行了评价.胡小丽等[6]选取不可抗力、技术、经济、组织管理风险等4个指标,利用模糊综合评价模型对EPC总承包风电项目进行评价,得出要重视技术和经济风险的结论.田野[7]运用改进的多层次模糊综合评价方法对风电项目的自然环境风险、经济风险等4个方面进行了风险评价.

目前,陆上风电项目风险评价方法主要以层次分析法等主观性较强的定性方法为主.在当前已有的研究基础上,本文结合多个陆上风电项目不同特点,以政策风险、环境与生态风险、技术风险、建设施工风险、经济风险、管理风险和社会风险为7个准则层构建陆上风电风险评价指标体系,通过云模型法、熵权法确定主、客观权重,运用博弈论组合赋权法计算指标体系的综合权重,采用改进灰色TOPSIS模型计算陆上风电项目风险的综合贴近度,建立了陆上风电风险评价模型.通过实证分析,为陆上风电项目风险评价研究提供了一定的参考依据.

1 陆上风电项目风险评价指标的确定

风险识别是风险管理的首要任务,陆上风电项目的风险指标多种多样,本文参考孔昭东等[8]对风险管理模式初探的思路,遵循系统和层次性、简洁与完整性、科学与可操作性原则,并结合行业内专家意见形成具有差异性与适用性的陆上风电项目风险评价指标体系.具体见表1.

表1 陆上风电项目风险评价指标体系

1)政策风险:从电价政策变动风险、税收政策风险、政策普及率风险3方面进行评估.各项目所在地的政策扶持度存在差异,因此各个项目的政策风险也不尽相同.2022 年国家发改委明确新建风电延续执行平价上网政策,当前风电项目以平价上网为主,即使在“三免三减半”的税收政策下,企业建设风电项目仍然存在较大资金压力,如再发生电价变动势必会对项目的建设产生影响;政策的普及率是指政府各相关部门、项目责任主体部门对风电项目各项政策的宣传与普及程度,普及率太低会影响项目的顺利推进.

2)环境与生态风险:从风力资源风险、地质条件风险、气象灾害风险、生态环境灾害风险4方面进行评估.风力资源条件会直接影响风电项目的发电量;地层分布情况、岩土力学性质、地下有无矿产等资源会影响项目设计、征地工作;气象灾害风险是洪涝、暴雨、干旱等极端天气对项目现场施工进度产生影响的风险;生态文明一直是建设美丽中国的重要内容,项目建设中以不发生生态环境事故为基础目标.

3)技术风险:从设计偏差风险、运输条件风险、技术成熟度风险、配套设施不完善/不运行风险4方面进行评估.由于设计阶段基础资料缺失、设计人员设计能力偏差、审核人员未及时纠正等问题而变更设计,会导致施工进度缓慢、质量缺陷、安全隐患等风险;风机设备在运输时要充分考虑到当地的交通道路条件是否允许设备进场;技术成熟度风险体现在土建技术和安装技术两个方面,任一方面的成熟度都将影响风电项目施工质量,如集电(送出)线路杆塔基础浇筑、风机基础浇筑、升压站土建工程质量等直接影响项目进展,而集电(送出)线路杆塔组立、风电设备吊装等又对设备、人员的安全性提出了较大考验;配套设施不完善/不运行风险取决于风电项目主要设备如主变、箱变、主机、叶片等产生故障的频次.

4)建设施工风险:从进度控制风险、施工安全风险两方面进行评估.项目因进度管理不到位,工期延长,导致未按期并网和移交生产会增加建设成本;施工安全是项目建设的基石,是各项工作的首要前提,风电项目存在诸多安全隐患,轻则停工停产,重则对各企业造成难以预估的损失.

5)经济风险:从建设成本风险和财务风险两方面进行评估.2020年风电行业经历了大规模的抢装潮,在抢装潮期间,主要人工、设备、材料、机械等价格持续上升,甚至出现风机吊装价格翻倍依然进场难求的现象;陆上风电项目的建设资金大部分来自银行贷款,资金到位情况和利息支付压力均会对项目进展带来影响,这就对项目投资管理、资金调度、预算控制等提出了较高要求.

6)管理风险:从管理人员能力风险、承包商综合素质风险、内部资料泄露风险3方面进行评估.若管理团队能力有限、职责不分,会导致项目建设停滞不前;目前众多企业大多采用EPC 总承包模式,这种情况下总承包单位的综合素质对项目的建设起决定性作用,合同管理、进度款申报、现场施工等工作需要总承包单位具备较高的专业水准.内部资料泄露风险是风电项目建设中,因内部资料泄露出现影响市场公平性、合法合规性的可能性风险,如在招投标时甲方单位投资决策信息的泄露会直接影响招投标结果,将严重降低项目的抗风险能力.

