含光伏發(fā)電的綜合供能系統(tǒng)的模糊評(píng)價(jià)

摘 "要： 含光伏發(fā)電的綜合供能系統(tǒng)具有良好的綜合效益，但在系統(tǒng)建設(shè)過程中，可行性研究方案的篩選會(huì)受到多方面因素的限制。利用模糊綜合評(píng)價(jià)的方法，考慮光伏發(fā)電的特點(diǎn)以及系統(tǒng)并網(wǎng)給傳統(tǒng)電網(wǎng)帶來的影響，構(gòu)建模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用最大熵技術(shù)法確定權(quán)重，從而得到模糊評(píng)價(jià)矩陣，對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。以深圳地區(qū)某建筑物的建設(shè)方案為例，對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，驗(yàn)證模型的合理性。結(jié)果表明，該評(píng)價(jià)體系適合含光伏發(fā)電的綜合供能系統(tǒng)的評(píng)估，能夠?yàn)闆Q策者提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 光伏; 綜合供能系統(tǒng); 層次分析法; 模糊評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)： TN911?34 " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A " " " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)： 1004?373X（2015）02?0137?04

Fuzzy evaluation of comprehensive energy supply system with PV power generation

CHEN Gang1， CHEN Xu2， YANG Zhen?gang2， ZHANG Zhao?peng3， YANG Yi3

（1. China Power Grid Synthesis Energy Co.， Ltd， Guangzhou 510075， China;2. China Southern Power Grid Co.， Ltd， Guangzhou 510623， China;

3. Tianjin Tianda Qiushi Electric Power High Technology Co.， Ltd.， Tianjin 300384， China）

Abstract： Integrated energy supply system with photovoltaic power generation has a good overall efficiency， but in the process of building the system， the screening of the feasibility study programs may be limited by many factors. In consideration of the influence of photovoltaic power generation characteristics and system grid?connection on the traditional power grid， fuzzy comprehensive evaluation index system was built with fuzzy comprehensive evaluation method. The maximum entropy technology is adopted to determine the weight and get fuzzy evaluation matrix to execute the comprehensive evaluation of the system scheme. Taking a building program in the Shenzhen area for example， a comprehensive evaluation of several options is made to verify the rationality of the model. The results show that the evaluation system is suitable for evaluation of comprehensive energy supply systems with photovoltaic power generation， can provide the basis for decision?makers.

Keywords： PV; integrated energy supply system; analytic hierarchy process; fuzzy evaluation

0 "引 "言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和相關(guān)政策的推動(dòng)下，含可再生能源的分布式綜合供能系統(tǒng)越來越受到重視。在含光伏發(fā)電的綜合供能系統(tǒng)的發(fā)展中，由于光伏發(fā)電安裝條件低，政策措施完善等特點(diǎn)，而得到廣泛地應(yīng)用。然而，在建設(shè)工程中，光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性以及并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)的影響等特點(diǎn)，都成為了建設(shè)者、投資商進(jìn)行投資決策時(shí)需要考慮的重要因素。那么對(duì)該類系統(tǒng)進(jìn)行多方面的綜合評(píng)價(jià)，就成為了目前學(xué)者們研究的重點(diǎn)。

學(xué)者對(duì)分布式綜合供能系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，主要從幾個(gè)方面進(jìn)行。文獻(xiàn)[1]對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析，采用多因素分析法，在前人技術(shù)評(píng)估的的基礎(chǔ)上加入了環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)。文獻(xiàn)[2]選擇分布式綜合供能系統(tǒng)的具體問題進(jìn)行研究，利用AHP法對(duì)不同的接入方式下的供能系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)估;文獻(xiàn)[3]是利用構(gòu)建的綜合評(píng)估方法對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行方式和相應(yīng)成本進(jìn)行評(píng)價(jià);文獻(xiàn)[4]研究系統(tǒng)在某一方面的評(píng)價(jià)：以農(nóng)村電網(wǎng)為對(duì)象，分析可再生能源不同組合方式對(duì)電網(wǎng)供電性能的評(píng)價(jià);文獻(xiàn)[5]構(gòu)建模糊評(píng)價(jià)模型，對(duì)含可再生能源的分布式發(fā)電投資的評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)[6]從分布式綜合供能系統(tǒng)評(píng)價(jià)外部出發(fā)，研究外界因素對(duì)評(píng)價(jià)的影響。文獻(xiàn)[7]利用主成分因子載荷矩陣聚類分析，結(jié)合指標(biāo)大類的實(shí)際意義與評(píng)估方向，提出分類指標(biāo)體系設(shè)計(jì)思路，對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)[8]建立了綜合考慮能源約束和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的六狀態(tài)可靠性模型，并從時(shí)間、出力、系統(tǒng)這三個(gè)層面建立了綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)體系。在評(píng)價(jià)方法方面，主要是對(duì)各指標(biāo)權(quán)重的確定，主要分為客觀賦權(quán)和主觀賦權(quán)法。文獻(xiàn)[9]引入平均認(rèn)識(shí)度和認(rèn)識(shí)盲度的概念，剔除專家在排序階段認(rèn)識(shí)上隱含的不確定性，基于信息熵理論，給出了一種安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的確定方法。文獻(xiàn)[10]對(duì)傳統(tǒng)AHP方法進(jìn)行了改進(jìn)，反向構(gòu)造了AHP約束錐，并與DEA模型結(jié)合，開展了逆向物流服務(wù)供應(yīng)商選擇應(yīng)用研究。

