面向低碳的海上風(fēng)電可持續(xù)性評價研究

中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計院有限公司 徐秋磊

在《巴黎協(xié)定》的框架之下，作為全球碳排放量最多的國家，中國提出2030年的單位GDP 碳排放要比2005年下降60%～65%，非化石能源占比要提升到20%左右。為了加快清潔能源大規(guī)模開發(fā)和高效利用，中國提出到2030年清潔能源發(fā)電裝機占比達(dá)到59%，發(fā)電量占比達(dá)到48%。

憑借海風(fēng)資源的穩(wěn)定性、發(fā)電功率大和環(huán)境影響小的特點，海上風(fēng)電近年來正在作為核心電源來推動未來全球低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。截至2019年底全球已投運海上風(fēng)電場共146個、累計裝機容量27.2GW，2020年全球海上風(fēng)電總?cè)萘砍^35吉瓦，在過去5年中增長106%。據(jù)統(tǒng)計，一個裝機100MW、年利用小時數(shù)2000h 的風(fēng)電場一年可大約節(jié)約煤炭15.22萬t，大約減少碳排放30.44萬t。因此，貫徹落實國家的低碳發(fā)展戰(zhàn)略部署，發(fā)展可再生能源、特別是海上風(fēng)電，加快實施低碳建設(shè)與發(fā)展，是實現(xiàn)清潔高效可持續(xù)目標(biāo)的重要途徑。

現(xiàn)有的海上風(fēng)電評價研究主要聚焦于單一的經(jīng)濟(jì)性、可靠性等單一目標(biāo)。比如在經(jīng)濟(jì)性方面，文獻(xiàn)[1]采用控制單一變量法，研究上網(wǎng)電價、發(fā)電量、建設(shè)周期等因素對風(fēng)電項目整體經(jīng)濟(jì)效益的影響。在可靠性方面，文獻(xiàn)[2]通過度電成本分析建立成本-效益模型，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備的可靠性、可利用率決定了海上風(fēng)電的運維成本和度電成本的水平。文獻(xiàn)[3]分析了海上風(fēng)電的運維系統(tǒng)開發(fā)需求和可靠性特點，最后提出了對海上風(fēng)電運維管理系統(tǒng)的開發(fā)建議。

參考以上文獻(xiàn)，本文結(jié)合海上風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，對面向低碳的海上風(fēng)電可持續(xù)性評價展開研究。從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、環(huán)保性和安全性四個方面入手，建立合理的海上風(fēng)電可持續(xù)性評價體系。同時創(chuàng)新性的提出了基于G2法-CRITIC法的混合交叉賦權(quán)方法。最后采用貼近度代替原物元可拓中的隸屬度函數(shù)，其評價結(jié)果更具合理性與真實性。

1 海上風(fēng)電可持續(xù)性評價指標(biāo)體系及模型

首先，與陸上風(fēng)電相比海上風(fēng)電的運維成本較高，同時海上風(fēng)電的施工時間要根據(jù)海況、潮位等確定；其次，海上風(fēng)電所處的環(huán)境是強風(fēng)、高鹽、高濕環(huán)境，風(fēng)電的設(shè)計、選材等都需充分考慮其可靠性；然后，隨著風(fēng)電布局逐步向中東部和南方地區(qū)轉(zhuǎn)移，海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)的環(huán)保問題日益重要；最后，根據(jù)最新報告顯示，2019年全球海上風(fēng)電行業(yè)共發(fā)生252起“高風(fēng)險事故”和62起人身傷害事故，數(shù)量大幅上升?；谝陨细鞣N因素，海上風(fēng)電必須均衡發(fā)展，本文從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、環(huán)保性和安全性出發(fā)，分別選取具有代表性的海上風(fēng)電可持續(xù)性評價指標(biāo)如下：經(jīng)濟(jì)性（A）。單位度電成本A1，財務(wù)凈現(xiàn)值A(chǔ)2，投資回收期A3；可靠性（B）。風(fēng)電機組年平均可利用率B1，海上風(fēng)電群體參與度B2，能量可利用率B3；環(huán)保性（C）。綜合能耗率C1，約束煤炭資源消耗量C2，減少溫室氣體排放量C3；安全性（D）。海上風(fēng)電機組適應(yīng)性D1，海上風(fēng)電技術(shù)成熟度D2，平均無故障運行時間D3。

基于G2法-CRITIC 法的混合交叉賦權(quán)方法。為避免G2法或CRITIC 法單獨確定權(quán)重?zé)o法反映實際數(shù)據(jù)客觀信息或決策者主觀意圖的弊端，本文通過評價指標(biāo)包含的信息量確定指標(biāo)間的重要程度之比代替G2法中的專家主觀判斷，創(chuàng)新性的提出了基于G2法-CRITIC 法的混合交叉賦權(quán)方法。

