基于AHP-熵權(quán)法的輸變電工程低碳評價(jià)體系及方案優(yōu)選

趙淑媛，辛誠，陳衡，姜雪，于澤邦，王碩，張若辰

(1. 華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，北京 102206；2. 國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，北京 102209；3. 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110015)

隨著碳達(dá)峰、碳中和相關(guān)工作的不斷推進(jìn)，新型電力系統(tǒng)建設(shè)投資持續(xù)增加，低碳經(jīng)濟(jì)已成為輸變電工程發(fā)展的必然趨勢[1]。2021年3月1日，國家電網(wǎng)有限公司發(fā)布《國家電網(wǎng)有限公司“碳達(dá)峰、碳中和”行動(dòng)方案》，指出要加快構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，全面實(shí)施電網(wǎng)低碳管理，加強(qiáng)電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)運(yùn)行、運(yùn)維檢修各環(huán)節(jié)綠色低碳技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)全過程環(huán)境保護(hù)。這意味著在未來一段時(shí)間，圍繞輸變電工程全過程建設(shè)中各類減碳措施及資源的應(yīng)用與投入將不斷攀升[2]。因此，探究輸變電過程中各環(huán)節(jié)碳減排潛力并對各項(xiàng)碳減排技術(shù)進(jìn)行成本-效益研究十分重要。

對此，部分專家就適用于輸變電工程的減碳技術(shù)展開研究。包忠強(qiáng)等人通過在規(guī)劃目標(biāo)中引入碳排放量因子來量化配電網(wǎng)運(yùn)行所產(chǎn)生的碳排放，并將新建配電變壓器、新建配電饋線與新建分布式風(fēng)電機(jī)組作為待選的方案措施，提出一種新的計(jì)及碳減排的多目標(biāo)配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃模型；但并未量化具體減碳技術(shù)對于配電網(wǎng)減碳效益的影響程度，且研究對象為中低壓配電網(wǎng)，并非電壓等級較高的輸變電工程[3]。Tao Yuechuan等提出基于碳減排平均成本的數(shù)學(xué)模型，采用基于碳排放流的方法幫助電轉(zhuǎn)氣站選擇施工場地和容量，可以更經(jīng)濟(jì)有效地達(dá)到減排目標(biāo)；但其方案優(yōu)選僅涉及施工場地及電站容量的選擇，未對站內(nèi)具體電氣設(shè)備選型提出建議[4]。Yan Lu等提出一種分解-整合一體化成本預(yù)測模型，構(gòu)建了分解-整合輸變電工程成本預(yù)測模型，以克服當(dāng)前成本預(yù)測模型的不足，但局限在于并未充分探究輸變電工程在環(huán)境方面的影響[5]。Chau等運(yùn)用工程項(xiàng)目全生命周期節(jié)能量評價(jià)法、工程項(xiàng)目全生命周期碳排放量分析法，評價(jià)建筑工程項(xiàng)目對其所在環(huán)境的影響，研究成果對于實(shí)際工程具有一定的指導(dǎo)作用；研究側(cè)重于通用建筑群體的減碳路徑，并未涉及輸變電工程相關(guān)電氣設(shè)備等[6]。

諸如上述，盡管大多數(shù)研究涉及建筑節(jié)能減碳方案以及電網(wǎng)工程碳排放足跡、各環(huán)節(jié)減碳潛力等，但仍局限于通用建筑碳排放測算以及配電網(wǎng)電氣設(shè)備減碳節(jié)能效益評估，少有將輸變電工程作為研究對象，同時(shí)探討其中變電站建筑、電氣設(shè)備、電力輸送線路的綜合減碳成本-效益以及各項(xiàng)指標(biāo)的影響程度。由此可見，當(dāng)前針對適應(yīng)于輸變電工程的減碳技術(shù)成本-效益綜合評價(jià)體系尚不完善，亟需從工程整體建設(shè)的維度構(gòu)建考慮全壽命周期成本與減碳價(jià)值的評估框架和指標(biāo)體系，支撐輸變電工程減碳建設(shè)的方案優(yōu)選。為此，本文從變電站建筑、電氣設(shè)備、電力輸送線路3個(gè)方面建立輸變電工程減碳技術(shù)的評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)與熵權(quán)法(entropy weight method，EWM)確定各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，其后對權(quán)重最高的指標(biāo)進(jìn)行敏感性分析，進(jìn)而建立相對完善的指標(biāo)評價(jià)體系，并基于110 kV與220 kV輸變電工程案例驗(yàn)證指標(biāo)體系的可靠性?；谒⒃u價(jià)體系提出8種輸變電工程減碳改造方案，并在典型案例中計(jì)算各項(xiàng)方案的成本及效益，最終得出適用于輸變電工程的最優(yōu)減碳方案，為企業(yè)投資決策提供理論支撐。

