摘要：電網(wǎng)的互聯(lián)與跨境交易能夠促進(jìn)資源有效配置，其發(fā)展階段的劃分能夠?yàn)楦鲄^(qū)域與國(guó)家的跨境電力交易提供發(fā)展方向。因此文中就互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展階段劃分進(jìn)行研究，基于調(diào)研數(shù)據(jù)總結(jié)電網(wǎng)互聯(lián)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過(guò)主成分分析提煉關(guān)鍵因素作為發(fā)展階段的特征指標(biāo)，通過(guò)聚合自然劃分出六個(gè)發(fā)展階段，建立起互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段的劃分模型。

關(guān)鍵詞:互聯(lián)電網(wǎng);全球能源互聯(lián)網(wǎng);發(fā)展階段;跨境交易

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“面向全球能源互聯(lián)網(wǎng)的電網(wǎng)調(diào)度和交易模式研究”。

0引言

形成跨區(qū)、跨國(guó)和洲際間的互聯(lián)電網(wǎng)、建設(shè)能源互聯(lián)的電力交易市場(chǎng)，有利于通過(guò)經(jīng)濟(jì)手段促進(jìn)更大范圍的能源流動(dòng)與互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置。在全球化的發(fā)展下構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)(globalenergyinterconnection，GEI)也是大勢(shì)所趨，為了不斷推進(jìn)GEI發(fā)展，對(duì)于互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程的分析必不可少。

目前在許多區(qū)域和國(guó)家已經(jīng)發(fā)展出不同程度的電力互聯(lián)交易，例如歐盟國(guó)家間的廣泛互聯(lián)、美國(guó)與加拿大、墨西哥之間長(zhǎng)期的電力交換等。識(shí)別影響互聯(lián)電網(wǎng)的關(guān)鍵因素，評(píng)價(jià)各電網(wǎng)所處的發(fā)展階段，能夠?yàn)槠浼訌?qiáng)互聯(lián)從而構(gòu)建GEI指明戰(zhàn)略性方向。中國(guó)對(duì)于互聯(lián)電網(wǎng)的研究較多，文獻(xiàn)[1-4]主要介紹了互聯(lián)電網(wǎng)的可靠性管理、運(yùn)行控制以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等技術(shù)性情況，文獻(xiàn)[5-6]對(duì)現(xiàn)存電網(wǎng)的能源、供需和互聯(lián)情況做出介紹，文獻(xiàn)[7]對(duì)發(fā)展階段做出劃分，然而使用過(guò)多指標(biāo)使得劃分發(fā)展階段不明確，并且通過(guò)直接建立GEI成熟度模型來(lái)劃分電網(wǎng)互聯(lián)發(fā)展階段帶有較強(qiáng)的主觀性，不能體現(xiàn)GEI發(fā)展的客觀過(guò)程。

因此，本文首先利用對(duì)互聯(lián)電網(wǎng)的調(diào)研結(jié)果，自下而上地處理，篩選出階段劃分的初級(jí)指標(biāo)，并進(jìn)行降維處理，抽象出一套新指標(biāo)以及各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)范圍。然后利用新指標(biāo)對(duì)各互聯(lián)電網(wǎng)進(jìn)行聚合，從而自然得出不同的發(fā)展階段。最終根據(jù)聚合結(jié)果和指標(biāo)分析，抓住主要特征劃分不同的發(fā)展階段，得到互聯(lián)電網(wǎng)的階段劃分模型以及不同階段下繼續(xù)發(fā)展的上升條件。

1互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段劃分指標(biāo)篩選

1.1階段劃分指標(biāo)的初級(jí)選取

對(duì)現(xiàn)存互聯(lián)電網(wǎng)所處的發(fā)展階段進(jìn)行劃分，首先要根據(jù)電網(wǎng)的互聯(lián)情況進(jìn)行指標(biāo)的初級(jí)選取，以作為后續(xù)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

(1)自然因素主要包括地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境等客觀條件，自然因素催生了跨境互聯(lián)的發(fā)展，但無(wú)法直接表現(xiàn)出電網(wǎng)的互聯(lián)情況，因此不作為階段區(qū)分的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，在指標(biāo)的初級(jí)選取中舍棄自然環(huán)境因素。

