基于物元綜合評價法的高耗能企業(yè)電力能效評價

楊列鑾，解 佗，張 剛,王維洲，劉福潮，李正遠(yuǎn)

(1.國網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730050;2.西安理工大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，陜西 西安 710048;3.國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅，蘭州 730050;)

0 引言

能源短缺和環(huán)境污染已成為制約當(dāng)今社會發(fā)展的重大難題。長期以來，我國的電力能效監(jiān)測與評價工作進(jìn)展緩慢，還沒有進(jìn)行大力的推廣應(yīng)用。在國際能源危機(jī)的背景下，我國需要推動電力能效評價技術(shù)，對企業(yè)能源利用方式近一步完善，幫助企業(yè)進(jìn)行節(jié)能措施的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)化，提高企業(yè)的綜合競爭力。深入開展企業(yè)電力能效監(jiān)測和評價工作，既可以幫助企業(yè)查找自身能耗方面的缺口，挖掘自身的節(jié)能潛力，不為了達(dá)到國家的節(jié)能目標(biāo)而盲目地限閘拉電，又可以為政府管理部門核定節(jié)能效益提供科學(xué)依據(jù)[1]。而高耗能企業(yè)又是電力消耗的重點(diǎn)戶，因此，對高耗能企業(yè)進(jìn)行電力能效綜合評價顯的尤為重要。

目前常用的電力能效評價方法主要有層次分析法、模糊熵綜合評價法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法[2-4]等，這些評價方法對實(shí)際工作雖有一定的指導(dǎo)作用，但普遍較強(qiáng)的依賴于主觀性分析。為彌補(bǔ)這一缺陷，本文采用物元-可拓綜合評價法。物元-可拓綜合評價法[5-6]是由我國學(xué)者所研究構(gòu)建的多元數(shù)據(jù)決策量化的新方法。它是以可拓學(xué)的模型集合和關(guān)聯(lián)函數(shù)的理論為基礎(chǔ)而構(gòu)建的多指標(biāo)的綜合評價方法，在可拓模型中通過建立物元關(guān)聯(lián)函數(shù)對事物由量變到質(zhì)變的過程進(jìn)行定量描述。目前已廣泛應(yīng)用于水質(zhì)綜合評價、水資源開發(fā)利用評價、土地生態(tài)安全評價、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價[7-9]等領(lǐng)域，但應(yīng)用于高耗能企業(yè)電力能效綜合評價領(lǐng)域較少。為探索高耗能企業(yè)電力能效綜合效益評價，考慮到電力能效綜合效益的評價指標(biāo)的多樣性和各單指標(biāo)給出的評價結(jié)果的不相容性，其滿足物元-可拓集解決不相容問題的基本原則。故本文通過建立高耗能企業(yè)電力綜合能效指標(biāo)體系并通過物元-可拓評價方法對典型高耗能企業(yè)進(jìn)行實(shí)例分析，驗證該方法的可行性，從而為尚處在探索發(fā)展階段的高耗能企業(yè)電力能效綜合評價方法提供一種新思路。

1 物元分析評價模型建立

事物N具有特征c，其值為v，則由N、c、q構(gòu)成的有序三元組R=(N、c、q)作為描述事物的基本元，稱其為物元?？赏丶鲜敲枋霾痪哂心撤N性質(zhì)的事物轉(zhuǎn)化的集合，其主要用事物的關(guān)聯(lián)函數(shù)來描述，通過定義的關(guān)聯(lián)函數(shù)值來定量確定相關(guān)元素是屬于正域、負(fù)域和臨界域中的哪一個。事物的層次通過關(guān)聯(lián)函數(shù)值的大小加以區(qū)分。

物元-可拓評價方法的思想：首先根據(jù)事物已有的數(shù)據(jù)對評價對象進(jìn)行分級處理，并設(shè)定各等級的邊界數(shù)據(jù)范圍，再將評價對象的指標(biāo)值代入相關(guān)等級的集合中進(jìn)行多指標(biāo)評價，將評價結(jié)果和各等級集合的關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行比較，關(guān)聯(lián)度越大，表示它與其等級集合的契合程度就越佳。

