基于AHP的海上風(fēng)電場(chǎng)選址方案研究

孫啟碩，劉三明，王致杰

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基于AHP的海上風(fēng)電場(chǎng)選址方案研究

孫啟碩，劉三明，王致杰

（上海電機(jī)學(xué)院 電氣學(xué)院，上海 201306）

隨著陸上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的穩(wěn)步有序發(fā)展，海上風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展也進(jìn)入了新的階段。影響海上風(fēng)電場(chǎng)選址的因素眾多，簡(jiǎn)單定性分析無(wú)法完成系統(tǒng)化定量評(píng)價(jià)，因此，采用AHP（層次分析法）進(jìn)行評(píng)價(jià)研究與決策，分析影響海上風(fēng)電場(chǎng)的各個(gè)因素，整理歸納，進(jìn)而確定海上風(fēng)電場(chǎng)選址的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；采取AHP建立對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)選址的評(píng)價(jià)模型；對(duì)相應(yīng)實(shí)例進(jìn)行量化分析和評(píng)價(jià)，驗(yàn)證該評(píng)價(jià)模型的有效性，而采用AHP有利于優(yōu)化選址決策。

層次分析法；海上風(fēng)電場(chǎng)；海洋風(fēng)資源；海洋環(huán)境

在對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)與利用不斷深入研究的背景下，海洋風(fēng)資源得到了更廣泛的關(guān)注，建立海上風(fēng)電場(chǎng)勢(shì)在必行[1-5]。在以往開(kāi)發(fā)海洋風(fēng)資源的過(guò)程中，海上風(fēng)電場(chǎng)帶來(lái)了諸如影響沿海地區(qū)后續(xù)各項(xiàng)海洋開(kāi)發(fā)活動(dòng)、與生態(tài)自然保護(hù)區(qū)重疊沖突等問(wèn)題，海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)等也與其所在的海洋環(huán)境密切相關(guān)[6-9]。這些問(wèn)題凸顯了海上風(fēng)電場(chǎng)選址的重要性，要求提出一種合理的評(píng)判方法進(jìn)行海上風(fēng)電場(chǎng)選址決策。本文采用的層次分析法是一種權(quán)重決策分析方法[10]，通過(guò)劃分因素層次、構(gòu)建判別矩陣、求權(quán)重向量并計(jì)算一致性3個(gè)環(huán)節(jié)[11]，實(shí)現(xiàn)對(duì)比、判斷、評(píng)價(jià)及決策，為最佳方案的選擇提供了更加科學(xué)、直觀的依據(jù)[12]。其決策關(guān)鍵在于將影響海上風(fēng)電場(chǎng)的各個(gè)因素層次化并以此確定各因素的權(quán)重。

1 確定海上風(fēng)電場(chǎng)選址評(píng)價(jià)指標(biāo)

海上風(fēng)電場(chǎng)具有風(fēng)力資源較為豐富、不占用土地資源與在空間上具有排他性等特點(diǎn)；而在選址方面既與陸上風(fēng)電場(chǎng)選址有相近之處，又因地處海洋而具有獨(dú)特的要求。分析影響海上風(fēng)電場(chǎng)選址的具體因素，以此構(gòu)建海上風(fēng)電場(chǎng)選址評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。對(duì)于具體海上風(fēng)電場(chǎng)工程的選址情況，構(gòu)建海上風(fēng)電場(chǎng)選址適合度評(píng)判集{非常適合，比較適合，一般，比較不適合，非常不適合}，并分別賦值得海上風(fēng)電場(chǎng)選址適合度向量（100，50，0，－50，－100）。

2 建立海上風(fēng)電場(chǎng)選址評(píng)價(jià)模型

2.1 確定各指標(biāo)權(quán)重

為了確定各個(gè)指標(biāo)對(duì)于系統(tǒng)評(píng)定過(guò)程中所對(duì)應(yīng)的重要程度，邀請(qǐng)相關(guān)專(zhuān)家對(duì)各指標(biāo)元素之間按重要性由1～9賦值，相應(yīng)倒數(shù)表示“如果選取的兩指標(biāo)相比，前者較后者為以上整數(shù)，則后者較前者為其倒數(shù)”。

由此得目標(biāo)層-準(zhǔn)則層判別矩陣與4個(gè)指標(biāo)層間判別矩陣，如表2、表3、表4、表5和表6所示。

表1海上風(fēng)電場(chǎng)選址評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目標(biāo)層準(zhǔn)則層（一級(jí)指標(biāo)）因素層（二級(jí)指標(biāo)） 海上風(fēng)電場(chǎng)選址A規(guī)劃海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模B1風(fēng)機(jī)數(shù)量C11 風(fēng)電場(chǎng)總?cè)萘緾12 計(jì)劃占地面積C13 經(jīng)濟(jì)性因素B2風(fēng)能資源C21 并網(wǎng)條件C22 城市發(fā)展C23 建設(shè)條件C24 規(guī)?；疌25 排他性因素B3生態(tài)環(huán)境C31 通信電纜等C32 航船航線C33 其他因素C34 環(huán)境因素B4地質(zhì)條件C41 水文條件C42 災(zāi)害可能性C43

