基于層次分析法分析我國(guó)棄風(fēng)限電現(xiàn)象的主要原因及對(duì)策

王振宇

一、研究背景和意義

目前，由于環(huán)境的不斷惡化和化石資源的日益枯竭，清潔能源在如今的科技發(fā)展中起到了越來(lái)越關(guān)鍵的作用，大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)具有前景的選擇。風(fēng)力發(fā)電是指把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)為電能的過程。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電①。風(fēng)電具有清潔，可再生并且含量大的特點(diǎn)，可以減小火力發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染，減小化石資源開發(fā)及利用。在我國(guó)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要裝備在北部地區(qū)等風(fēng)能資源豐富的地區(qū)，風(fēng)機(jī)以1.5MW、2MW的機(jī)型為主，占全國(guó)80%以上的新增裝機(jī)容量②。

目前，我國(guó)已經(jīng)成為全球風(fēng)力發(fā)電規(guī)模最大、增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)。然而，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)，依然面臨著很嚴(yán)重的問題，我國(guó)風(fēng)力資源豐富地區(qū)遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，需要遠(yuǎn)距離輸電，但由于電網(wǎng)落后造成資源的大量浪費(fèi)。我國(guó)風(fēng)電機(jī)的容量較低，造成了風(fēng)力資源和土地資源的浪費(fèi)。我國(guó)大部分風(fēng)機(jī)制造商通過購(gòu)買國(guó)外的核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，核心技術(shù)缺乏、關(guān)鍵設(shè)備及材料依賴進(jìn)口問題比較突出。風(fēng)力發(fā)電本身非常具有發(fā)展前景，然而由于我國(guó)沒能找到合理方法，導(dǎo)致其發(fā)展滯后，棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，使風(fēng)力發(fā)電并沒有被我們很好的利用。因此本文期望能夠建立科學(xué)的數(shù)學(xué)模型，幫助我國(guó)尋找出適合我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的方案。本文采用層次分析法，分析最適合我國(guó)解決棄風(fēng)問題的合理政策。在層次結(jié)構(gòu)模型中，以科技發(fā)展、市場(chǎng)結(jié)構(gòu)、節(jié)能環(huán)保、政府補(bǔ)貼為準(zhǔn)則層，以德國(guó)、美國(guó)、西班牙和丹麥的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)為方案層，來(lái)評(píng)價(jià)哪些策略最適合解決我國(guó)的棄風(fēng)問題，從而為解決我國(guó)棄風(fēng)問題提建議，為促進(jìn)我國(guó)風(fēng)電發(fā)展提供新的方案。

二、我國(guó)棄風(fēng)限電現(xiàn)象背后的幾大原因

我國(guó)目前棄風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，2017年棄風(fēng)電量295.5億千瓦時(shí)，我國(guó)棄風(fēng)比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出典型國(guó)家的3%以下的棄風(fēng)限電率。從所遇到的實(shí)際問題分析，其主要原因如下：

三、風(fēng)電技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)

本文借鑒風(fēng)電大國(guó)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，選擇德國(guó)、美國(guó)、西班牙和丹麥這四個(gè)國(guó)家。其發(fā)展經(jīng)驗(yàn)各具特色，具有參考價(jià)值，有助于本文分析。其具體內(nèi)容如下：

圖1 層次結(jié)構(gòu)模型

四、基于層次分析法綜合分析我國(guó)風(fēng)電發(fā)展重點(diǎn)方向

1.建立層次結(jié)構(gòu)模型

以解決我國(guó)風(fēng)電棄風(fēng)限電問題為目標(biāo)層A1，以科技發(fā)展C1、市場(chǎng)結(jié)構(gòu)C2、節(jié)能環(huán)保C3、政府補(bǔ)貼C4、為準(zhǔn)則層，以德國(guó)經(jīng)驗(yàn)P1、美國(guó)經(jīng)驗(yàn)P2、西班牙經(jīng)驗(yàn)P3、丹麥經(jīng)驗(yàn)P4為方案層。層次結(jié)構(gòu)分析，如圖1所示。

2.構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣

目標(biāo)層與準(zhǔn)則層的判斷矩陣為：

準(zhǔn)則層與方案層之間的判斷矩陣為：

3.特征根法計(jì)算權(quán)重

求判斷矩陣的最大特征根λmax及其對(duì)應(yīng)的特征向量ω，將歸一化后的特征向量作為排序權(quán)重向量：

4.模型檢驗(yàn)

在構(gòu)造比較矩陣時(shí)，只要求比較矩陣滿足一定的一致性，即可以允許比較矩陣存在一定程度的不一致性，所以要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，得到四階RI=0.9。計(jì)算衡量對(duì)比矩陣不一致程度的指標(biāo)CI如下所示，其中λ為矩陣的最大特征值：

從而，計(jì)算一致性比率：

上述一致性比率CR均小于0.1，可以判斷矩陣具有滿意的一致性，即證明模型是合理的，結(jié)果具有可信度。

5.計(jì)算各層元素對(duì)目標(biāo)層的總排序權(quán)重

計(jì)算結(jié)果定性和定量相結(jié)合地比較了四個(gè)國(guó)家的風(fēng)電發(fā)展經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國(guó)解決棄風(fēng)問題的有效性。在解決我國(guó)棄風(fēng)問題的經(jīng)驗(yàn)中，德國(guó)經(jīng)驗(yàn)的權(quán)值為0.204、美國(guó)經(jīng)驗(yàn)的權(quán)值為0.232、西班牙經(jīng)驗(yàn)的權(quán)值為0.211、丹麥經(jīng)驗(yàn)的權(quán)值為0.354。其中丹麥的權(quán)值最高，方案最有效。德國(guó)，美國(guó)，西班牙的權(quán)值相差不大。所以在提建議時(shí)，丹麥的經(jīng)驗(yàn)最有借鑒意義，其余三個(gè)國(guó)家可作為參考。

