基于系统动力学的 SS 工业园分布式能源站项目风险管理研究

第一章  绪论

1.1  选题的对象和意义

1.1.1  选题研究的对象

近年来，全球气候变暖，能源短缺问题日益突出，对人类生存环境提出了巨大的挑战。走可持续发展道路、减少浪费、提高能源效率、促进低碳经济、环保经济、已成为全世界共同关注的问题。目前，中国处在快速城市化阶段，快速城市化发展的中国也面临气候变暖和能源短缺的问题，建设低碳城市是缓解能源和气候变化的压力的重要途径和新趋势，因此在这一时期，中国需要更加牢固的可持续发展路径，走城市低碳发展道路。分布式供能系统就是在解决当前能源生产与消耗的不同步、社会经济发展与环境保护存在冲突的背景下应运而生的新型能源系统，这种临近用户、近程输送、一次能源利用率高的环境友好型能源系统，已经引起了很多发达国家的关注和重视。分布式供能系统的形式多种多样，常见的有可再生能源发电站、冷热电三联供、燃气热电联产、燃料电池热电联产等，其中燃气冷热电三联供（CombinedCooling  heating  and  Power，简称CCHP）这种形式被广泛应用于区域性建筑群，如大中型建筑、公共建筑以及工业企业。由于分布式能源项目是近年来新兴的项目，目前国内外对分布式能源站的风险识别和风险管理的相关研究还比较少，国内仅有的一些研究也只是对宏观的光伏产业或者大型光伏电站的风险识别和风险管理进行了探讨而且根据企业自身分布式能源项目建设需求，也迫切需要有关针对分布能源站项目风险方面的理论知识做指导，所以非常有必要对此进行深入研究。

1.1.2  采用系统动力学方法研究的可行性

对分布式能源站项目风险管理所采用的研究办法为系统动力学，主要是因为所研究的问题在系统动力学中可以得到解决，有相比其他办法的优势，主要从以下几个方面体现：

（1）数据依赖性不强

具有过程导向性的结构依赖模型的就是系统动力学，通过简单的数据来对事物的行为进行一个事物的“内因”（因果关系）的了解，并研究了解其系统。但是我国仅仅在十多年开始对分布式能源站市场进行发展，因此并没有太多的经验和数据，而且有很多难以量化的指标变量存在于研究项目的风险中。

（2）操作灵活，可塑性强 

对系统中的相关变量指标快捷的进行调整且对系统行为和变化趋势进行观察，形成了一种“积木型”方式的就是系统动力学模型，其因操作简单而使系统中的关键参数能让决策者快速找出，而这使本文寻找分布式能源站项目风险管理的研究目标得到了满足。

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1.2  国内外发展现状

1.2.1  系统动力学的发展现状

（1）系统动力学的国外发展现状 

美国麻省理工学院的福雷斯特（Forrester）教授在 1956 年创立了系统动力学（System Dynamic 缩写为 SD），它是对研究高度非线性、高阶次、多变量、多重反馈系统而使用控制论、系统论、信息论等为理论基础的计算机仿真技术。主要在工业企业管理中采用系统动力学，对生产与雇员情况的波动，市场中股票不稳定增长等问题进行解决。而现在，研究复杂系统问题的有力工具之一就是 SD，并且在理论研究和应用研究方面也能获得好评。

一大批系统动力学的代表性理论和研究成果在 20 世纪 60 年代所出现。1958 年，福雷斯特教授发表了著名论文《工业动力学》，对系统动力学的基本理论、原理和典型应用进行了阐述。而对系统的基本结构的介绍出现在 1968 年出版的《系统原理》，其中对系统中动态的行为的基本原理，机构和动态行为概念等进行了详细的分析介绍。Forrester教授于 1969 年颁布了另一个 SD 著名应用—《城市动力学》，它在对美国与西方城市兴衰问题的理论与应用进行研究时采用了建立城市 SD 模型。