(2)在交易的現(xiàn)狀和電網(wǎng)設(shè)施方面，交易量和交易覆蓋的范圍是跨境交易的最直接體現(xiàn)，跨境聯(lián)絡(luò)線容量、考慮跨境交易的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、網(wǎng)源規(guī)劃等反映了互聯(lián)電網(wǎng)的建設(shè)情況，可納入階段劃分的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)。

(3)在市場(chǎng)與交易形式方面，一方面考慮電力市場(chǎng)類(lèi)型、交易平臺(tái)的建設(shè)來(lái)評(píng)價(jià)跨境交易市場(chǎng)是否健康活躍，另一方面根據(jù)歷史交易情況評(píng)價(jià)交易電能的質(zhì)量并給出相應(yīng)分值。

(4)在機(jī)制和法規(guī)建設(shè)方面，由于跨境電能交易基本是由點(diǎn)到面的發(fā)展過(guò)程，對(duì)跨境交易進(jìn)行保護(hù)與約束的相關(guān)法律法規(guī)是否健全，可看作互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段的高級(jí)指標(biāo)。

圖1互聯(lián)電網(wǎng)階段劃分初級(jí)指標(biāo)

Fig.1Theprimaryindicatorsofdevelopmentalstages

綜上所述，選取如圖1所示的互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段初級(jí)指標(biāo)作為基本變量，并對(duì)全球現(xiàn)存跨境交易的電網(wǎng)進(jìn)行基本變量的調(diào)研。

1.2初級(jí)指標(biāo)降維處理

在指標(biāo)的處理過(guò)程中，一方面由于所列出的互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段初級(jí)指標(biāo)包含難以準(zhǔn)確量化的指標(biāo)，另一方面建立多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系要求指標(biāo)具備代表性、獨(dú)立性和全面性，而目前指標(biāo)之間的相關(guān)性使得反映的信息在一定程度上有重疊，且直接使用時(shí)維數(shù)過(guò)高，無(wú)法準(zhǔn)確處理信息，因此對(duì)初級(jí)指標(biāo)作降維處理十分必要。

主成分分析法是一種常用的多元統(tǒng)計(jì)方法，可用于互聯(lián)電網(wǎng)階段劃分中的指標(biāo)篩選。基本原理是將一個(gè)矩陣中的樣本數(shù)據(jù)投影到一個(gè)新的空間中，將具有相關(guān)性的多重指標(biāo)通過(guò)數(shù)學(xué)變換轉(zhuǎn)換為另一組不相關(guān)的變量，選取方差較大的變量作為主成分，舍棄方差較小、影響力低的變量，從而用較少的主成分來(lái)解釋原有數(shù)據(jù)。

在傳統(tǒng)的主成分分析法基礎(chǔ)上，采用乘權(quán)規(guī)格化數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣為計(jì)算矩陣，具體步驟如下。

Step6：根據(jù)方差貢獻(xiàn)率計(jì)算累計(jì)方差貢獻(xiàn)率，從而確定主成分即新的指標(biāo)。主成分相當(dāng)于原有指標(biāo)的加權(quán)和，結(jié)合原有初級(jí)指標(biāo)的意義以及指標(biāo)權(quán)重賦予主成分以物理意義，利用降維處理后的主成分作為互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段的劃分依據(jù)。

1.3階段劃分指標(biāo)篩選

選取分布于世界各地的9個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)研，整理并處理上述10個(gè)初級(jí)指標(biāo)如表1所示。

表1初級(jí)指標(biāo)調(diào)研處理

設(shè)置權(quán)重W將調(diào)研數(shù)據(jù)設(shè)為指標(biāo)數(shù)據(jù)集X9×10。基于主成分分析法得到各成分方差及方差貢獻(xiàn)率如表2所示。