1 減碳技術(shù)評價(jià)指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果及相關(guān)專家所給建議，建立輸變電工程成本-效益評價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 輸變電工程減碳技術(shù)評價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Carbon reduction technology evaluation index system for power transmission and transformation project

圖1中：A層為評價(jià)體系目標(biāo)層，表示研究對象；B層為評價(jià)體系準(zhǔn)則層，表示適用于輸變電工程的各項(xiàng)減碳技術(shù)；C層為評價(jià)體系指標(biāo)層，表示各項(xiàng)減碳技術(shù)對應(yīng)的主要成本-效益評價(jià)指標(biāo)。

1.2 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

1.2.1 AHP

AHP由美國運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)教授Saaty于20世紀(jì)70年代提出[7]，用于目標(biāo)問題影響因素的權(quán)重分析及方案優(yōu)選，其計(jì)算流程如圖2所示[8]。

AHP計(jì)算步驟如下：

a)建立層次結(jié)構(gòu)模型。首先將問題主體劃分為3個(gè)層次——目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。在實(shí)際應(yīng)用中，模型不一定局限于該3個(gè)層次，而是可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行劃分，本文設(shè)定目標(biāo)層、準(zhǔn)則層及指標(biāo)層。

b)構(gòu)建判斷矩陣。判斷矩陣可邀請多位具備高度專業(yè)知識及經(jīng)驗(yàn)的專家打分，從而定量描述定性問題[9]。判斷矩陣C為n×n矩陣，其中n為子目標(biāo)個(gè)數(shù)，構(gòu)造矩陣C來比較不同元素間重要程度的大小，其定義式為

(1)

專家評審有6種方法：單主題專家評審方法、多主題專家評審方法、交叉專家評審方法、Delphi專家評審方法、專家借鑒法、多指標(biāo)權(quán)重法。通過比較6種評估方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并分析本文評估對象的特點(diǎn)和需求，最終選定不受制于個(gè)體專家主觀因素影響并得到多數(shù)認(rèn)可的Delphi專家評審方法，其操作步驟如下：

①選定評估主題；②選定多名具備相關(guān)專業(yè)知識及經(jīng)驗(yàn)的專家；③安排評估時(shí)間，要求每位專家對評估對象進(jìn)行評估，收集評估結(jié)果；④向每位專家反饋歸集后的評估結(jié)果，專家依次完善自己的評估結(jié)論；⑤停止反饋，統(tǒng)計(jì)結(jié)果并做出最終判斷。

判斷矩陣的確定方法如下：

①定義比較尺度。為了填充判斷矩陣的元素，需要定義1個(gè)比較尺度，用于量化2個(gè)準(zhǔn)則或方案之間的相對重要性。一般使用1～9的刻度，例如1表示兩者相等重要，3表示前者略微重要于后者，5表示前者中等程度重要于后者，9表示前者極其重要于后者。矩陣中每個(gè)元素Aij表示元素i與元素j之間的重要性比較，其值為1～9之間的整數(shù)，含義見表1。

表1 級標(biāo)度法與含義Tab.1 Level scale method and meanings

②完成比較矩陣。根據(jù)對比較尺度的理解和判斷，填寫判斷矩陣中的元素，確保對稱性即對角線上的元素值為1。

c)計(jì)算判斷矩陣最大特征值，計(jì)算公式如下：

ω=(W1，W2，W3，…，Wn)T.

(2)

式中：λmax為判斷矩陣最大特征值；ω為判斷矩陣的特征向量；(Cω)i為矩陣Cω中的元素。

d)一致性檢驗(yàn)。在完成上述步驟后，需對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，以排除判斷矩陣的內(nèi)部打分矛盾[10]。一致性指標(biāo)βCI和一致性比例βCR的計(jì)算分別見式(3)、式(4)。其中，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)βRI的取值范圍見表2，當(dāng)βCR<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣一致性檢驗(yàn)通過。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)Tab.2 Average random consistency index

(3)

(4)

1.2.2 EWM

EWM是一種常用的多指標(biāo)客觀決策方法[6]，其基本原理是通過計(jì)算各屬性的信息熵和信息熵權(quán)來確定各屬性的重要性，可以在不需要主觀判斷的情況下，通過數(shù)據(jù)本身的特征來確定各指標(biāo)權(quán)重[11]。EWM計(jì)算步驟[12]如下。

步驟1，計(jì)算每個(gè)元素的歸一化矩陣r，即將每個(gè)元素的數(shù)據(jù)除以該指標(biāo)下所有數(shù)據(jù)的和：

(5)