綜上來看，從對(duì)含光伏發(fā)電的綜合供能系統(tǒng)的投資決策的評(píng)價(jià)研究較少，且多是單方面研究。主客觀賦權(quán)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)具體研究?jī)?nèi)容進(jìn)行選擇和改進(jìn)。本文利用模糊綜合評(píng)價(jià)的方法，利用最大熵技術(shù)法確定權(quán)重，對(duì)含光伏發(fā)電的綜合供能系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等多個(gè)方面評(píng)價(jià)系統(tǒng)的可行性，為投資商和決策者提供依據(jù)。

1 "評(píng)價(jià)指標(biāo)確定

1.1 "評(píng)價(jià)對(duì)象

選擇并網(wǎng)模式下的含光伏發(fā)電的綜合供能系統(tǒng)為評(píng)價(jià)對(duì)象，主要包含光伏、儲(chǔ)能、燃機(jī)、蓄冰空調(diào)、吸收式制冷機(jī)等設(shè)備。其中，供電設(shè)備為光伏、儲(chǔ)能和燃機(jī);供冷設(shè)備為蓄冰空調(diào)和吸收式制冷機(jī)。

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圖1 分布式綜合供能系統(tǒng)構(gòu)成

1.2 "評(píng)價(jià)目標(biāo)

根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和模糊評(píng)價(jià)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇電網(wǎng)依賴性、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、分布式能源利用率、供電可靠性等5個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估。

（1） 電網(wǎng)依賴性。隨著負(fù)荷的不斷增加，會(huì)給傳統(tǒng)電網(wǎng)帶來很大的負(fù)擔(dān)，而含光伏發(fā)電的綜合供能系統(tǒng)的接入，能夠大大緩解傳統(tǒng)電網(wǎng)的壓力，但若峰值負(fù)荷過大，還是需要從傳統(tǒng)電網(wǎng)購電，即對(duì)電網(wǎng)存在一定的依賴性。當(dāng)進(jìn)行傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)時(shí)，需要考慮該部分負(fù)荷需求。在其他條件不變的前提下，對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴性越低，對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)的影響越小。因此，該指標(biāo)越小越好。選擇電網(wǎng)購電量、系統(tǒng)接入點(diǎn)量表示對(duì)電網(wǎng)的依賴性。

（2） 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性用系統(tǒng)的年總成本表示，主要由系統(tǒng)設(shè)備投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用組成。含光伏發(fā)電的綜合供能系統(tǒng)在前期投資較大，但后期運(yùn)營(yíng)過程中，消耗的成本很少。而傳統(tǒng)電網(wǎng)在建設(shè)過程中，前期投入較小，且全壽命周期較長(zhǎng)，但運(yùn)營(yíng)過程中需要消耗大量資金對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)。因此，是否構(gòu)建含光伏的綜合供能系統(tǒng)，從經(jīng)濟(jì)角度來說，應(yīng)該從全壽命周期的角度出發(fā)，評(píng)估系統(tǒng)的總費(fèi)用，且該指標(biāo)越小越好。選擇初始投資、投資回收期、年運(yùn)行費(fèi)用表示系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