表2各成分方差及其貢獻(xiàn)率

續(xù)表

特征值是反映主成分影響力度的指標(biāo)，一般以1為標(biāo)準(zhǔn)，特征根小于1表示該主成分的影響力度低于初級(jí)指標(biāo)，因此只提取特征值大于1的主成分。從表中可以看到有三個(gè)主成分特征值大于1，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率能解釋90%以上的方差，因此提取成分1、2和3作為降維處理后的指標(biāo)，其余成分包含信息較少，故舍去。直接分析提取出三個(gè)主成分與初級(jí)指標(biāo)之間的關(guān)系，難以抽象出明確的物理意義，因此進(jìn)行因子的旋轉(zhuǎn)處理來(lái)獲得更好的解釋。旋轉(zhuǎn)成分矩陣如表3所示。

表3旋轉(zhuǎn)成分矩陣

經(jīng)過(guò)因子旋轉(zhuǎn)后各成分的指向變得更明確：成分1主要和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平、跨境交易網(wǎng)源規(guī)劃、跨境交易平臺(tái)建設(shè)、交易電能質(zhì)量、法律法規(guī)完善度和電力進(jìn)口量占比呈較高的正相關(guān)性;成分2與電力跨境交易覆蓋范圍、跨境輸電線路條數(shù)和跨境聯(lián)絡(luò)線容量正相關(guān)性很高;成分3主要和電力出口量占比呈較高的相關(guān)性。忽略調(diào)研數(shù)據(jù)涉及廣泛造成的部分?jǐn)?shù)據(jù)不準(zhǔn)確，可以歸納如下：

主成分1為“跨境交易配套設(shè)施水平”，主要體現(xiàn)電網(wǎng)對(duì)于跨境交易的市場(chǎng)建設(shè)、機(jī)制構(gòu)建、法律保障等因素，是互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展到高級(jí)水平時(shí)的表現(xiàn)形式，作為階段劃分的第一指標(biāo)。

主成分2為“跨境輸電線路建設(shè)”，主要體現(xiàn)與其他電網(wǎng)之間的實(shí)際線路建設(shè)情況，是發(fā)展長(zhǎng)期互聯(lián)時(shí)的表現(xiàn)形式，作為第二指標(biāo)。

主成分3為“跨境交易量”，主要體現(xiàn)目前已經(jīng)與其他電網(wǎng)的交易情況，作為第三指標(biāo)。

這三個(gè)主成分可以反映基本變量的90.355%，因此可以作為互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段的劃分指標(biāo)。采用回歸方法計(jì)算各成分F與基本變量X之間的關(guān)系表達(dá)式如下：

2互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段劃分

互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段的劃分旨在從實(shí)踐出發(fā)，分析現(xiàn)有電網(wǎng)的實(shí)例，找出這一必然的發(fā)展規(guī)律，理清電網(wǎng)互聯(lián)從形成到成熟的發(fā)展過(guò)程和階段上升的條件，為處于較低發(fā)展階段的電網(wǎng)提供發(fā)展方向。

基于對(duì)樣本電網(wǎng)各指標(biāo)狀態(tài)的調(diào)研，將具備相似特征的電網(wǎng)劃歸為同一類(lèi)別，作為發(fā)展的一個(gè)階段，從而得到互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段劃分的結(jié)果。在階段未定、特征未知的情況下，可以利用聚類(lèi)分析方法將發(fā)展處于同一層次的電網(wǎng)進(jìn)行自然歸類(lèi)，然后通過(guò)對(duì)各指標(biāo)的描述劃分出同一階段樣本的共同特征，從而通過(guò)自下而上的方式建立起互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段的劃分模型。

2.1發(fā)展階段劃分

可見(jiàn)能夠較為清晰地劃分出6個(gè)聚類(lèi)，其特征如表4所示。

表4聚類(lèi)結(jié)果分析

2.2互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段劃分模型

根據(jù)分類(lèi)結(jié)果和所呈現(xiàn)出的特征，可以將互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段劃分為6個(gè)階段：起步階段、初級(jí)階段、快速發(fā)展階段、發(fā)展階段、較成熟階段、成熟階段，經(jīng)過(guò)這6個(gè)階段的發(fā)展最終實(shí)現(xiàn)全球電網(wǎng)互聯(lián)成一個(gè)整體，共同達(dá)到完全成熟階段。