Forrester 的学生 Dennis.  Meadows 在 20 世纪 70 年代时得到了名为罗马俱乐部的国际组织的金钱支助。不久以后，Meadows 成立了一个面向国际性的研究组织。后来他们在 Forrester 通过自创系统动力学建立的大“世界模型”中，加入了他们自己所研发出来的系统建立了一个新的“世界模型”。1972 年所颁布的《增长的极限》就是他们对罗马俱乐部所提交的研究报告。通过资源消耗、人口、污染、工业等全球性因素而使一个全球分析模型的建立就是其的主要报道内容。他们遗憾的得出模拟结论：全球如果现在开始不限制消耗、限制资源、限制人口、阻止污染、限制工业等环境的发展趋势，则会在一百年内出现一个增长的极限。而人口或工业生产力产生的突然及不可避免的衰退是最有可能发生的结果。同时，报告中介绍，只有对建立平稳的生态和社会条件进行改造，才能长久的运行社会经济系统。

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第二章  系统动力学模型概述

2.1  基本概念

2.1.1  系统的概念

人们现在十分熟悉及理解系统，可以将不相同的事物合并、汇集到一起使用就是其解释。古希腊学者很早就从哲学角度就提出了系统的原始概念，但直到最近的一个世纪才逐步形成了现代系统科学。概括来讲，对多个对象的研究及分析其间关系的学科就是系统。一般情况下，系统有几个基本特性：（1）对现实的归纳就是系统现实的意义；（2）系统的初始构成是由系统的所属初始对象和内部原始流程所界定；（3）系统相关各部分之间的相互制约影响；（4）仔细观察系统可以采用输入、输出两种简单的办法。

2.1.2  系统动力学概念

系统科学理论与计算机仿真紧密结合、研究系统反馈结构与行为的学科以及认识和解决系统问题综合性的新学科就是系统动力学（system dynamics  ，SD）。系统科学与管理科学的一个重要分支也是系统动力学，在吸取系统论、控制论、信息计算机模拟技术、管理科学及决策论等学科知识时以系统结构、自动控制和信息传递等知识为办法所运行，在自然科学和社会科学等领域上能得到有效的了解。

在系统方法论角度，研究信息反馈系统动态行为的计算机仿真方法就是系统动力学，通过信息反馈的控制原理和因果关系之间的紧密逻辑，采用系统动力学模型处理高阶次、非线性、多重反馈的纂杂时变系统的有关问题就是指建立仿真模型，通过计算机研究系统的微观结构，再将不同的“政策试验”运用在模型中，得到系统的宏观行为，得到解决复杂实际问题的解决办法。而在世界范围内，在各种问题中系统动力学得到了广泛的应用：包括物理学、心理学、军备竞赛、缉毒、全球气候变化、城市规划等各个领域。

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2.2  因果关系与反馈环

（1）因果关系

组建系统动力学模型的最基本要素就是因果关系，它被用来对系统内联系进行模拟刻画。在系统仿真运行时，因果关系分析是首要的。向图或影响图也是因果关系图。采用封闭轮廓线将系统的一些要素进行连接及标记，一般用箭头表示变量之间的连接，而这叫做因果链。

简单说，因果链都会有正负两级，箭头会根据极性变量的变化而做出相应的变化。而且需要使用回路标示符专门标注重要的回路，对回路的增强或者平衡的正负极反馈可以清楚的了解。相关回路和回路标示符所绕圈的方向一致。 以前所能达到的程度受到原因的增加而使结果增加，而以前所能达到的程度受到原因的减小而使结果减小这就是正因果链。相反的

以前所能到达的程度会受原因的增大而使结果降低，以前所能到达的程度会受原因的降低而使结果增大这就是负因果链。相关结果因为变化而影响这就是因果链的极性所表达的，但并是说明变化一定会出现，简单说，系统的行为不能表达，而只能表达系统的结构。确认回路中有多少条负因果链是快速判断负回路极性的办法，正回路也可理解成是回路中有偶数个负因果链，同理，负回路就是回路中有奇数个负因果链。

（2）反馈与反馈环

在系统内同一个子块或同一部分的输出与输入的关系就是一个反馈。而系统范围则是在整个系统中的系统外部环境的输入和系统输出之间的关系。那么，另外子块，单元和另外系统可以实现反馈，块、单元以及系统的输入联系至与其相关的输出也可以得到实现。子块单元、系统接受外部环境的施加的作用就可以理解是输入，同样，非间接从外部测量的状态就刻意理解是输出。

