李小龍

【摘? 要】論文基于國(guó)家中心城市的特點(diǎn)，構(gòu)建了國(guó)家中心城市智慧能源建設(shè)評(píng)價(jià)體系，利用層次分析法定量地分析符合國(guó)家中心城市智慧能源建設(shè)的指標(biāo)，得到能源安全、能源質(zhì)量、能源綜合能耗、能源信息交互、能源用戶體驗(yàn)和能源綜合效益6個(gè)一級(jí)指標(biāo)和對(duì)應(yīng)劃分的12個(gè)二級(jí)指標(biāo)，為我國(guó)國(guó)家中心城市的智慧能源建設(shè)提供參考。

【Abstract】Based on the characteristics of national central cities， this paper constructs the evaluation system of smart energy construction in national central cities， and quantitatively analyzes the indicators in line with the smart energy construction of national central cities by using analytic hierarchy process， and obtains six first-level indicators of energy security， energy quality， comprehensive energy consumption， energy information interaction， energy user experience and energy comprehensive benefit， and 12 second-level indicators corresponding to the division， providing reference for the construction of smart energy in China's national central cities.

【關(guān)鍵詞】智慧能源;AHP;國(guó)家中心城市

【Keywords】smart energy; AHP; national central city

【中圖分類號(hào)】F299.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）12-0116-04

1 引言

國(guó)家中心城市是指居于國(guó)家戰(zhàn)略要津、肩負(fù)國(guó)家使命、引領(lǐng)區(qū)域發(fā)展、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、代表國(guó)家形象的現(xiàn)代化大都市。國(guó)家中心城市作為全國(guó)城鎮(zhèn)體系的核心城市，集中了經(jīng)濟(jì)中心、信息資源、服務(wù)管理等各個(gè)關(guān)鍵性職能，在經(jīng)濟(jì)、金融、管理、文化、交通、生活等方面都代表著城市發(fā)展程度的綜合競(jìng)爭(zhēng)力水平，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增長(zhǎng)極。然而，城市的快速集中發(fā)展，導(dǎo)致城市能源的消耗極速加快。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)城市能耗的占比超過(guò)70%，預(yù)計(jì)在2030年將達(dá)到80%以上。這種狀況會(huì)帶來(lái)能源供應(yīng)不足、能源浪費(fèi)嚴(yán)重、能源供應(yīng)安全等一系列問(wèn)題。因此，尋求一個(gè)既能發(fā)展城市，又能合理高效利用能源的和諧發(fā)展之路就顯得尤為重要。

2 國(guó)家中心城市發(fā)展分析

在經(jīng)濟(jì)全球化深度發(fā)展到一定階段，便產(chǎn)生了國(guó)家中心城市，即在國(guó)家城鎮(zhèn)體系中具有“頂級(jí)核心性”和區(qū)域內(nèi)的“引領(lǐng)輻射性”特點(diǎn)的城市。國(guó)家中心城市在我國(guó)城鎮(zhèn)體系中位于核心地位，不僅是我國(guó)的金融、管理、貿(mào)易、交通樞紐和文化中心，也是我國(guó)對(duì)外開(kāi)放和進(jìn)行國(guó)內(nèi)外文化交流的門戶。國(guó)家中心城市的建設(shè)離不開(kāi)能源，同時(shí)也為能源的應(yīng)用提供基礎(chǔ)。在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)大力發(fā)展的條件下，國(guó)家中心城市的建設(shè)也可以獲得更有力的支撐。因此，積極發(fā)展智慧能源建設(shè)，是國(guó)家中心城市建設(shè)與發(fā)展的必經(jīng)之路。

3 基于AHP的智慧能源建設(shè)評(píng)價(jià)體系

智慧能源建設(shè)評(píng)價(jià)體系是以智慧能源為目標(biāo)，通過(guò)體系化的指標(biāo)對(duì)城市能源進(jìn)行管理。通過(guò)分析城市能源建設(shè)的現(xiàn)狀，指導(dǎo)城市能源的發(fā)展，為國(guó)家中心城市的管理者提供決策方案和依據(jù)。智慧能源評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià)對(duì)象為國(guó)家中心城市的智慧能源發(fā)展程度，并對(duì)不同國(guó)家中心城市的智慧能源建設(shè)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1指標(biāo)選取

①系統(tǒng)性原則：指標(biāo)體系要能反映充分的信息量，若干相互獨(dú)立的指標(biāo)構(gòu)成完整的評(píng)價(jià)體系。

②可比性原則：評(píng)價(jià)體系中的每一個(gè)指標(biāo)需要把握智慧能源不同區(qū)域、不同發(fā)展階段的信息。

③可加性原則：所有指標(biāo)需要量化。

基于以上原則得出國(guó)家中心城市的智慧能源建設(shè)評(píng)價(jià)體系主要集中在能源安全、能源質(zhì)量、能源綜合能耗、能源信息交互、能源用戶體驗(yàn)、能源綜合效益通過(guò)一級(jí)指標(biāo)可以劃分出二級(jí)指標(biāo)，有利于更有效地量化國(guó)家中心城市的智慧能源建設(shè)情況。具體指標(biāo)如表1所示。

