光伏充電站環(huán)境效益綜合評價(jià)

谷秀 趙志勇 李捍東

摘要：運(yùn)用模糊綜合評價(jià)法對光伏充電站的環(huán)境效益進(jìn)行綜合評價(jià)。通過構(gòu)造區(qū)間互補(bǔ)判斷矩陣等步驟計(jì)算模糊評價(jià)矩陣，并進(jìn)行歸一化計(jì)算，最后對照評語集得到評價(jià)結(jié)果。實(shí)證分析北京市鐵路貨場改造成為綠色物流配送中心及電動(dòng)汽車充電站，用層次分析法確定4個(gè)方面（生態(tài)環(huán)境效益、環(huán)境質(zhì)量效益、能源環(huán)境效益、社會環(huán)境效益）12項(xiàng)指標(biāo)（增加土地利用率，促進(jìn)資源開發(fā)利用，推動(dòng)植被保護(hù)；減少CO2 排放，減少NOx排放，減少PM排放；促進(jìn)新能源替代，降低車輛能耗成本，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整；改善居民生活水平，增加環(huán)保公眾意識，減少征地拆遷矛盾），綜合評價(jià)結(jié)果顯示環(huán)境效益很好，評價(jià)結(jié)果為光伏充電站行業(yè)的健康發(fā)展，環(huán)境保護(hù)防治等方面提供一定依據(jù)。

關(guān)鍵詞：模糊綜合評價(jià)法；光伏充電站；環(huán)境效益

中圖分類號：X820.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2016）04-0032-07

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2016.04.007

Abstract：：This thesis makes an environmental impact integrated assessment of PV-Based electric vehicle charging stations by means of fuzzy comprehensive assessment method. It first calculates fuzzy evaluation matrix with the procedure of constructing interval complementary judgment matrix； then， conducts normalization； and last， gets the result of environmental impact assessment by reference to remark set. This thesis empirically analyzes the transformation of Beijing railway freight yard into electric charging station and green logistics distribution center， and confirms four aspects including eco-environmental impact， environmental quality impact， energy environmental impact and social environmental impact， and twelve indexes by analytic hierarchy process. The twelve indexes contains raising land utilization rate， promoting the development and utilization of resources， promoting vegetation conservation； reducing carbon dioxide emission， reducing nitric oxide emission， reducing particulate matter emission； promoting new energy substitution， lowering the energy consumption of the vehicle， promoting the adjustment of energy structure； and improving peoples living standards， increasing the public environmental awareness， alleviating the conflict of land expropriation and housing demolition. The integrated assessment result shows that the environmental effect is positive， which provides a basis for PV-Based electric vehicle charging stations industrys healthy development along with environmental protection and pollution prevention.

Keywords：PV-based EV charging station；Fuzzycom prehensive assessment method；Environmental benefit

前言

根據(jù)世界國際鐵路聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，運(yùn)輸業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳排放量占全球總排放的23%[1]，世界各個(gè)國家都制定了相關(guān)法律措施來限制污染物的排放。汽車被譽(yù)為“改變世界的機(jī)器”，在帶來快捷交通的同時(shí)產(chǎn)生了能源安全、環(huán)境污染等一系列問題[2，3]。我國在這兩年雖然取得了一定的減排成果，但是按照“到2020年單位GDP的二氧化碳排放量減少 40%—45%”[4]的目標(biāo)，距離還很遠(yuǎn)。發(fā)達(dá)國家通過研究開發(fā)電動(dòng)汽車來解決能源和環(huán)境問題，在各方面給予大力支持[5-8]。在能源和環(huán)保的壓力下，發(fā)展清潔、環(huán)保產(chǎn)業(yè)已迫在眉睫。因此，在這樣的大背景下產(chǎn)生的電動(dòng)汽車，其發(fā)展備受市場關(guān)注[9]。

