Mô hình ngẫu nhiên đánh giá hiệu quả dự án tiết kiệm năng lượng

Dự án tiết kiệm năng lượng (TKNL) là các dự án trong đó có sự so sánh, đánh giá chi phí đầu tư giữa thiết bị HSC và thiết bị hiệu suất năng lượng tiêu chuẩn có cùng tính năng kỹ thuật (thường gọi là phương án cơ bản). Đương nhiên phương án HSC bao giờ cũng có chi phí đầu tư ban đầu lớn, nhưng bù lại, những chi phí liên quan đến vận hành, bảo dưỡng... trong suốt thời gian tuổi thọ dự án luôn luôn thấp hơn phương án cơ bản.

690 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 MƠ HÌNH NGẪU NHIÊN ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ DỰ ÁN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG Trần Trí Dũng1, Trịnh Phương Thao2, Phạm Viết Tiệp3 Kỹ sư tư vấn độc lập, 2Ban Kỹ thuật EVNNPC, 3Ban Kỹ thuật EVNNPC 1 GIỚI THIỆU & TÓM TẮT Sử dụng lượng tiết kiệm & hiệu sách hàng đầu mục tiêu đảm bảo an ninh lượng tất nước giới Dùng thiết bị hiệu suất lượng cao (HSC) hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ sinh hoạt biện pháp sử dụng lượng tiết kiệm & hiệu Dự án tiết kiệm lượng (TKNL) dự án có so sánh, đánh giá chi phí đầu tư thiết bị HSC thiết bị hiệu suất lượng tiêu chuẩn có tính kỹ thuật (thường gọi phương án bản) Đương nhiên phương án HSC có chi phí đầu tư ban đầu lớn, bù lại, chi phí liên quan đến vận hành, bảo dưỡng suốt thời gian tuổi thọ dự án luôn thấp phương án Vì để định lựa chọn phương án TKNL phương án phải dùng tiêu chi phí vịng đời (CPVĐ Life Cycle Cost) Phân tích CPVĐ phương pháp kinh tế đánh giá dự án, tất chi phí phát sinh từ sở hữu, vận hành, bảo trì giá trị cịn lại (nếu có) dự án suốt thời gian đánh giá (thường trùng với tuổi thọ dự án) xem xét để so sánh đưa định Đánh giá hiệu dự án đầu tư với vòng đời dự án hàng chục năm, ln ln gặp khó khăn liệu đầu vào khơng chắn Vì thế, việc sử dụng mơ hình ngẫu nhiên (MHNN) thích hợp MHNN mơ tả đầy đủ khơng gian hiệu “có thể” “khơng thể” dự án MHNN giúp chủ đầu tư giảm thiểu rủi ro, tiết kiệm thời gian mà khơng cần chi phí tiền bạc để “thử nghiệm” tình xảy thực tế Tất tình mơ máy tính PHÂN TÍCH CHI PHÍ VỊNG ĐỜI (CPVĐ) LÀ GÌ? Phân tích CPVĐ phương pháp kinh tế đánh giá dự án, tất chi phí phát sinh từ sở hữu, vận hành, bảo trì giá trị cịn lại (nếu có) dự án suốt thời gian đánh giá (thường trùng với tuổi thọ dự án) xem xét để đưa định Phân tích CPVĐ thích hợp cho việc đánh giá kinh tế phương án đáp ứng đầy đủ tiêu kỹ thuật dự án có chi phí khác đầu tư, vận hành, tiêu thụ lượng, bảo trì, sửa chữa chí tuổi thọ dự án Chi phí vịng đời (CPVĐ) dự án tổng giá trị loại chi phí trừ giá trị cịn lại (nếu có) dự án tức là: PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 691 CPVĐ = giá trị [chi phí đầu tư + chi