受到所存在的反馈环节制约的系统，也可认为是系统自身未来行为受到自身历史行为作用的后果影响的就是反馈系统。

有由动作、信息以及相互作用链和因果关系闭合而连接的回路就是反馈环，从中可以得出，相互制约和关联的一组闭环系统也就是反馈系统。一般来说，可以用 3 个回路为最低标准，超过为复杂系统，低于为简单系统。

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第三章  分布式能源站项目风险识别 ....................... 16

3.1  系统动力学与传统方法在风险管理上的对比 ........... 16

3.2 SS 工业园分布式能源站项目介绍 ......................... 18

第四章  分布式能源站项目风险评估 ............. 27

4.1  分布式能源站项目风险指标分析 ............ 27

4.1.1  定性指标分析 ................... 27

第五章  应用分析 .............38

5.1  模型关系式和数据 ......... 38

5.2  模拟试验 ............. 38

第四章  分布式能源站项目风险评估

4.1  分布式能源站项目风险指标分析

4.1.1  定性指标分析

对分布式能源站项目的风险进行了定性分析，分析了风险的概率，并确定了风险的大小和优先级。对风险的定性评估，掌握项目的历史数据和最新的发展状况，根据分析师的资格水平，确定的性质，特点和发展和变化的规则。定性风险评估工具包括风险概率和影响评估、概率和影响矩阵、风险数据质量评估、头脑风暴和主观评价方法等。

分布式能源站项目风险评估是识别风险因素和潜在的过程，包括比较和评估各种风险因素，确定他们的先后顺序，对该项目的风险因素来进行综合评分，制定主要风险列表，总结了风险分析的结果。风险分为 2 类，根据情况分析。一是很紧急的风险，必须马上采取应对措施；二是不紧急的风险，可以暂缓处理。

在本文中，按照高、中、低概率来描述分布式能源站项目风险的结果，对风险的概率和影响制定出一个概率/影响矩阵，在矩阵的一边或图表的轴上列出风险发生的相对概率，另一端或另一个轴的相对影响。分布式能源站项目风险概率影响矩阵，如表 4-1 所示：

风险的程度通常是按照一定风险的概率和影响进行评估的。在矩阵中对分布式能源站项目低风险，中等风险和高风险临界值，并确定每一个风险评分的权重，制定风险应对策略，以促进能源发电项目的持续发展。如果风险项目的目标之一影响力极大，甚至对项目的发展有毁灭性的的影响，在同一时间，风险是矩阵中高风险区（深灰色），此时我们必须采取有针对性的预防措施。相反，如果风险只是处于低风险区域（淡灰色），只需要把它放到风险列表中，就不需要采取积极的防范措施。

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结论

本文根据风险识别、风险评估、风险应对和风险控制为线索，系统动力学的应用，结合我国分布式能源站建设的特点，对整个分布式能源站项目风险管理进行了研究，通过建立一个系统反馈图，系统流程模型，风险和风险管理策略的分析，形成了以下主要结论：

（1）阐述了项目风险管理的方法、理论，使用常用的风险管理方法和工具，分布式能源站项目风险管理规划、识别、评价、应对和监控进行了深入研究。项目风险管理的详细步骤包括：项目风险管理计划、项目风险识别、项目风险评估，风险评估，项目风险应对计划、项目风险监控和控制。为分布式能源站项目风险管理研究提供理论依据和研究思路。

（2）构建了基于系统动力学的 SS 工业园分布式能源项目风险评估模型。结合 SS工业园分布式能源项目的具体情况以及系统动力学模型的相关理论，选择了风险影响的指标，并计算了各个指标的权重，从而构建了分布式能源项目的系统动力学模型。

（3）使用 Vensim PLE  软件对 SS 工业园分布式能源项目风险进行了模型仿真。输入具体的数据和公式，对 SS 工业园分布式能源项目的风险进行了计算，，并针对计算的结果给出了风险应对策略。

参考文献（略）