各國政策大力推廣電動(dòng)汽車，其中不可忽視的環(huán)節(jié)就是充電系統(tǒng)的建設(shè)，而利用太陽能充電不僅節(jié)約了能源，還能減少污染物的排放。太陽能作為可再生資源，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的清潔能源，其特點(diǎn)是無處不在[10，11]。通過采用太陽能建設(shè)發(fā)電系統(tǒng)，達(dá)到使用電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的[12]。Richard Lowenthal 表示：“太陽能和電動(dòng)車是注定一對天生的伙伴，利用太陽能來為電動(dòng)車充電是最環(huán)保最好的解決方案 [13]?！标P(guān)于光伏充電站的建設(shè)在國外已經(jīng)有一些成功案例和相關(guān)研究[14，15，16，17，18]。美國研究在各地住宅和商業(yè)建筑屋頂上安裝光伏系統(tǒng)的減排潛力，計(jì)算每個(gè)光伏系統(tǒng)在減排二氧化硫，氮氧化物 ，二氧化碳方面的貢獻(xiàn)[19]。我國對于太陽能光伏發(fā)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和問題也有想當(dāng)研究[20，21，22]，光伏充電站已在我國襄樊建設(shè)，并在東莞、上海等地投入了使用[12]，其環(huán)境效益正在評價(jià)。建設(shè)光伏充電站不僅有利于電動(dòng)汽車市場的發(fā)展，并且有利于提高群眾健康生活指數(shù)。

結(jié)合國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，當(dāng)前電動(dòng)汽車和光伏利用已被進(jìn)行了廣泛的研究，然而對光伏充電站的建設(shè)及其環(huán)境效益的綜合評價(jià)研究尚不多見。本文將基于以往相關(guān)研究在總結(jié)和創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地提出光伏充電站環(huán)境效益綜合評價(jià)指標(biāo)體系，并通過案例進(jìn)行環(huán)境效益的綜合評價(jià)，以期為環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供些許依據(jù)。

1 研究方法

1.1 方法介紹

光伏充電站環(huán)境效益綜合評價(jià)以模糊層次分析法（Fuzzy AHP） [23-25]為基礎(chǔ)，通過確定評價(jià)對象的指標(biāo)體系、因素集和評價(jià)集，獲得模糊評價(jià)矩陣；將模糊評價(jià)矩陣與因素權(quán)集進(jìn)行歸一化運(yùn)算，得到模糊評價(jià)結(jié)果。綜合評價(jià)具有一定的主觀性，因此，在進(jìn)行綜合效益評價(jià)時(shí)，須以客觀性為基礎(chǔ)，保證評價(jià)結(jié)果的有效性。

1.2 構(gòu)建綜合效益評價(jià)模型

1.2.1 區(qū)間數(shù)的引入

由于專家認(rèn)識信息的模糊性，文章引入?yún)^(qū)間數(shù)[26]，是對模糊綜合評價(jià)法的一種改進(jìn)[27]，因?yàn)楣夥潆娬镜沫h(huán)境效益作為評價(jià)對象，具有一定的模糊性，為了使評價(jià)結(jié)果更具真實(shí)性，引入[0，1]區(qū)間數(shù)表示這種模糊性。

1.2.2 光伏充電站環(huán)境效益綜合評價(jià)模型的構(gòu)建

1.2.2.1 因素集的確定

記第一層因素集為，第二層因素集為，單個(gè)指標(biāo)的等級評定設(shè)S個(gè)等級，記評語集為。

1.2.2.2 權(quán)重向量的確定

第一，根據(jù)指標(biāo)劃分，專家采用0.1-0.9九標(biāo)度法[28]對指標(biāo)兩兩比較，確定區(qū)間數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣Q。0.1-0.9度標(biāo)如表1所示。