表2判別矩陣-

AB1B2B3B4 B111/91/81/6 B29123 B381/212 B461/31/21

表3判別矩陣-

B1C11C12C13 C1111/32 C12314 C131/21/41

表4判別矩陣-

B2C21C22C23C24C25 C2115417 C221/511/31/52 C231/4311/42 C2415417 C251/71/21/21/71

表5判別矩陣-

B3C31C32C33C34 C3111/41/51/7 C32411/21/3 C335211/2 C347321

表6判別矩陣-

B4C41C42C43 C4111/21/5 C42211/3 C43531

當(dāng)矩陣階數(shù)為3，4，5時(shí)，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)分別取值為0.52，0.89，1.12[13]，如果一致性指標(biāo)與平均隨機(jī)一致性指標(biāo)比值小于0.1，則滿足一致性，近似權(quán)向量可以應(yīng)用于綜合評(píng)價(jià)；如果不滿足一致性，則需要專(zhuān)家重新賦值評(píng)分指標(biāo)重要性，修正判別矩陣，使其滿足一致性。

2.2 綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)層次分析法，先對(duì)每一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行綜合，可得每一級(jí)所對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重向量，分別為=（0.039 4，0.484 3，0.298 0，0.178 3）；1=（0.238 5，0.625 0，0.136 5）；2=（0.379 3，0.070 6，0.121 3，0.379 3，0.049 5）；3=（0.055 7，0.173 2，0.285 1，0.486 0）；4=（0.122 0，0.229 7，0.648 3）。

計(jì)算得一致性比值分別為0.024 9，0.017 5，0.027 9，0.017 0，0.003 5，均符合相應(yīng)的一致性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 建立海上風(fēng)電場(chǎng)選址評(píng)價(jià)矩陣

為了檢驗(yàn)海上風(fēng)電場(chǎng)選址評(píng)價(jià)模型的有效性，選取坐標(biāo)約為N21°42′，E112°04′的廣東川山群島沿岸海區(qū)一海域進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，相關(guān)情況概況如下。

規(guī)劃總裝機(jī)容量80 MW，單機(jī)容量2.5/3 MW，裝機(jī)臺(tái)數(shù)30臺(tái)[14]，用海面積約為315 hm2。年平均風(fēng)能密度充足?？拷?yáng)江市，有利于滿足該市對(duì)于電能的需求，同時(shí)有利于地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。該選址避開(kāi)航線密集珠江口外沿岸海區(qū)，航線相對(duì)較少，避開(kāi)了水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域與當(dāng)?shù)貪O船的捕撈區(qū)域，減小了風(fēng)電場(chǎng)對(duì)當(dāng)?shù)貪O業(yè)的影響。該海域平緩堅(jiān)實(shí)的巖層，不存在嚴(yán)重淤積現(xiàn)象，對(duì)建設(shè)條件需求較低。由離岸距離推測(cè)得需要鋪設(shè)的海底電纜長(zhǎng)度約為16 km。該海域夏季偶有臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)，歷史上無(wú)其他嚴(yán)重自然災(zāi)害的發(fā)生。

由多位專(zhuān)家對(duì)14項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)得到的評(píng)估結(jié)果明確各指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)，進(jìn)而完成歸一化處理，并建立廣東川山群島沿岸海區(qū)一海域海上風(fēng)電場(chǎng)指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣，如表7所示。

表7廣東川山群島沿岸海區(qū)一海域海上風(fēng)電場(chǎng)指標(biāo)評(píng)價(jià)表

一級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)wiw 非常適合比較適合一般比較不適合非常不適合 B1C110.830.170000.238 50.039 4 C120.670.330000.625 0 C130.170.660.17000.136 5 B2C210.830.170000.379 30.484 3 C220.500.330.17000.070 6 C230.670.330000.121 3 C240.330.500.17000.379 3 C250.170.330.50000.049 5 B3C3100.330.500.1700.055 70.298 0 C320.500.330.17000.173 2 C330.170.500.33000.2851 C3400.500.50000.486 0 B4C410.500.330.17000.122 00.178 3 C420.330.500.17000.229 7 C43000.330.500.170.648 3

2.4 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

由表7中的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)該海域建設(shè)海洋風(fēng)電站的適合度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)將適合度評(píng)價(jià)等級(jí)和對(duì)應(yīng)的每一個(gè)指標(biāo)層內(nèi)權(quán)重向量及目標(biāo)層與準(zhǔn)則層間權(quán)重向量耦合，可得多級(jí)綜合評(píng)價(jià)權(quán)重向量=（0.363 5，0.340 0，0.216 3， 0.060 6，0.019 7）。該海域建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)適合度數(shù)值=×（100，50，0，－50，－100）=48.350 0.該數(shù)值在5個(gè)適合度等級(jí)中靠近較為適合的等級(jí)，說(shuō)明該海域僅較為適合建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)。工程中應(yīng)用本方法對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行選址時(shí)，可對(duì)多個(gè)備選方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，選取最合適的方案。

3 結(jié)論

層次分析法有條理、有層次地從定性與定量2個(gè)方面對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)選址方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。在對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)選址方案評(píng)價(jià)上，層次分析法的應(yīng)用可以有效地綜合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)與各因素影響，為海上風(fēng)電場(chǎng)的選址提供了更加直觀的數(shù)據(jù)依據(jù)，同時(shí)，也具有相應(yīng)的操作性和適用性，提高了海上風(fēng)電場(chǎng)選址決策的可靠性。

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2095－6835（2018）23－0088－02

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.088

孫啟碩（1994—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電與電力電子技術(shù)。

〔編輯：張思楠〕