步驟2，計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量ωij，即將每個(gè)元素的歸一化矩陣按列求平均：

(6)

步驟3，對每個(gè)指標(biāo)的歸一化矩陣按列求和，然后計(jì)算每個(gè)元素的信息熵：

(7)

步驟4，計(jì)算每個(gè)元素的信息熵權(quán)重：

(8)

步驟5，計(jì)算最終權(quán)重向量W，即將每個(gè)指標(biāo)的信息熵權(quán)重與其權(quán)重向量相乘，并將結(jié)果按列求和：

(9)

AHP與EWM各有優(yōu)劣勢，本文通過建立線性組合的方式進(jìn)行組合權(quán)重確定，即使用AHP計(jì)算出各項(xiàng)權(quán)重之后，采用EWM對指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理及權(quán)重修正。組合權(quán)重的計(jì)算方法如下：

(10)

式中：wi為第i個(gè)元素的組合權(quán)重；w′i為第i個(gè)元素的客觀權(quán)重；w″i為第i個(gè)元素的熵權(quán)，i=1，2，3，…，n。

2 輸變電工程減碳技術(shù)全生命周期成本效益分析

2.1 減碳技術(shù)成本分析

2.1.1 被動(dòng)式建筑

傳統(tǒng)建筑主要通過消耗一次能源進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)，為人類提供適宜的生活環(huán)境。而被動(dòng)式建筑注重建筑的性能化設(shè)計(jì)，充分考慮區(qū)域氣候條件，優(yōu)化建筑布局、朝向和體形系數(shù)，合理組合被動(dòng)式技術(shù)手段來降低建筑物的能量需求，從而達(dá)到節(jié)能減碳的目的[13]。相比于傳統(tǒng)建筑，被動(dòng)式建筑具有超低能耗、零能耗甚至負(fù)能耗的建筑目標(biāo)，以及高質(zhì)量的室內(nèi)環(huán)境等特點(diǎn)，在減碳節(jié)能方向有著很大的發(fā)展?jié)摿14]。其增量成本由前期增量成本和被動(dòng)式技術(shù)增量成本2部分構(gòu)成。

CLCC，S=C1+C2=CCO+CCE+CSE+CSW+CSM.

(11)

式(11)中：CLCC，S為被動(dòng)式建筑全生命周期成本；C1、C2為前期增量成本與技術(shù)增量成本；CCO為咨詢成本；CCE為認(rèn)證成本；CSE為節(jié)能成本；CSW為節(jié)水成本；CSM為節(jié)材成本。

2.1.2 低碳節(jié)能型建筑材料

輸變電工程的建筑材料(如鋼筋、水泥、混凝土等)在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量碳排放，采用碳捕集技術(shù)對碳排放進(jìn)行捕集是大趨所勢[15]。文獻(xiàn)[16]以某水泥廠為例，采用化學(xué)吸收法燃燒后碳捕集技術(shù)，對現(xiàn)有的熟料生產(chǎn)線(日生產(chǎn)量5 000 t)進(jìn)行改造，其初期投資增量成本核算結(jié)果見表3。

表3 初期投資增量成本核算Tab.3 Initial investment incremental costs

2.1.3 節(jié)能導(dǎo)線

近幾年，我國線纜行業(yè)發(fā)展迅速，相繼出現(xiàn)多種新型導(dǎo)線，有效達(dá)到了節(jié)能減碳效果[17]。采用節(jié)能導(dǎo)線的全壽命周期成本CLCC，L的計(jì)算方法如下：

CLCC，L=CLCON+CLO+CLM+CLD.

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

式(12)—(17)中：CLCON為節(jié)能型導(dǎo)線的建設(shè)成本，萬元；CLO為節(jié)能型導(dǎo)線的運(yùn)行成本，萬元；CLM為新型導(dǎo)線的維修成本，萬元；CLD為導(dǎo)線報(bào)廢處理成本，萬元；u為線路；CLu為每條線路的建設(shè)成本；D1為所有線路集合；τmax為最大負(fù)荷損耗時(shí)間，s；CPE為上網(wǎng)電價(jià)，元/kWh；N為壽命周期時(shí)間，年；ΔALu為典型日配電網(wǎng)最大負(fù)荷時(shí)第u條改造線路有功損耗，kW；ΔPu為各線路有功損耗最大值，kW；L為線路長度，m；CL為新型導(dǎo)線的建設(shè)成本之和，元；NL為線路壽命周期，年。

2.1.4 新型變壓器

變壓器作為輸配電的重要設(shè)備，在輸變電工程減碳改造中具有十分重要的作用[18]。隨著科技的發(fā)展，新型變壓器的應(yīng)用將推進(jìn)輸變電工程更加高效、低碳運(yùn)行[19]。其全壽命周期成本CLCC，T計(jì)算如下：

CLCC，T=CTCON+CTO+CTM+CTD.