phí bảo trì + chi phí lượng + chi phí thay  giá trị cịn lại (nếu có)] Cơng thức chuyển đổi dịng tiền chi phí (hoặc lợi nhuận) thời gian tương lai Fj giá trị PV theo biểu thức (*) PV  Fj 1  d  j (*) đó, d suất chiết khấu (discount rate) dạng đặc biệt lãi suất Với d, nhà đầu tư không cần quan tâm dòng tiền nhận thời điểm khác tương lai miễn tính đổi thời gian gốc (base date) Các phương án dự án tiết kiệm lượng TKNL phương án loại trừ lẫn (exclusive alternatives), nghĩa chọn phương án tốt số phương trình đem so sánh Các phương án đem so sánh phải tương đương tiêu chuẩn kỹ thuật, thời gian khảo sát, đưa thời gian gốc, suất chiết khấu Đương nhiên dự án TKNL, phương án tốt phương án có giá trị CPVĐ nhỏ PHÂN TÍCH CHI PHÍ VỊNG ĐỜI THEO “MƠ HÌNH NGẪU NHIÊN” Mơ hình ngẫu nhiên (MHNN) dùng để xử lý toán liệu đầu vào (Input Data) bất định không chắn (uncertainty) Trong thực tế, giá trị liệu thay đổi theo thời gian với quy luật riêng Mơ hình cần phản ánh biến động bảo đảm kết đầu tổ hợp ngẫu nhiên kết biến động liệu Mô hình hoạt động theo cách mơ hàng chục nghìn lần (mô MonteCarlo) khả tổ hợp giá trị ngẫu nhiên liệu Một mô gọi mơ hình ngẫu nhiên Ở mơ hình này, hoạt động, liệu phát giá trị ngẫu nhiên theo hàm phân bố xác suất cho trước, mơ hình tính tốn lưu trữ lại kết sau xếp kết lại dạng biểu đồ phân bố xác suất “histogram” Số lần mô (số lần phát ngẫu nhiên giá trị liệu) lớn biểu đồ “histogram” phong phú, gần thực Từ biểu đồ phân phối “histogram” đánh giá khoảng tin cậy, giá trị min, max,… kết biểu đồ y1, y2 hình 1B Trong mơ hình xác lập (deterministic model) hình 1A, liệu vào giá trị xác định, x1, x2, x3, kết giá trị xác định y1, y2, y3,….; Trong mơ hình ngẫu nhiên hình 1B (stochastic model), phần tồn liệu đầu vào thay giá trị xác định, cho dạng tham số đặc trưng hàm phân bố xác suất phù hợp liệu vào , x1, x2, x3,… Cũng mơ hình xác lập, bước MHNN xây dựng mơ hình tính tốn với công thức, điều kiên logic, điều kiện ràng buộc, mối quan hệ biến độc lập, biến phụ thuộc để mơ chất thực tốn 692 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Hình 1A Mơ hình xác: lập liệu vào giá trị xác định, x1, x2, x3, kết giá trị xác định y1, y2, y3 Hình 1B Mơ hình ngẫu nhiên; liệu đầu vào dạng tham số đặc trưng hàm phân bố xác suất phù hợp dứ liệu vào , x1, x2, x3,… kết đầu dạng biểu đồ phân bố xác suất ‘histogram’ Hình 1Input & Output mơ hình xác lập mơ hình ngẫu nhiên Cấu trúc MHNN gồm mơđun (i) Dữ liệu: Phát hay tạo giá trị ngẫu nhiên liệu theo quy luật hàm phân bố xác suất cho trước; (ii) Mô hình tốn: cơng thức, điều kiện ràng buộc, mối quan hệ biến độc lập, biến phụ thuộc mô tả đắn chất vấn đề cần cần khảo sát, tính tốn tốn; (iii) Histogram: lưu trữ lại kết mơ tính