7)社会风险:从社会稳定性风险、征地拆迁风险两方面进行评估.风电项目施工时,由于社会稳定问题可能会导致工期延误、经济受损;征地拆迁、补偿标准是风电项目建设的难题之一,需要当地政府和群众的极力配合.一方面是风机选址时土地性质、确权办证等法律问题都会对项目建设造成颠覆性影响;另一方面项目可能存在的征地补偿、阻工等问题会严重制约项目工期进度.

2 陆上风电项目风险评价模型的建立

陆上风电项目风险评价模型的计算步骤为:首先利用云模型计算出该指标体系的主观权重,利用熵权法计算其客观权重,并用博弈论组合赋权法综合计算该评价指标的综合权重;其次根据原始数据和综合权重,利用改进灰色TOPSIS模型计算7个在建的陆上风电项目风险的综合贴近度;最后根据综合贴近度,得出每个风电场的风险大小排序.

2.1 云模型

云模型是一种兼具模糊性和随机性的定性与定量转换模型,常被用来计算主观权重[9].具体计算步骤如下.

Step1:收集10位从事风电行业的专家,以其多年的从业经验和判断对各指标的风险权重进行判断.

Step2:利用云模型的逆向云发生器算出期望E x、熵En、超熵EH.

Step3:运用正发生器得出云图,通过云图的凝聚状态判断专家判断的结果是否适用.如云图的凝聚比较差,分布像雾状,即说明此时专家对该指标的认识有较大差异[10],需重新判断.

2.2 熵权法

熵权法是一种客观赋权方法,是利用各项指标的熵值提供的信息量大小来决定指标权重的办法[11].具体计算方法如下.

计算第j项指标下第i个评价对象障碍指标的比重X ij.

式中:r ij为第i个评价对象的第j项指标值.

确定各项风险指标权重.

式中:m为评价对象的数目;H j为第j个指标的熵值;ωj为第j个指标的熵权.

2.3 博弈论组合赋权

博弈论组合赋权法是以Nash 均衡作为协调目标将博弈论引入到综合评价研究领域的方法,常用于主观权重和客观权重的组合计算[12].

1)线性组合优化主观和客观权重矩阵,优化得最小值.

式中:k为k种办法得到的k种权重值;w i为每种办法获得的权重矩阵.

2)归一化矩阵,求得线性系数a*.

3)求得组合权重矩阵w*.

2.4 改进灰色TOPSIS模型

改进灰色TOPSIS模型选取了TOPSIS模型和灰色关联度模型的优点,通过结合两种模型弥补本身的不足,并可以充分考虑待评价指标的动态变化程度,比较多个指标在一定时间段内的总体发展水平[13].具体步骤如下.

Step1:消除量纲,标准化处理数据,得到标准化矩阵R.

式中:R ij为第i个评价对象的第j个指标的标准值;x ij是第i个评价对象的第j个指标的原始值.

Step2:将博弈论组合赋权得到的权重矩阵与标准化矩阵R相乘,计算得到标准化矩阵V,并计算出正理想解V+和副理想解V-.

Step3:计算评价对象到正理想解和副理想解的距离.

Step4:将灰色关联法的趋同性或趋异性引入进来,通过关联度描述各评价对象的发展趋势[14].计算第i个评价对象的第j个指标的灰色关联度系数ζi

式中:i为评价对象个数;j为指标量;λ为分辨系数,取0.5.

式中:a、b为评价者对评价对象位置的偏好值,保证a+b=1,通常a取0.5,b取0.5.综合贴近度表示评价对象在位置和动态变化上与最优值的贴近程度,综合贴近度越大,则评价对象越优.

3 算例分析

本文选取7个在建的陆上风电项目作为评价对象来进行算例分析.根据组合权重的算法,首先邀请10位陆上风电行业专家对7个陆上风电的指标权重进行赋权.以政策风险中电价政策变动风险为例,行业专家的权重赋值为W={0.053 0,0.050 0,0.065 0,0.051 0,0.050 0,0.058 6,0.053 0,0.062 0,0.047 5,0.053 0},经逆向云发生器求得E x为0.054 0,En为0.005 7,EH为0.000 3,绘得云图如图1所示.凝聚性好,说明该指标的专家赋权有效,符合本次研究需求.

图1 电价政策变动风险指标权重的分布云图

同理,该评价体系中其余指标也用此方法计算主观权重,具体见表2.结合2.2节熵权法计算步骤算出客观权重,运用2.3节博弈论组合赋权法计算该指标体系的综合权重.

表2 陆上风电项目风险评价综合权重

续表2 陆上风电项目风险评价综合权重

目前风电项目的风险评价研究中赋权及评价方法多以单纯主观定性法为主,如云模型法、层次分析法等,但往往会出现误差定性,因此本文将结合云模型和熵权法后进行博弈论组合赋权得到的权重与单纯运用云模型计算得到的权重进行比较,对比相邻指标的趋势变化,具体如图2所示.