（3） 環(huán)保性。分布式能源發(fā)電，能夠減少傳統(tǒng)能源的利用，從而減少污染氣體的排放。光伏系統(tǒng)每發(fā)一度電，可減少1 420 g二氧化碳。因此，該指標(biāo)越小越好。選擇二氧化碳排放量、氮氧化物排放量、硫氧化物排放量表示系統(tǒng)環(huán)保性。

（4） 分布式能源利用率。由光伏發(fā)電的特性可以看出，光伏發(fā)電具有時(shí)間性和即發(fā)即用的特點(diǎn)，因此配置合理容量的光伏，不僅能夠起到調(diào)峰的作用，還能夠優(yōu)化系統(tǒng)的投資。因此，該指標(biāo)越高越好，選擇光伏的滲透率來表示。

（5） 供電可靠性。由于光伏發(fā)電的間歇性和波動(dòng)性會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的供電可靠性。因此，該指標(biāo)越大越好，選擇供電可靠率來表示。

2 "模糊綜合評(píng)價(jià)模型

2.1 "評(píng)判模型

（1） 對(duì)象集確定?？紤]到分布式綜合供能系統(tǒng)的復(fù)雜性，在確定備擇的對(duì)象集為X，X={X1，X2，…，Xn}，代表了能夠滿足建筑物內(nèi)負(fù)荷需要的n種方案。

（2） 目標(biāo)因素集。將上述的評(píng)價(jià)目標(biāo)作為因素集，用U={U1，U2，U3，U4，U5}表示，分別代表了供電可靠性、分布式能源利用率、電網(wǎng)依賴性、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保性。

（3） 建立評(píng)價(jià)集。設(shè)V={V1，V2，V3，V4，V5}為此次評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)集，來表示各指標(biāo)因素對(duì)目標(biāo)對(duì)象是否重要。其中：V1表示很重要;V2表示較重要;V3表示一般重要;V4表示較不重要;V5表示不重要。

（4） 確定權(quán)重集。權(quán)重是指某因素對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象的重要程度（即權(quán)重），設(shè)U1，U2，U3，U4，U5的權(quán)重分別為A1，A2，A3，A4，A5，且滿足如下關(guān)系式：

[i=1nAi=1] （1）

則權(quán)重集A={A1，A2，A3，A4，A5}。

指標(biāo)權(quán)重是指標(biāo)在評(píng)價(jià)過程中不同重要程度的反映，是決策或評(píng)估問題中指標(biāo)相對(duì)重要程度的一種主觀評(píng)價(jià)和客觀反映的綜合度量。鑒于構(gòu)建的多指標(biāo)體系，本文采用最大熵技術(shù)法來確定各指標(biāo)的權(quán)重。根據(jù)信息論中信息熵的定義，一組數(shù)據(jù)的信息熵為：

[Ej=-ln（n）-1i=1npijlnpij] （2）

式中[pij=Yij/i=1nYi]。如果[pij=0]，則定義[limpn→0pijlnpij=0]。根據(jù)信息熵的計(jì)算公式，計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)的信息熵為E1，E2，…，Ek，通過信息熵計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重：

[Ai=1-Eik-Ei] （3）

2.2 "矩陣建立

（1） 綜合評(píng)價(jià)矩陣

設(shè)R為U和V的模糊關(guān)系矩陣，定義為：

[R=（rij）n×m] （4）

為使結(jié)果歸一化，令[rij]滿足：

[j=1mrij=1] （5）

式中[rij]為影響因素[Ui]在評(píng)價(jià)等級(jí)[Vj]上的隸屬度，即[rij]是表征[Ui]屬于[Vj]程度的數(shù)量指標(biāo)。

（2） 綜合評(píng)價(jià)測(cè)算

根據(jù)上述模型和指標(biāo)，得到運(yùn)算結(jié)果：[B=A?R=（A1，A2，…，An）?（rij）n×m=（B1，B2，…，Bm）] （6）

（3） 一致性檢驗(yàn)

為了保證得到的A1，A2，A3，A4，A5的正確性，需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。當(dāng)一致性指標(biāo)CIlt;0.1時(shí)，可以認(rèn)為判斷矩陣一致性成立，構(gòu)造的矩陣是合理的。

3 "算例分析

選擇為深圳市某建筑物構(gòu)建的分布式綜合供能系統(tǒng)方案為例，證明模糊綜合評(píng)價(jià)的應(yīng)用。該建筑物內(nèi)存在冷負(fù)荷和電負(fù)荷，并劃分為工作日、高峰日和休息日。其中工作日為周一至周五，高峰日為每月中負(fù)荷最高的3天，休息日為周六和周日。圖2列舉了工作日冷電負(fù)荷數(shù)據(jù)曲線。

lt;E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201502＼Image＼26t2.tifgt;