tốn, xếp kết dạng biểu đồ phân bố xác suất “histogram”, “scatter” (xin xem hình 2) Hoạt động tương tác mơđun MHNN trình bày hình Với cấu trúc vậy, người kỹ sư thực số lần mô khả tổ hợp giá trị ngẫu nhiên liệu lớn tuỳ ý để có biểu đồ “histogram”, “scatter” kết đáng tin cậy thể chất vấn đề khảo sát, nghiên cứu Như vậy, MHNN, mơđun (ii) hồn tồn tương tự mơ hình xác lập có thêm mơđun (i) (iii) hỗ trợ Nói cách khác, MHNN tính lặp nhiều lần mơ hình xác lập với tập tổ hợp giá trị liệu ngẫu nhiên khác MÔ HÌNH NGẪU NHIÊN LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ CÁP ĐIỆN LỰC THEO CPVĐ Các công ty điện lực thường phải thực dự án phát triển, mở rộng cải tạo lưới phân phối cung cấp điện cho khách hàng Nội dung chủ yếu dự án lựa chọn máy biến áp (MBA) dây cáp điện lực (CĐL) phần tử chủ yếu lưới phân phối điện cho đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật vòng PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 693 đời 10 đến 15 năm với chi phí vịng đời Đây dự án đầu tư cần xem xét theo cách tiếp cận sử dụng hiệu tiết kiệm lượng tức dự án TKNL Dựa điều trình bày mục §.2 §.3, tác giả phát triển phần mềm môi trường Excel VBA “Mơ hình ngẫu nhiên lựa chọn máy biến áp cáp điện lực” gọi tắt “S_C” (Smart_Choice) iDữ liệu: Phát giá trị ngẫu nhiên liệu theo hàm phân bố xác suất cho trước đưa vào mô hình tốn Dữ liệu theo hàm phân bố xác suất iiMơ hình tốn: dùng giá trị ngẫu nhiên liệu để mơ phỏng, tính tốn iiiHistogram ghi lại kết mơ phỏng, tính tốn làm thành biểu đồ Kiểm tra số lần tính mơ hết ? Biểu đồ kết ‘histogram’ Stop mơ Hình 2: Hoạt động tương tác môđun MHNN Cấu trúc “S_C” gồm mơđun trình bày Mục I  Dữ liệu: bao gồm thông số kỹ thuật thiết bị MBA hoăc CĐL & liệu tài chính, kinh tế dự án dạng giá trị xác định hàm phân bố xác suất Bảng giới thiệu số liệu mơ hình: Dữ liệu từ đến cho dạng hàm phân bố xác suất; liệu giá trị xác định 694 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 Bảng Dữ liệu từ đến cho dạng hàm phân bố xác suất; liệu cho dạng giá trị xác định TT Tên liệu Hàm phân bố xác suât Hàm phân bố Tham số đặc trưng hàm phân bố xác suất giải công suất biểu đồ phụ tải Giá trị min, max Tăng trưởng phụ tải gr (%/năm) Hàm phân bố chuẩn Giá trị trung bình, sai lệch chuẩn Tổn thất MBA, điện trở CĐL Hàm phân bố chuẩn Giá trị trung bình, sai lệch chuẩn Tăng giá điện e (%/năm) Hàm phân bố chuẩn Giá trị trung bình, sai lệch chuẩn Các liệu xác định: năm bắt đầu dự án; vốn đầu tư ban đầu; vốn vay; lãi suất; vòng đời dự án; số vận hành giải công suất biểu đồ phụ tải; công suất định mức MBA;… Hình 2: “UserForm1” nhập liệu; kết histogram” giá trị vùng tin cậy 90% tiêu chí khảo sát “S_C” Các liệu bảng đưa vào “S_C” qua cửa sổ nhập liệu