(1)起步階段

處于起步階段的區(qū)域往往存在跨境交易，但主要是由于本國(guó)供應(yīng)不能滿足需求而引起的電力進(jìn)口，或是由于產(chǎn)能過(guò)剩而不得不出口電力。起步階段的電網(wǎng)特征在于，盡管存在交易，但通常是為解決本國(guó)電力問(wèn)題，而不是為了電力擴(kuò)張的自發(fā)性行為。因此主要依靠與其互聯(lián)的其他國(guó)家電網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)建設(shè)，本身電力設(shè)施建設(shè)差，機(jī)制建設(shè)不完善，不能與交易相匹配。

蒙古電網(wǎng)是典型的起步階段互聯(lián)電網(wǎng)，蒙古國(guó)能源豐富，發(fā)展?jié)摿Υ螅请娋W(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)水平不高，近年來(lái)用電量飛速增長(zhǎng)，供需難以平衡。目前在中方的對(duì)接下，與中國(guó)新疆、內(nèi)蒙古電網(wǎng)之間建設(shè)多條輸電線路以解困境。

(2)初級(jí)階段

處于發(fā)展的初級(jí)階段的區(qū)域，存在一定的跨境交易，各方面建設(shè)一般，交易量小。處于初級(jí)階段的電網(wǎng)特征在于本國(guó)電力一般不存在太大問(wèn)題，發(fā)展速度較緩，跨境交易主動(dòng)性不強(qiáng)，主要由他國(guó)引導(dǎo)合作。

墨西哥電力行業(yè)發(fā)展受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的影響，自身增長(zhǎng)緩慢，對(duì)外跨境輸電意愿不是很強(qiáng)烈。目前主要與鄰近的美國(guó)、加拿大進(jìn)行電力交換，2015年與美國(guó)共同建設(shè)跨境風(fēng)電場(chǎng)。可認(rèn)為墨西哥電網(wǎng)處于初級(jí)階段。

(3)快速發(fā)展階段

快速發(fā)展階段的互聯(lián)電網(wǎng)已有長(zhǎng)期合作的跨境交易，各方面建設(shè)尚可，跨境交易量較高。處于快速發(fā)展階段的電網(wǎng)特征是互聯(lián)積極性強(qiáng)，并且存在較強(qiáng)的發(fā)展勢(shì)頭，在發(fā)展互聯(lián)電網(wǎng)方面相對(duì)活躍，處于一個(gè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期。

東南亞各國(guó)電網(wǎng)正處于較快的發(fā)展階段，新加坡、老撾、泰國(guó)和馬來(lái)西亞等國(guó)家近年來(lái)持續(xù)推進(jìn)多項(xiàng)電能交易項(xiàng)目，并成立東盟國(guó)家互聯(lián)電網(wǎng)(APE)。根據(jù)規(guī)劃，APE分為3個(gè)分區(qū)，北部分區(qū)為大湄公河次區(qū)域國(guó)家，東部分區(qū)為跨婆羅洲電網(wǎng)，西部分區(qū)為印尼、馬來(lái)西亞和新加坡。規(guī)劃提出了47項(xiàng)跨境互聯(lián)工程，目前已建工程11項(xiàng)，在建工程13項(xiàng)，已規(guī)劃工程23項(xiàng)。其中，已建工程11項(xiàng)，主要是馬來(lái)西亞到新加坡、泰國(guó)到馬來(lái)西亞、泰國(guó)到老撾、老撾到越南、越南到柬埔寨、泰國(guó)到柬埔寨等。已建、在建和規(guī)劃項(xiàng)目多達(dá)幾十項(xiàng)，因此將東南亞地區(qū)的電網(wǎng)劃歸為快速發(fā)展階段。

(4)發(fā)展階段

發(fā)展階段的互聯(lián)電網(wǎng)跨境交易量相對(duì)于快速發(fā)展階段多，已經(jīng)經(jīng)過(guò)發(fā)展的黃金期，發(fā)展速度逐漸放緩。

加拿大地處北美，與美國(guó)、墨西哥發(fā)展互聯(lián)電網(wǎng)，跨境交易量較多，可認(rèn)為加拿大電網(wǎng)處于發(fā)展階段。