1.1 物元的有序組

假定事物N具有多個特征，可用n個特征c1,c2,…,cn和相應(yīng)的量值q1,q2,…，qn描述，則稱物元R為n維物元，記為：

(1)

1.2 物元的有序組

確定經(jīng)典域物元：

(2)

式中：Nj表示所劃分的j個等級，c1,c2,…,cn是Nj的n個不同的特征，qj1,qj2,…，qjn分別是Nj關(guān)于c1,c2,…,cn所取值的范圍，即各等級關(guān)于對應(yīng)特征等級所取得數(shù)據(jù)范圍 〈aji，bji〉。

確定節(jié)域：

(3)

式中：p待評對象等級全體；c1,c2,…,cn是p的全體特征，qp1,qp2,…，qpn分別是節(jié)域p關(guān)于特征c1,c2,…,cn的量值范圍，qpi=〈aj1，bj1〉 ，且qpi∈qpi。

1.3 待評物元域

(4)

式中：P0為待評物元；q1,q2,…,qn分別是P0關(guān)于c1,c2,…,cn檢測所得的具體數(shù)據(jù)。

1.4 指標(biāo)權(quán)重

指標(biāo)權(quán)重的確定直接影響到綜合評價的可行性和評價結(jié)果。當(dāng)前，權(quán)重確定方法主要可分為主觀、客觀和主客觀相結(jié)合的賦權(quán)方法。三大類賦權(quán)方法立足點(diǎn)不同，在實(shí)際問題中應(yīng)根據(jù)具體事物的指標(biāo)評價體系及設(shè)計的因素進(jìn)行選擇[10-11]。

1.5 評價單元關(guān)于個評價等級的關(guān)聯(lián)度

待評價物元各指標(biāo)與各等級水平的關(guān)聯(lián)函數(shù)值計算如下：

(5)

對于每個特征Ci取ωi為權(quán)值，則待評物元P0的綜合關(guān)聯(lián)度為：

(6)

1.6 等級的評定

關(guān)聯(lián)度的大小表示事物符合標(biāo)準(zhǔn)事物等級的程度。若Kj(p0)=max{Kj(p0)}(j=1,2,…n)，則表示待評物元P0屬于j等級。令：

(7)

(8)

式中：j*為待評價物元偏向相鄰等級的程度。

2 高耗能企業(yè)電力能效評價體系

指標(biāo)評價體系是進(jìn)行高耗能企業(yè)電力能效綜合評價的重要工具和手段，建立科學(xué)合理的評價指標(biāo)體系，是開展高載能企業(yè)電力能效綜合評價的核心任務(wù)之一[12]?；诟鞯湫透吆哪芷髽I(yè)的生產(chǎn)模式、技術(shù)工藝、用能結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、能源管理等特點(diǎn)，結(jié)合我國能源審計與統(tǒng)計相關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)。最終確定高耗能企業(yè)電力能效評價體系由電力能耗技術(shù)指標(biāo)、電力能耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、電力能耗管理指標(biāo)三個一級指標(biāo)和若干個二級指標(biāo)構(gòu)成。高耗能企業(yè)電力能效指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 高耗能企業(yè)電力能效評價指標(biāo)體系

電力能耗評估技術(shù)指標(biāo)主要分為：C1變壓器效率；C2電壓總諧波畸變率；C3電動機(jī)運(yùn)行效率；C4電熱設(shè)備電能利用率；C5電能配送線損率；C6單位產(chǎn)品工序電力能耗、單位產(chǎn)品間接電力能耗；C7單位產(chǎn)值綜合電力能耗；C8節(jié)電率；C9為供電系統(tǒng)測量及監(jiān)控完備率；C10為節(jié)能規(guī)劃指標(biāo)；C11為規(guī)章制度與日常管理指標(biāo)。

3 實(shí)例應(yīng)用

基于高耗能企業(yè)電力能效指標(biāo)體系和物元-可拓綜合評價法，本文以甘肅某高能耗企業(yè)為例進(jìn)行高耗能企業(yè)電力能效綜合評價。本文將電力能效等級分為4個等級，分別為“優(yōu)、良、中、差、”。下面對其評價過程進(jìn)行分析。