3.2 AHP分析法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱 AHP）是對(duì)一些較為復(fù)雜、較為模糊的問(wèn)題作出決策的簡(jiǎn)易方法，它特別適用于那些難于完全定量分析的問(wèn)題。它是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T. L. Saaty教授于20世紀(jì)70年代初期提出的一種簡(jiǎn)便、靈活而又實(shí)用的多準(zhǔn)則決策方法。

層次分析法主要步驟：

第一步：建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型。

將決策的目標(biāo)、考慮的因素（決策準(zhǔn)則）和決策對(duì)象按它們之間的相互關(guān)系分為最高層、中間層和最低層，繪出層次結(jié)構(gòu)圖。最高層是指決策的目的、要解決的問(wèn)題。最低層是指決策時(shí)的備選方案。中間層是指考慮的因素、決策的準(zhǔn)則。對(duì)于相鄰的兩層，稱高層為目標(biāo)層，低層為因素層。

第二步：構(gòu)造出各層次中的所有判斷矩陣。

在確定各層次各因素之間的權(quán)重時(shí)，如果只是定性的結(jié)果，則常常不容易被別人接受，因而Saaty等人提出一致矩陣法，即不把所有因素放在一起比較，而是兩兩相互比較，對(duì)此時(shí)采用相對(duì)尺度，以盡可能減少性質(zhì)不同的諸因素相互比較的困難，以提高準(zhǔn)確度。如對(duì)某一準(zhǔn)則，對(duì)其下的各方案進(jìn)行兩兩對(duì)比，并按其重要性程度評(píng)定等級(jí)。

第三步：層次單排序及一致性檢驗(yàn)。

對(duì)應(yīng)于判斷矩陣最大特征根的特征向量，經(jīng)歸一化（使向量中各元素之和等于1）的元素為同一層次因素對(duì)于上一層次因素某因素相對(duì)重要性的排序權(quán)值，這一過(guò)程稱為層次單排序。能否確認(rèn)層次單排序，則需要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。定義一致性指標(biāo)為：

CI=0，有完全的一致性;CI接近于0，有滿意的一致性;CI越大，不一致越嚴(yán)重。

其中，隨機(jī)一致性指標(biāo)RI和判斷矩陣的階數(shù)有關(guān)，一般情況下，矩陣階數(shù)越大，則出現(xiàn)一致性隨機(jī)偏離的可能性也越大，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。

考慮到一致性的偏離可能是由于隨機(jī)原因造成的，因此在檢驗(yàn)判斷矩陣是否具有滿意的一致性時(shí)，還需將CI和隨機(jī)一致性指標(biāo)RI進(jìn)行比較，得出檢驗(yàn)系數(shù)CR，公式如下：

第四步：層次總排序及一致性檢驗(yàn)。

3.3 指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

智慧能源建設(shè)評(píng)價(jià)體系是一個(gè)龐大的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，它由許多評(píng)價(jià)要素構(gòu)成，并且是一個(gè)協(xié)同高效的評(píng)價(jià)體系。根據(jù)國(guó)家中心城市的特點(diǎn)以及智慧能源建設(shè)的目標(biāo)，設(shè)計(jì)出針對(duì)國(guó)家中心城市的智慧能源建設(shè)的評(píng)價(jià)體系。

本指標(biāo)體系從能源安全、能源質(zhì)量、能源綜合能耗、能源信息交互、能源用戶體驗(yàn)、能源綜合效益6個(gè)方面作為一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，如圖1所示。

3.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)的內(nèi)涵

3.4.1 能源安全

能源安全問(wèn)題是包括能源供應(yīng)安全、需求安全、價(jià)格安全和使用安全在內(nèi)的綜合性風(fēng)險(xiǎn)與威脅。對(duì)于城市能源安全而言，必須重視能源安全系統(tǒng)，保證能源生產(chǎn)安全、傳輸安全、使用安全，實(shí)現(xiàn)能源安全的智慧化管理。

3.4.2 能源質(zhì)量

能源質(zhì)量包括所利用能源的類型和所供應(yīng)能源的品質(zhì)。在構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效的能源體系政策要求下，盡可能選用可再生能源是必須的要求。此外，用戶側(cè)對(duì)于能源供應(yīng)的參數(shù)、質(zhì)量等穩(wěn)定性也是智慧能源體系的基本要求。