图2 博弈论组合赋权与云模型权重对比趋势

图2 中,云模型赋权法中C13指标权重比C12低,与综合赋权中的结果相反;另外,C21、C22、C23、C41、C61、C62都出现与前一指标比较后趋势相反的情况.由此说明,由云模型法得到的权重与组合赋权法得到的权重有差异,单纯使用主观赋权法如云模型法存在着一定误差,需要以客观赋权法等进行修正,但客观赋权法也存在着样本数据不足的弊端,仍需综合赋权进行调整.

在得到指标体系综合权重的基础上,按2.4节的步骤进行计算.首先以指标评价依据为基础,根据7个项目的前期文件、可行性研究、初步设计、变更留档等资料和各项目建设单位、监理单位、EPC 总承包单位等参建单位的具体回复,得出待评价的7 个项目(①、②、③、…、⑦)的原始数据,见表3.将原始数据结合指标的综合权重进行标准化处理,处理后的数据见表4,再计算出灰色距离和综合贴近度见表5,最终得出7个陆上风电项目的风险排序.

表3 各陆上风电项目风险评价指标原始数据

表4 各个陆上风电项目风险评价指标标准化数据

表5 各个陆上风电项目风险评价综合贴近度计算表

通过咨询项目建设专家意见和查阅相关资料,对陆上风电项目的风险等级进行了等级划分,见表6.由于建设实际中不存在无风险的项目,因此综合贴近度分级不设置0.9分以上数值,如计算结果出现0.9分以上结果需重新比选风险指标.

表6 陆上风电项目风险等级划分

由综合贴近度计算表可知,7个项目的风险评价综合贴近度排序为C③>C⑥>C⑦>C①>C④>C⑤>C②,项目③是7个项目中综合贴近度最高的,属于低风险等级,主要原因是项目③在建设前期阶段,加深了可行性研究的深度,各项前期手续办理较为完善,故而项目建设过程中风险较低.项目⑥、项目⑦、项目①、项目④、项目⑤处于中风险等级,项目②处于中高风险等级.本次测评的7个项目中没有出现高风险等级,也证明各项目基本符合规程,均采取了必要的风险规避手段.

由表2可知,综合权重前3位的指标分别是C42施工安全风险、C41进度控制风险、C31设计偏差风险.针对指标反映的共性问题,本文提出以下3点共性对策.

1)紧抓项目施工安全工作,保障项目有序推进.各参建单位应严格按照国家法律、法规、现行标准、规程规范有序推进工程建设.各单位应设立安全组织机构,提升三级安全教育覆盖率,做好专项方案评审工作,开展安全文明施工工作,执行强条实施计划,编制重大危险源的应急预案,加强劳保用品管理和现场监管工作.

2)加强施工进度统筹管理,积极推进项目建设.建设单位要安排专职建设管理团队到项目现场监管,确保项目按期完成,遇到人为因素导致工期停滞不前的情况应及时沟通协调;遇到非人为因素导致工期停滞,需提前分析、准备应急预案及后续抢工计划,保障项目不逾工期.施工单位要主动承担施工主体职责,制定计划,保证各个单位工程“齐头并进”,如因故耽误施工进度,要迅速采取有效措施,合理安排人力、机械、资金等资源投入,适时扩大工作面.

3)做好项目前期规划论证,降低设计变更影响.建设单位要做好前期规划论证工作,严格把控设计报告,加深项目可研和初设的深度,减少后期项目建设过程中因设计变更产生的风险.设计人员要摒弃“设计指望校核,校核指望审批”的思想,各专业共同协作、互相沟通,增强现状分析,提升设计全局意识,保证报告质量.

4 结论

1)确立了具有陆上风电特点的风险评价指标,运用云模型计算评价体系的客观权重,运用熵权法和博弈论组合赋权的方法计算出主、客观综合权重,并通过改进灰色TOPSIS法构建陆上风电风险评价指标体系,计算各个陆上风电项目风险评价综合贴近度,得出各项目风险等级,为陆上风电提供了一种科学合理的风险评价思路.

2)利用构建的风险评价模型,对7个在建陆上风电项目进行风险等级评价,根据计算出的综合贴近度判断各项目的风险等级,分析计算的结果符合项目建设实际情况,证明该评价模型真实合理,可适用于其他陆上风电项目风险评价研究.

3)通过项目中各指标的综合权重和原始数据得出了陆上风电项目在建设期存在的共性风险,并针对施工安全风险、进度控制风险、设计偏差风险提出了相应对策,为在建陆上风电项目风险控制提供了参考意见.