phía trái “UserForm1”; phía phải “UserForm1” “histogram” giá trị vùng tin cậy 90% tiêu chí khảo sát (xem hình 2) ii  Mơ hình tốn: Giá trị chi phí vịng đời dự án trình bày mục bao gồm thành phần sau: PV [CPVĐ] = giá trị [chi phí đầu tư + chi phí bảo trì + chi phí lượng + chi phí thay  giá trị cịn lại (nếu có)] Trong mơ hình “S_C”, để đơn giản xét thành phần chi phí: PV [CPVĐ] = giá trị [chi phí đầu tư + chi phí tổn thất điện + chi phí lãi suất vốn vay]  Chi phí đầu tư C giá mua MBA CĐL chủ đầu tư phải trả lúc mua PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 695  Chi phí tổn thất điện chi phí tính tiền Đ tổn thất điện vận hành MBA CĐL Để tính giá trị tổng chi phí tổn thất điện vòng đời PV [CPVĐ] MBA CĐL cần xác định tổn thất công suất ứng với mức phụ tải Si thời gian ti ; i = 1, 2,…., theo biểu đồ phụ tải hàng năm cho trước Biểu đồ chia thành dải cơng suất Si dải có số vận hành ti (tổng thời gian vận hành ∑ ti ≈ 8760 giờ) Lưu ý rằng, theo dòng bảng 1, dải công suất Si liệu ngẫu nhiên (biến ngẫu nhiên) theo phân bố giá trị Simin Simax; mặt khác Si tăng trưởng hàng năm vòng đời n năm với tốc độ gr (%/năm) theo phân bố chuẩn Như vậy, phụ tải MBA CĐL giải công suất i, năm thứ j là: S i j   S i  RAND()  ( S i max  S i )   1  gr j (1) Trong đó: S i j phụ tải MBA CĐL giải công suất i, năm thứ j; i = 1,…,7; j = 1,…, n; RAND ( ) số thực có giá trị ngẫu nhiên khoảng [0,1] hàm RAND ( ) Excel tạo ra; gr suất tăng trưởng phụ tải hàng năm (%) có giá trị ngẫu nhiên gọi theo hàm chuẩn Excel tạo gr = NormInv(grtb,,grsl), tham số grtb giá trị trung bình, grsl sai lệch chuẩn gr Biểu thức tính tổn thất cơng suất MBA phụ thuộc vào phụ tải S, tổn thất không tải Po (kw) tổn thất có tải Pk (kw) máy biến áp  S  Pi ( S i )  Po  Pk   i   S MBA  (2) đó, SMBA dung lượng định mức MBA Tương tự, tổn thất công suất CĐL phụ thuộc vào điện trở Ro (Ω/km), điện áp vận hành U (kV), chiều dài L (km) phụ phụ tải Si (kVA) cáp S Pi ( S i )  L  Ro   i U      (3) Lưu ý (2) (3), giá trị tổn thất không tải Po (kW); tổn thất có tải Pk (kW); Ro (Ω /km) có giá trị ngẫu nhiên gọi theo hàm chuẩn Excel tạo = NormInv() Từ (2) (3), dễ dàng xác định tổn thất điện năm thứ j vòng đời n năm j = 1,…, n dự án A j   Pi ( S i j )  t i i 1 (4) 696 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017 đó: ∆Aj: tổn thất điện năm thứ j vòng đời n năm dự án; ti: thời gian mang tải (giờ) tương ứng với phụ tải Si; bảy (7) dải biểu đồ phụ tải MBA CĐL; S i j : phụ tải MBA CĐL dải công suất i, năm thứ j; i = 1,…, 7; j = 1,…, n tính theo biểu thức (1); Pi ( S i j ) : tổn thất công suất MBA CĐL mang phụ tải S i j tính theo (2) (3) Từ (4) dễ dàng xác định chi phí (Đ) tổn thất điện năm thứ j vòng đời n năm; j = 1,…, n dự án Aj: A j  G0 (1  e) j  A j (5) đó: Aj: chi phí tổn thất điện năm thứ j vịng đời n năm dự án; G0: giá điện 103 Đ/kWh; e: suất tăng giá hàng năm (%) có giá trị ngẫu nhiên gọi theo hàm chuẩn Excel tạo e = NormInv(etb,,esl), tham số etb giá trị trung bình, esl sai lệch chuẩn e; G0(1+e)j: giá điện năm thứ j 103 Đ/kWh; ∆Aj: tổn thất điện năm thứ j vịng đời n năm dự án tính theo (4)  Chi phí vốn vay: Chi phí vốn vay V (triệu Đ) số tiền trả hàng năm bao gồm vốn + lãi khoảng thời gian cho vay Chi phí tính theo hàm Excel: V = PMT(r,t, L,1) (6) với tham số biến r lãi suất vay (%/năm); t thời gian vay (năm), L số tiền vay (triệu Đ) 1/0 trả vào đầu/cuối năm Cuối cùng, tương tự biểu thức (*), giá trị tổng chi phí vịng đời dự án PV [VĐ] tính theo (5): n PV (VD)  C   j 1 A j V (1  d ) j đó: PV (VĐ): giá trị tổng chi phí vịng đời n MBA CĐL; C: giá mua MBA CĐL; Aj: chi phí tổn thất điện năm thứ j vòng đời n năm dự án; V: chi phí vốn vay hàng năm bao gồm vốn + lãi (nếu có); (7) PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 697 d: suất chiết khấu (discount rate) để quy đổi dòng tiền giá trị tại; j: năm thứ j; j=1,2,…n; n: số năm khảo sát hay vòng đời dự án  Tổng chi phí vịng đời: Các biểu thức (2), (3), (4) (5) dùng để tính tổng chi phí vịng đời PV (VĐ) cho lựa chọn MBA/CĐL tiêu chuẩn  PVtc (VĐ) MBA/CĐL chất lượng cao – PVcl (VĐ) So sánh PVtc (VĐ) PVcl (VĐ) để đưa định nguyên tắc sử dụng hiệu & tiết kiệm lượng theo tổng chi phí vịng đời iii  Kết mơ hình Histograms  Scatter: Mơ hình khảo sát, phân tích tiêu chí, trình bày kết dạng biểu đồ histogram, scatter giá trị khoảng tin cậy 90% Những tiêu chí khảo sát là:  Histogram NPV  Giá trị hiệu tài sử dụng MBA/CĐL chất lượng cao: NPV  PV tc (VD)  PV cl (VD) (8) đó: PVtc (VĐ) PVcl (VĐ) chi phí vịng đời MBA/CĐL tiêu chuẩn chi phí vịng đời MBA/CĐL chất lượng cao tính theo (5)  Histogram IRR Tỷ suất hồn vốn nội đầu tư sử dụng MBA/CĐL chất lượng cao Tỷ suất hồn vốn nội IRR tính theo hàm Excel: IRR = IRR(values) (9) với tham số biến “values” dịng tiền (cash flow) hiệu tài từ năm bắt đầu dự án (j = 0) đến năm cuối vòng đời dự án (j = n)  Histogram  Hiệu giảm tổng tổn thất điện vòng đời n năm sử dụng MBA/CĐL chất lượng cao: n SumA   ( Atcj  Aclj ) i 1 (10) đó: Sum∆A tổng tiết kiệm tổn thất điện vòng đời n năm sử dụng MBA/CĐL chất lượng cao; (Atcj  Aclj ) tiết kiệm tổn thất điện năm thứ j vòng đời n năm sử dụng MBA/CĐL chất lượng cao; Atc  Acl tổn thất điện j j năm thứ j MBA/CĐL tiêu chuẩn MBA/CĐL chất lượng cao 698 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TỒN QUỐC 2017  Histogram  Hiệu giảm khí thải CO2 vòng đời n năm sử dụng MBA/CĐL chất lượng cao: (11) SumCO2  0,  SumA đó: Sum∆A tổng tiết kiệm