3.4.3 能源綜合能耗

能源綜合能耗包含整個(gè)能源供應(yīng)系統(tǒng)的多能互補(bǔ)綜合效率和各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行能耗。通過(guò)對(duì)各能源生產(chǎn)和消費(fèi)環(huán)節(jié)的智能化監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，可以有效提高能源系統(tǒng)的運(yùn)行效率，對(duì)于提高能源利用率、實(shí)現(xiàn)低碳生活具有重要意義。

3.4.4 能源信息交互

能源信息交互包括能源信息的發(fā)布系統(tǒng)和能源使用互動(dòng)系統(tǒng)。通過(guò)友好的交互模式，連接生產(chǎn)側(cè)和消費(fèi)側(cè)，提供能源負(fù)荷情況發(fā)布以及能源使用指導(dǎo)建議。

3.4.5 能源用戶體驗(yàn)

用戶對(duì)能源使用的滿意度包括安全性、質(zhì)量、成本、便捷度等方面。用戶對(duì)環(huán)境質(zhì)量的滿意度指用戶對(duì)城市環(huán)境污染治理和監(jiān)控，以及突發(fā)事件等方面的信息化監(jiān)控滿意程度。

3.4.6 能源綜合效益

能源綜合效益包含經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。經(jīng)濟(jì)效益主要有總投入、總收入、招商引資影響、企業(yè)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)等。社會(huì)效益主要有帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展程度、增加就業(yè)情況等。

4 AHP求解過(guò)程

為了確保數(shù)據(jù)結(jié)果的可靠性，通過(guò)向智慧能源領(lǐng)域的專家和相關(guān)人員投放調(diào)研問(wèn)卷，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，得到準(zhǔn)則層和指標(biāo)層判斷矩陣，并利用Python軟件計(jì)算出各判斷矩陣的最大特征值和特征向量。

以下對(duì)能源安全、能源質(zhì)量、能源綜合能耗、能源信息交互、能源用戶體驗(yàn)、能源綜合效益進(jìn)行兩兩比較得到判斷矩陣，如表4所示。

得到判斷矩陣后，利用Python軟件進(jìn)行矩陣計(jì)算，得到判斷矩陣的最大特征值λmax=6.1235和最大特征向量W=（0.173，0.453，0.33，0.1143，0.253，0.123）。為了避免人為因素帶來(lái)的主觀性和片面性，對(duì)構(gòu)成的判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

CI=（λmax-n）/（n-1）=（6.1235-6）/（6-1）=0.0247

判斷矩陣的維度為6，基于平均隨機(jī)一致性指標(biāo)查詢表，得到RI=1.24，因此得到CR=CI/RI=0.0199<0.1，因此判斷矩陣一致性檢驗(yàn)通過(guò)，為有效矩陣。同理，構(gòu)建二級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣并計(jì)算相應(yīng)的權(quán)重，均通過(guò)了一致性檢驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

從表3可以看出，一級(jí)指標(biāo)的排序?yàn)椋耗茉促|(zhì)量0.453，能源綜合能耗0.33，能源用戶體驗(yàn)0.253，能源安全0.173，能源綜合效益0.123，能源信息交互0.1143。由此可以看出，在對(duì)智慧能源建設(shè)評(píng)價(jià)時(shí)，能源質(zhì)量權(quán)重排在第一位，表明在國(guó)家中心城市的建設(shè)中，最重要的支撐是能源質(zhì)量，積極選用綠色的可再生能源，確保用戶的能源使用穩(wěn)定性，對(duì)于提升國(guó)家中心城市人民生活的幸福指數(shù)具有重要影響。

二級(jí)權(quán)重排在前3位的是能源互補(bǔ)供應(yīng)0.1556，用戶對(duì)能源使用的滿意度0.1125和能源類型0.056。這表明在城市智慧能源建設(shè)過(guò)程中，高效的多能互補(bǔ)能源供應(yīng)系統(tǒng)，安全、經(jīng)濟(jì)、便捷的能源使用體驗(yàn)，以及清潔綠色的可再生能源比重是城市智慧能源建設(shè)需要重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建立針對(duì)國(guó)家中心城市的智慧能源建設(shè)評(píng)價(jià)體系模型，對(duì)城市的智慧能源建設(shè)水平進(jìn)行評(píng)定，一方面，能夠?yàn)槌鞘泄芾碚咛峁┰敿?xì)的數(shù)據(jù)支撐，輔助其重新認(rèn)識(shí)智慧能源建設(shè)的力度和方向，相應(yīng)調(diào)整政策導(dǎo)向;另一方面，通過(guò)智慧能源對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的影響分析與量化，以數(shù)據(jù)化的指標(biāo)展示智慧能源給城市發(fā)展和城市居民生活帶來(lái)的切身利益，提高城市形象和城市居民對(duì)智慧能源建設(shè)的熱情與支持力度。

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