改進(jìn)物元可拓綜合評價模型。物元可拓理論通過建立經(jīng)典域、節(jié)域和評價等級，根據(jù)指標(biāo)的實際數(shù)據(jù)來確定評價對象的等級[4]。原物元可拓模型采用隸屬度函數(shù)，但在評價過程中可能丟失大量信息，導(dǎo)致一些評價結(jié)果與實際不符。本文采用貼近度代替隸屬度函數(shù)，分析各指標(biāo)對工程建設(shè)的集化程度。第k個指標(biāo)在第t 個等級下的貼近度計算公式如下：

2 案例研究

本文結(jié)合J 省現(xiàn)有的S 海上風(fēng)電案例背景利用本文建立的評價指標(biāo)體系和評價模型進(jìn)行實證研究，并就評價結(jié)果進(jìn)行簡要的分析。

S 海上風(fēng)電可持續(xù)性評價指標(biāo)數(shù)據(jù)收集。向海上風(fēng)電運行單位收集S 項目可持續(xù)性評價指標(biāo)數(shù)據(jù)，由相關(guān)領(lǐng)域根據(jù)項目經(jīng)驗將收集到的評價指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行打分，其指標(biāo)、指標(biāo)數(shù)據(jù)及歸一化結(jié)果為：A1，1.12元/kWh，0.71；A2，12.37億元，0.87 ；A3，10.5年，0.68 ；B1，99.25%，0.88 ；B2，92.43%，0.82；B3，97.84%，0.91；C1，0.14噸 標(biāo) 煤/萬 元，0.59；C2，1425.34億t，0.74；C3，3746.85億t，0.77；D1，84分，0.84；D2，86分，0.86；D3，3726h，0.93。

S 海上風(fēng)電可持續(xù)性評價指標(biāo)權(quán)重計算。經(jīng)過10位有經(jīng)驗的相關(guān)專家集中討論，最終確定海上風(fēng)電可持續(xù)性評價中最不重要的一個指標(biāo)：能量可利用率B3。研究引入15個已建設(shè)投運的類似項目案例的相關(guān)數(shù)據(jù)，獲得第k 個指標(biāo)的信息量進(jìn)行計算（表1），根據(jù)指標(biāo)信息量可得到第k 個指標(biāo)的混合交叉權(quán)重wk（表2），可看出對海上風(fēng)電可持續(xù)性影響最大的指標(biāo)是海上風(fēng)電群體參與度，權(quán)重為0.1977，因為全社會只有充分了解海上風(fēng)電才會使得項目可持續(xù)。由于本文研究的是面向低碳的海上風(fēng)電可持續(xù)性評價，所以海上風(fēng)電的環(huán)保性指標(biāo)也占有很大的比重，環(huán)保性指標(biāo)權(quán)重總和為0.1965。

表1 S 項目可持續(xù)性各指標(biāo)信息量

表2 S 項目可持續(xù)性評價各指標(biāo)的權(quán)重

S 海上風(fēng)電可持續(xù)性評價指標(biāo)等級確定。將海上風(fēng)電的可持續(xù)性評價等級劃分為5個不同的層次：差N1、較差N2、一般N3、較好N4、好N5。經(jīng)過10位有經(jīng)驗的海上風(fēng)電運行管理人員和海上風(fēng)電相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗判斷，獲得海上風(fēng)電可持續(xù)性評價的經(jīng)典域Rt。采用公式（1）計算第k 個指標(biāo)在第t 個等級下的貼近度，結(jié)果如表3。結(jié)合已計算的指標(biāo)權(quán)重結(jié)果和公式計算該項目可持續(xù)性評價等級的綜合貼近度為式2～6。因為K4(p0)=max{Kt(p0)}，表明該項目可持續(xù)性對應(yīng)的評價等級為“較好”。本文評價指標(biāo)體系和評價模型的建立為即將建設(shè)的海上風(fēng)電的投資決策提供了參考。

表3 第k 個指標(biāo)在第t 個等級下的貼近度

綜上，憑借海風(fēng)資源的穩(wěn)定性、發(fā)電功率大和環(huán)境影響小的特點，海上風(fēng)電正在推動未來全球低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本文在這樣的背景下對面向低碳的海上風(fēng)電可持續(xù)性評價與分析進(jìn)行了研究，主要結(jié)論如下：結(jié)合項目特點，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、環(huán)保性和安全性建立海上風(fēng)電可持續(xù)性評價體系；從權(quán)重結(jié)果可看出，對海上風(fēng)電可持續(xù)性影響最大的指標(biāo)是海上風(fēng)電目群體參與度和財務(wù)凈現(xiàn)值，環(huán)保性指標(biāo)也占有很大的比重；采用貼近度代替原物元可拓評價模型的隸屬度函數(shù)，使得評價結(jié)果更具合理性，同時也為即將建設(shè)的海上風(fēng)電的投資決策提供了參考。