……………………………………（1）

……………………………（2）

式中，——互補(bǔ)判斷矩陣；

——以區(qū)間數(shù)形式表示互補(bǔ)判斷矩陣中第i行第j列個(gè)元素；第i個(gè)因素相比第j個(gè)因素的重要程度；

——區(qū)間數(shù)左端點(diǎn)數(shù)；——區(qū)間數(shù)右端點(diǎn)數(shù)；

需滿足：+=+=1…………………（3）

第二，計(jì)算互補(bǔ)判斷矩陣的行和并做歸一化，求出其區(qū)間數(shù)權(quán)重向量：

…………………………（4）

……………………………………（5）

式中，——以區(qū)間數(shù)形式表示的權(quán)重向量的第i個(gè)分量；

——以區(qū)間數(shù)形式表示的的左端點(diǎn)數(shù)；

——以區(qū)間數(shù)形式表示的的右端點(diǎn)數(shù)；

第三，對所有的區(qū)間數(shù)進(jìn)行兩兩比較，并利用公式（7）建立可能度矩陣：

……………………………………（6）

………………………………………………（7）

式中，P——可能度矩陣；

——可能度矩陣第i行第j列個(gè)元素；

——的長度，；

——的長度，；

第四，將矩陣P的行和歸一化求出權(quán)重向量：

………………………（8）

………………………………（9）

式中——以實(shí)數(shù)形式表示的的第個(gè)分量。

1.2.2.3 確定單項(xiàng)指標(biāo)對評語集的隸屬度，得到評判矩陣

…………………………………（10）

式中Ri，——評判矩陣；

——評判矩陣中第i行第j列個(gè)元素；

需滿足 …………………………（11）

1.2.2.4 環(huán)境效益的綜合評價(jià)

將第二層評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重矩陣與單因素評價(jià)矩陣相乘，得到總模糊綜合評判矩陣。將總模糊綜合評判矩陣與第一層因素集的權(quán)重作合成運(yùn)算 ，做歸一化處理，得到模糊綜合評價(jià)結(jié)果，根據(jù)最大隸屬度原則，得到光伏充電站環(huán)境效益綜合評價(jià)的結(jié)果。

2 示范評價(jià)

2.1 項(xiàng)目簡介

項(xiàng)目將北京市門頭溝區(qū)三家店鐵路貨運(yùn)站改造為電動(dòng)車綠色物流配送及配套電動(dòng)車充電中心，依托北京地區(qū)鐵路現(xiàn)有貨場所處地理?xiàng)l件，以鐵路貨場屋頂作為光伏充電來源，建設(shè)光伏充電樁。項(xiàng)目提出了“光伏+儲能+充電樁”的光伏儲能充電站模式，將電動(dòng)汽車與光伏發(fā)電相結(jié)合，電動(dòng)汽車在作為負(fù)載的同時(shí)，也相當(dāng)于是一種儲能裝置，配以部分儲能蓄電池來實(shí)現(xiàn)削峰填谷，構(gòu)成智能微網(wǎng)系統(tǒng)，為北京市多種形式電動(dòng)車充電配套設(shè)施建設(shè)提供實(shí)踐。通過使用電動(dòng)貨車代替?zhèn)鹘y(tǒng)貨車以及建設(shè)光伏充電設(shè)施，并形成規(guī)?；痉痘?，解決電動(dòng)車充電樁不足的問題，通過雙電動(dòng)力[29]的結(jié)合，減少進(jìn)京大貨車的數(shù)量。

2.2 綜合效益評價(jià)

2.2.1 構(gòu)建綜合評價(jià)模型

綜合評價(jià)中最重要的一步是構(gòu)建科學(xué)、合理的綜合評價(jià)指標(biāo)體系。光伏充電站屬于綠色產(chǎn)業(yè)，能帶來廣泛的環(huán)境效益。根據(jù)光伏充電站實(shí)際情況進(jìn)行環(huán)境效益的分析界定，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建環(huán)境效益綜合評價(jià)指標(biāo)體系。本文提出光伏充電站項(xiàng)目環(huán)境效益包括四個(gè)方面，即生態(tài)環(huán)境效益、環(huán)境質(zhì)量效益、能源環(huán)境效益和社會環(huán)境效益。

光伏充電站的生態(tài)環(huán)境效益主要表現(xiàn)在增加土地利用率、促進(jìn)資源開發(fā)利用和推動(dòng)植被保護(hù)三個(gè)方面；環(huán)境質(zhì)量效益是光伏充電站代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車后，所能減少的典型污染物排放量，包括溫室氣體二氧化碳，氮氧化物和顆粒物；能源環(huán)境效益是指由光伏充電樁技術(shù)帶來的太陽能新能源，包括促進(jìn)新能源替代、降低車輛能耗成本和促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整；社會環(huán)境效益主要表現(xiàn)在改善居民生活水平、增加公眾環(huán)保意識和減少征地拆遷矛盾三個(gè)方面。