(5)較成熟階段

較成熟階段的區(qū)域跨境交易的主動(dòng)性很強(qiáng)，進(jìn)行中和已規(guī)劃的跨境電力交易多，其特征在于，線路、配套設(shè)施、機(jī)制、市場(chǎng)的建設(shè)先行于交易量，發(fā)展較為完善，交易量較高。較成熟階段與發(fā)展階段之間的區(qū)別在于設(shè)施建設(shè)更加完備，相應(yīng)市場(chǎng)、法規(guī)等高階指標(biāo)的完成度更高。

中國(guó)表示，實(shí)現(xiàn)國(guó)家間電網(wǎng)互聯(lián)互通技術(shù)條件已基本具備，目前已與東南亞、中亞吉爾吉斯斯坦、東北亞俄羅斯、蒙古等周邊國(guó)家建成跨國(guó)輸電通道，未來(lái)還將在新能源、儲(chǔ)能、大電網(wǎng)運(yùn)行控制等領(lǐng)域大力推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)更大突破，各參與國(guó)之間實(shí)現(xiàn)技術(shù)共享。由于對(duì)外跨境輸電范圍廣泛、潛力豐富、配套設(shè)施完善，并且有著長(zhǎng)期跨境交易經(jīng)驗(yàn)，屬于較成熟階段。

(6)成熟階段

成熟階段的區(qū)域形成長(zhǎng)期穩(wěn)定的跨境交易，各方面發(fā)展完善，交易量很高。

歐洲電網(wǎng)由于政治、經(jīng)濟(jì)、文化、歷史等多方面因素，在方方面面形成了一個(gè)較為緊密的整體。由于資源的限制、用電的需求，除了冰島和塞浦路斯以外的34個(gè)歐洲國(guó)家組成了ENTSO-E。截至2013年底，歐洲電網(wǎng)220kV及以上輸電線路總長(zhǎng)度約30.75萬(wàn)km，電網(wǎng)總裝機(jī)容量約10.07億kW，發(fā)電量3.35萬(wàn)億kWh，用電量約為3.31萬(wàn)億kWh，服務(wù)人口約5.04億。各成員國(guó)間交換電量約為3873億kWh，達(dá)到用電量的12%。在長(zhǎng)期互聯(lián)下，歐洲電網(wǎng)已經(jīng)達(dá)到了成熟階段。

2.3互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段上升條件

基于上述互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展階段的劃分以及對(duì)不可量化的基本變量的綜合分析，得出各階段發(fā)展上升的條件。階段上升的各要素與關(guān)鍵活動(dòng)如表5所示。

表5發(fā)展階段上升條件

3結(jié)論

互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展將促進(jìn)跨境電力交易市場(chǎng)的發(fā)展，對(duì)于其發(fā)展階段的劃分能夠在方向上對(duì)互聯(lián)電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)行指導(dǎo)。本文研究互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展階段劃分，得出以下主要結(jié)論：

(1)通過(guò)調(diào)研分析篩選電網(wǎng)互聯(lián)的基本表現(xiàn)因素，并分析得出代表互聯(lián)電網(wǎng)各階段特征的關(guān)鍵指標(biāo)。

(2)利用指標(biāo)和聚類(lèi)分析方法對(duì)各電網(wǎng)進(jìn)行自然的分類(lèi)，從而將互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展劃分為起步、初級(jí)、快速發(fā)展、發(fā)展、較成熟、成熟6個(gè)階段。

(3)通過(guò)不同階段的特征分析得出發(fā)展階段上升條件和關(guān)鍵活動(dòng)，為互聯(lián)電網(wǎng)乃至全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供理論依據(jù)。

作者簡(jiǎn)介：

田偉(1985)，女，工程師，主要研究方向?yàn)?a href="http://www.e4938.cn/technology/zndw/" target="_blank" class="keylink">智能電網(wǎng)、智能調(diào)度等。E-mail：tian-wei@epri.sgcc.com.cn。

楊濟(jì)如(1994)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏π枨髠?cè)管理、能源互聯(lián)等。