圖2 工作日電負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)曲線

該建筑物屬于商業(yè)用電，且變壓器容量在250 kWh以上，故采用深圳商業(yè)用電250 kWh以上的峰谷電價(jià)。

lt;E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201502＼Image＼26t3.tifgt;

圖3 工作日冷負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)曲線

表1 深圳市電價(jià)信息

另外，天然氣價(jià)格為3.7元/m3。

根據(jù)上述建筑物的峰谷負(fù)荷數(shù)據(jù)，以及當(dāng)?shù)氐碾妰r(jià)條件和具體工程施工角度考慮，可以確定三種方案，其中，方案1為光儲(chǔ)系統(tǒng)，利用蓄冰空調(diào)進(jìn)行制冷，即由蓄冰裝置、PV、蓄電池構(gòu)成;方案2為燃機(jī)系統(tǒng)，利用吸收式制冷機(jī)和蓄冰空調(diào)共同制冷，即由燃機(jī)、蓄電池、吸收式制冷機(jī)構(gòu)成;方案3為含光伏發(fā)電的綜合供能系統(tǒng)，包含燃機(jī)、吸收式制冷機(jī)、蓄冰、PV以及蓄電池。具體情況如表2所示。

表2 多方案系統(tǒng)構(gòu)成匯總

由此可以得到本次評(píng)價(jià)的目標(biāo)集X={X1，X2，X3}。

（1） 確定權(quán)重

考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性，且很多定性因素?zé)o法定量化，采用最大熵技術(shù)法確定指標(biāo)的權(quán)重。共有3個(gè)方案，5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣為：

[N=12317121212141313121161374612233121] （7）

根據(jù)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算式（7）可以算出各指標(biāo)的權(quán)重，故可以得到各指標(biāo)：供電可靠性A1，分布式能源利用率A2，電網(wǎng)依賴性A3，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性A4，環(huán)保性A5的權(quán)重分別為：0.13，0，09，0，06，0，49，0，23。

（2） 確定模糊矩陣

根據(jù)上述指標(biāo)集U={供電可靠性，分布式能源利用率，電網(wǎng)依賴性，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，環(huán)保性}以及評(píng)價(jià)集V={重要，不重要}可以構(gòu)建隸屬度。如表3所示。

表3 各方案的隸屬度

從表3的隸屬度數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建模糊矩陣，并進(jìn)行合成運(yùn)算：

[B1=A*R1=（0.13，0.09，0.06，0.49，0.23）· " " " " 0.30.60.1000.50.30.2000.10.20.50.200.60.40000.30.7000 " " "=0.45，0.47，0.06，0.01，0] （8）

[B2=A*R2=（0.13，0.09，0.06，0.49，0.23）· " " " " 0.60.30.10000001000.30.7000.10.40.5000.10.40.50 " " =0.08，0.11，0.32，0.4，0.09] （9）

[B3=A*R3=（0.13，0.09，0.06，0.49，0.23）· " " " " 0.30.60.1000.50.30.2000.10.20.50.200.60.40000.30.7000 " " =0.47，0.37，0.12，0.04，0.01] （10）

（3） 計(jì)算結(jié)果分析

從計(jì)算結(jié)果可以看出，方案3為最優(yōu)方案。其隸屬度均高于方案1和方案2，其次是方案1，方案2的隸屬度最低。這是由于光伏發(fā)電的加入，能夠節(jié)省峰時(shí)耗電，同時(shí)降低燃機(jī)的發(fā)電，降低了二氧化碳的排放和天然氣的消耗。該結(jié)果與DER?CAM軟件的仿真結(jié)果一致，表明該評(píng)價(jià)是合理的。

4 "結(jié) "語

本文利用模糊綜合評(píng)價(jià)的方法，考慮影響建設(shè)分布式綜合供能系統(tǒng)方案的多方面因素，從傳統(tǒng)電網(wǎng)和系統(tǒng)本身兩個(gè)方面，提出經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等多方面的評(píng)價(jià)目標(biāo)，結(jié)果表明，該評(píng)估體系具有一定的合理性，能夠?yàn)橥顿Y者和決策者提供依據(jù)。

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