本文構(gòu)建了光伏充電站環(huán)境效益綜合評價(jià)指標(biāo)體系，共包括三層：第一層為目標(biāo)層，評估光伏充電站環(huán)境效益的綜合等級；第二層為要素層，包含生態(tài)環(huán)境效益、環(huán)境質(zhì)量效益、能源環(huán)境效益和社會環(huán)境效益四個(gè)要素；第三層為指標(biāo)層，共包含12個(gè)二級指標(biāo)，如圖1所示。

2.2.2 確定因素集和評語集

由上文可知，評價(jià)對象為光伏充電站的綜合環(huán)境效益，因素集分為兩層：

（1）第一層因素集為={ 生態(tài)環(huán)境效益，環(huán)境質(zhì)量效益，能源環(huán)境效益，社會環(huán)境效益}，

（2）第二層因素集，包括四個(gè)方面，分別為：

{ 增加土地利用率，促進(jìn)資源開發(fā)利用，促進(jìn)植被保護(hù)}；

{ 減少CO2排放，減少 NOx排放，減少PM排放}；{促進(jìn)新能源替代，降低車輛能耗成本，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整}；{增加公眾環(huán)保意識，改善居民生活水平，減少征地拆遷矛盾}；

評語集{很好，較好，一般，較差，很差}。

2.2.3 確定權(quán)重集

根據(jù)指標(biāo)劃分，專家采用0.1-0.9九標(biāo)度法對指標(biāo)進(jìn)行兩兩對比，給出下面區(qū)間數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣B1（生態(tài)環(huán)境效益）、B2（環(huán)境質(zhì)量效益）、B3（能源環(huán)境效益）、B4（社會環(huán)境效益）為：

利用（4）、（5）式計(jì)算區(qū)間互補(bǔ)判斷矩陣B的行和并歸一化，求出矩陣B的區(qū)間數(shù)權(quán)重向量（生態(tài)環(huán)境效益）、（環(huán)境質(zhì)量效益）、（能源環(huán)境效益）、（社會環(huán)境效益）為：

對所有的區(qū)間數(shù)進(jìn)行兩兩比較，利用公式（6）、（7），建立可能度矩陣（生態(tài)環(huán)境效益）、（環(huán)境質(zhì)量效益）、（能源環(huán)境效益）、（社會環(huán)境效益）為：

通過可能度矩陣P的行和歸一化，求出權(quán)重向量（生態(tài)環(huán)境效益）、（環(huán)境質(zhì)量效益）、（能源環(huán)境效益）、（社會環(huán)境效益）為：

2.2.4 確定總模糊評判矩陣

基于光伏充電站環(huán)境效益的因素集及評語集，根據(jù)專家打分，得出光伏充電站環(huán)境效益模糊綜合評判矩陣Ri，如表2所示。

作一級模糊綜合評價(jià)，得到總模糊評判矩陣，即：

2.2.5 綜合評價(jià)結(jié)論

作二級模糊綜合評價(jià)，取一級指標(biāo)權(quán)重為=（0.2，0.3，0.3，0.2），通過計(jì)算=o并將歸一化，得出最后的評價(jià)結(jié)果為：C=（0.29，0.23，0.20，0.19，0.10）。

根據(jù)最大隸屬度原則，光伏充電站的環(huán)境效益綜合評價(jià)等級為最高級“很好”，即光伏充電站的綜合環(huán)境效益十分可觀。

3 結(jié)論

應(yīng)用模糊綜合法對鐵路貨場光伏充電站的環(huán)境效益進(jìn)行綜合評價(jià)，評價(jià)過程包括確定因素集和評語集、確定權(quán)重集、確定總模糊評判矩陣和多層次模糊綜合評價(jià)四個(gè)步驟。評價(jià)結(jié)果顯示鐵路貨場光伏充電站的綜合效益等級為最高級“很好”，說明鐵路貨場光伏充電站的環(huán)境效益可觀。希望本文的研究成果能夠?yàn)楸本┦心酥寥珖鞯毓夥潆娬镜陌l(fā)展提供借鑒意義。

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收稿日期：2016-05-18

作者簡介：谷秀（1983-），女，碩士，主要從事化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)評估與環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)研究.