五、基于分析結(jié)果對(duì)于我國(guó)棄風(fēng)限電問題提出改進(jìn)建議

通過層次分析法，我們可以看出哪些方法適合我國(guó)風(fēng)電的發(fā)展。因此，本節(jié)基于上一節(jié)得出的結(jié)論，提出有助于解決我國(guó)棄風(fēng)問題的建議。

（1）大力發(fā)展相關(guān)科學(xué)技術(shù)，加大對(duì)科技研發(fā)方面的投資，培養(yǎng)風(fēng)電方面的人才。增強(qiáng)我國(guó)風(fēng)電機(jī)組的水平，增強(qiáng)風(fēng)電機(jī)的容量，更加高效的利用風(fēng)電，增強(qiáng)土地的利用率、增強(qiáng)在并網(wǎng)和調(diào)峰等方面的技術(shù)，從此減少在風(fēng)電運(yùn)輸時(shí)所產(chǎn)生的資源浪費(fèi)，這樣可以在根源處提高對(duì)風(fēng)電的利用，減少棄風(fēng)問題。

（2）應(yīng)該加大發(fā)展海上風(fēng)電。我國(guó)沿海地區(qū)風(fēng)力資源較為豐富，適合發(fā)展風(fēng)力發(fā)電。海上風(fēng)電可以減少我國(guó)陸地資源的使用?？梢允刮覈?guó)沿海發(fā)達(dá)地區(qū)使用海上風(fēng)電，從而減少對(duì)內(nèi)陸地區(qū)風(fēng)電的依賴，減小風(fēng)電的運(yùn)輸距離，減小資源虧損。

（3）我國(guó)政府應(yīng)加大對(duì)風(fēng)電市場(chǎng)的干預(yù)，調(diào)節(jié)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)。要增強(qiáng)對(duì)風(fēng)電的利用，鼓勵(lì)企業(yè)使用風(fēng)電，減少使用火電。政府為使用風(fēng)電的企業(yè)加以補(bǔ)助，從而避免我國(guó)風(fēng)電的大量浪費(fèi)。我國(guó)還應(yīng)讓風(fēng)電企業(yè)放緩裝機(jī)速度，提高風(fēng)電質(zhì)量，使其更加高效地被利用。減小我國(guó)風(fēng)電供大于求的現(xiàn)狀。

（4）我國(guó)應(yīng)制定合理的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，并且為不同的風(fēng)電企業(yè)制定不同的目標(biāo)，并給予按時(shí)完成目標(biāo)的企業(yè)以獎(jiǎng)勵(lì)。這樣可以促進(jìn)企業(yè)發(fā)展風(fēng)電的積極性，使我國(guó)風(fēng)電行業(yè)產(chǎn)生良好的風(fēng)氣。

本章在推動(dòng)科技發(fā)展加大教育投資、實(shí)行海上風(fēng)電、政府干預(yù)調(diào)節(jié)風(fēng)電市場(chǎng)、制定合理發(fā)展目標(biāo)四個(gè)方面為我國(guó)解決棄風(fēng)問題提供了針對(duì)性建議，希望為我國(guó)解決棄風(fēng)問題和我國(guó)風(fēng)電的發(fā)展提供新的思路，推動(dòng)我國(guó)風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展。

六、總結(jié)

本文首先介紹我國(guó)風(fēng)能利用的基本情況，具體敘述了風(fēng)力發(fā)電的原理及其優(yōu)點(diǎn)、我國(guó)的風(fēng)力資源分布、技術(shù)及其市場(chǎng)結(jié)構(gòu)以及我國(guó)風(fēng)電的大致問題，從而分析了我國(guó)棄風(fēng)的具體表現(xiàn)在技術(shù)、資源、市場(chǎng)結(jié)構(gòu)以及政策方面的原因。文章調(diào)研德國(guó)、美國(guó)、西班牙、丹麥的風(fēng)電發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，從而使用層次分析法分析哪些政策最適合于我國(guó)風(fēng)電的發(fā)展，減少我國(guó)的棄風(fēng)問題。最后為解決我國(guó)的問題提出合理的建議，包括推動(dòng)我國(guó)科技發(fā)展加大教育投資、實(shí)行海上風(fēng)電、政府干預(yù)調(diào)節(jié)我國(guó)的風(fēng)電市場(chǎng)、制定發(fā)展目標(biāo)。本文所提出的建議具有合理性和針對(duì)性，希望為我國(guó)解決棄風(fēng)問題和我國(guó)風(fēng)電的發(fā)展提供新的思路。

本文采用層次分析法綜合考慮科技發(fā)展，市場(chǎng)結(jié)構(gòu)，節(jié)能環(huán)保，政府補(bǔ)貼四個(gè)準(zhǔn)則，定量分析每個(gè)因素對(duì)方案的影響程度，從而制定出適合我國(guó)解決棄風(fēng)問題的方案，定性研究和定量計(jì)算相結(jié)合，使結(jié)論更具說(shuō)服力。

引文

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