3.1 數(shù)據(jù)規(guī)范化處理

對不能通過量化得到的指標(biāo)，一般采取主觀打分法來確定具體指標(biāo)的優(yōu)劣；對可以通過量化得到的指標(biāo)，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際量化值的大小進(jìn)行評分[13]。規(guī)范化處理后能效評價等級標(biāo)準(zhǔn)及個指標(biāo)實(shí)際計算值如表1所示。

表1電力能效評價等級標(biāo)準(zhǔn)

評價指標(biāo)極值分級標(biāo)準(zhǔn)值Q1Q2Q3Q4實(shí)際值C110.920.80.6500.941C200.120.30.5510.448C310.920.80.6500.847C410.90.770.5800.875C510.90.750.600.62C610.90.750.600.894C710.90.70.500.871C810.950.70.400.82C910.950.820.6800.927C1010.90.780.5700.775C1110.950.840.700.87

3.2 確定評價等級的標(biāo)準(zhǔn)物元集、節(jié)域物元集、待評物元集

以有序三元組R=(N,c,q)來描述電力能效的基本元，按照本文能效等級劃分，確定評價標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)典域。

3.3 確定權(quán)重系數(shù)

在電力能效評價體系中，由于評價指標(biāo)體系不僅層次多，且每級中涉及的因素也很多，故本文選用模糊層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重。

3.4 關(guān)聯(lián)度計算與評價等級確定

運(yùn)用式(5)計算高能耗企業(yè)電力能效評價系統(tǒng)中各二級指標(biāo)在各等級下的關(guān)聯(lián)度表2所示。

應(yīng)用式(6)進(jìn)行綜合關(guān)聯(lián)度計算，結(jié)果表明：即該企業(yè)電力能效等級應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)等級“良”接近，由式(7)和式(8)計算可知該企業(yè)電力能效準(zhǔn)確評價等級為2.16級，即處在良偏中16%的位置處。

3.5 評價結(jié)果比較

用文獻(xiàn)[3]提出的模糊綜合評價法與本文采用的物元評價法對該企業(yè)電力能效評價結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果如表3所示。通過上表可以看出：兩種方法對各指標(biāo)評價等級基本相同，但由于物元綜合評價法引入關(guān)聯(lián)度函數(shù)，權(quán)重確定為主客觀相結(jié)合，所以其評價結(jié)果更加精細(xì)、客觀、合理。

4 結(jié)語

(1)物元-可拓評價法中，函數(shù)關(guān)聯(lián)度取負(fù)值能夠全面分析待評價物元的等級程度，使得評價結(jié)果更加精細(xì)化。

(2)物元分析模型在電力能效評價中，計算簡便，可結(jié)合計算機(jī)軟件設(shè)計算法，實(shí)現(xiàn)輸入原始數(shù)據(jù)既得評價結(jié)果，數(shù)據(jù)獲取容易，通過定量法描述各待評指標(biāo)，進(jìn)行客觀賦權(quán)綜合關(guān)聯(lián)度評價，使得評價結(jié)果客觀性更強(qiáng)。

表2電力能效評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

評價指標(biāo)權(quán)重ω優(yōu)良中差C10.1630.263-0.263-0.705-0.831C20.050-0.500-0.399-0.673-0.552C30.291-0.395-0.1150.200-0.343C40.114-0.2780.417-0.350-0.629C50.092-0.424-0.2550.133-0.050C60.078-0.404-0.1620.400-0.225C70.063-0.2730.300-0.467-0.680C80.049-0.463-0.1430.200-0.400C90.036-0.3470.150-0.086-0.467C100.033-0.2580.400-0.343-0.617C110.031-0.1050.100-0.514-0.717

表3評價結(jié)果比較

評價指標(biāo)C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11綜合電力能效等級糊綜合評價優(yōu)良中良中中良中良良良良物元綜合評價優(yōu)良中良中中良中良良良良偏偏偏偏偏偏偏偏偏偏偏偏良中良優(yōu)差良優(yōu)良中優(yōu)優(yōu)中46%12%25%5%18%6%13%25%23%7%26%16%

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