tổn thất điện vòng đời n năm sử dụng MBA/CĐL chất lượng cao tính theo (10); 0,4 hệ số phát khí thải giả thiết 0,4 kg/kWh  Scatter  Khảo sát tương quan cặp giá trị NPV & tỷ suất tăng giá điện (e%) q trình mơ Hình ảnh Histograms Scatter kết mô trình bày hình Số mau 800 HISTOGRAM TY SUÂT IRR (%) 100% 90% 700 80% 600 NPV 300 SCATTER-NPV VS TĂNG GIÁ ĐIỆN 250 70% 500 60% 400 50% 300 40% 200 150 30% 200 20% 100 100 10% 0% 8% 11% 14% 17% 20% 23% 26% 29% 33% 36% 39% 42% 45% 48% 51% 54% 57% IRR (%) 50 2.0% Hình 3A: Histogram IRR 10.000 mẫu mô 4.0% 6.0% 8.0% tăng giá điện hàng năm (%) Hình 3B: Scatter NPV vs e% 10.000 mơ Hình 3: Kết Histogram”, Scatter tiêu chí khảo sát “S_C”  Khoảng tin cậy 90%  Xác định khoảng tin cậy 90% cho tiêu khảo sát: NPV; tỷ suất hoàn vốn nội IRR; giảm tổn thất điện Sum∆A; giảm khí thải Sum∆CO2; năm hoàn vốn Khoảng tin cậy 90% nằm giới hạn giá trị tính theo (12A) (12B) Giá trị giới hạn khoảng tin cậy 90% gọi theo hàm Excel =PERCENTILE.EXC(Array,0.05) (12A) Giá trị giới hạn khoảng tin cậy 90% gọi theo hàm Excel =PERCENTILE.EXC(Array,0.95) (12B) Array mảng dãy liệu cần xác định vị trí tương đối (%); 0.5; 0.95 vị trí tương đối liệu xếp thứ 95% mảng Array PHÂN BAN SỬ DỤNG ĐIỆN | 699 KẾT LUẬN Đánh giá hiệu dự án đầu tư với vòng đời dự án hàng chục năm, ln ln gặp khó khăn liệu đầu vào khơng chắn Vì thế, việc sử dụng MHNN thích hợp MHNN mơ tả đầy đủ khơng gian hiệu ‘có thể’ ‘không thể’ dự án mà không cần chi phí tiền bạc để ‘thử nghiệm’ tình tất tình mơ máy tính MHNN giúp chủ đầu tư dự án đưa định dựa phân bố xác suất (histogram) tiêu tài NPV, IRR… trình bày mục “iii Kết mơ hìnhHistograms Scatter”: Bạn đọc muốn sử dụng “S_C” quan tâm đến mơ hình ngẫu nhiên trao đổi với tác giả qua Email : tran_trdung@yahoo.com TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sáu sigma gì? Sáu sigma Việt Nam  Trần Trí Dũng, Tạp chí “Điện lực & Đời sống” số 155 tháng 3/ 2012 [2] Guidance on LifeCycle Cost Analysis Required by Excecutive Order 13123 April 2005 prepared for DoE Federal Energy Management Program Sieglinde K Fuller, Economist Office of Applied Economics  ... chiết khấu Đương nhiên dự án TKNL, phương án tốt phương án có giá trị CPVĐ nhỏ PHÂN TÍCH CHI PHÍ VỊNG ĐỜI THEO “MƠ HÌNH NGẪU NHIÊN” Mơ hình ngẫu nhiên (MHNN) dùng để xử lý toán liệu đầu vào (Input... Đây dự án đầu tư cần xem xét theo cách tiếp cận sử dụng hiệu tiết kiệm lượng tức dự án TKNL Dựa điều trình bày mục §.2 §.3, tác giả phát triển phần mềm mơi trường Excel VBA “Mơ hình ngẫu nhiên. .. MonteCarlo) khả tổ hợp giá trị ngẫu nhiên liệu Một mơ gọi mơ hình ngẫu nhiên Ở mơ hình này, hoạt động, liệu phát giá trị ngẫu nhiên theo hàm phân bố xác suất cho trước, mơ hình tính tốn lưu trữ