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(1+f)-13+1.2Mm(1+f)-11+1.44Mm×

(1+f)-6+Mmh[(1+f)-7+(1+f)-12]}.

(23)

CTD=-5%CTCON.

(24)

式(18)—(24)中：CTCON為新型配電變壓器的建設(shè)成本；CTO為新型配電變壓器的設(shè)備運(yùn)行成本；CTM為新型配電變壓器的設(shè)備維修成本；CTD為新型配電變壓器的設(shè)備報(bào)廢處理成本；CTf為每臺新型變壓器的建設(shè)成本；D2為所有變壓器集和；ΔATC、ΔATF分別為典型日各配電變壓器的可變損耗和不變損耗；NT為新型變壓器壽命周期；Poi為各配電變壓器型號的空載損耗；Pkf為各個(gè)配電變壓器型號的負(fù)載損耗；f為變壓器序號；Mm為第1階段檢修維護(hù)成本；Mmh為大修的維修成。

2.1.5 新型無功補(bǔ)償設(shè)備

無功補(bǔ)償設(shè)備在電力供電系統(tǒng)中起著提高電網(wǎng)功率因數(shù)和供電效率的作用[20]，是電力系統(tǒng)不可或缺的設(shè)備。合理選擇無功功率補(bǔ)償裝置，可以最大限度地減少網(wǎng)絡(luò)損耗，提高電網(wǎng)質(zhì)量，改善供電環(huán)境，間接減低輸變電線路碳排放[21]。具體計(jì)算公式如下：

CLCC，Q=CQCON+CQD.

(25)

(26)

CQD=-5%CQ.

(27)

式(25)—(27)中：CLCC，Q為新型無功補(bǔ)償設(shè)備的全生命周期成本；CQCON為新型無功補(bǔ)償裝置的建設(shè)成本；CQD為新型無功補(bǔ)償裝置的報(bào)廢處理成本；D3為所有新型無功補(bǔ)償裝置設(shè)備的集合；CQs為每臺新型無功補(bǔ)償設(shè)備的建設(shè)成本；CQ為新型無功補(bǔ)償裝置建設(shè)成本之和。

2.2 減碳技術(shù)效益分析

輸變電工程具有特殊性，且很難產(chǎn)生直接的碳減排效果，而是通過提高輸電效率或降低線損等間接方式實(shí)現(xiàn)碳減排[22]，故根據(jù)文獻(xiàn)[11]推薦將碳減排效益量化為減碳技術(shù)導(dǎo)致的節(jié)電量所帶來的收益：

(28)

式中ΔE為減碳改造后年節(jié)約電量。

3 典型輸變電線路案例計(jì)算

3.1 各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重確定

為驗(yàn)證輸變電工程綜合評價(jià)指標(biāo)體系的準(zhǔn)確性，并提出適用于輸變電工程的減碳技術(shù)路線，將某省輸變電線路作為典案例進(jìn)行計(jì)算與分析。案例基本參數(shù)見表4。

表4 案例基本參數(shù)Tab.4 Case basic parameters

邀請相關(guān)專家對各項(xiàng)指標(biāo)初步評分，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)[23]，最終確定表5和表6準(zhǔn)則層判斷矩陣?；谠撆袛嗑仃?，依據(jù)前述AHP及EWM計(jì)算流程及各項(xiàng)減碳技術(shù)成本效益估算方法，計(jì)算該110 kV輸變電工程的權(quán)重。準(zhǔn)則層權(quán)重結(jié)果如圖3所示，指標(biāo)層權(quán)重結(jié)果如圖4所示，表7為110 kV與220 kV案例誤差分析結(jié)果。

表5 110 kV 準(zhǔn)則層判斷矩陣Tab.5 Judgement matrix for 110 kV case criterion layer

表6 220 kV 準(zhǔn)則層判斷矩陣Tab.6 Judgement matrix for 220 kV case criterion layer

表7 110 kV與220 kV案例誤差分析Tab.7 Error analysis of 110 kV and 220 kV cases

圖3 輸變電工程指標(biāo)評價(jià)體系準(zhǔn)則層權(quán)重Fig.3 Weighting of the criterion layer of the transmission and transformation engineering index evaluation system

圖4 輸變電工程評價(jià)指標(biāo)體系指標(biāo)層權(quán)重Fig.4 Weighting of the index layer of the transmission and transformation engineering evaluation index system

由圖3結(jié)果可知：110 kV輸變電工程準(zhǔn)則層中，各項(xiàng)輸變電工程減碳技術(shù)所占權(quán)重差別較大，其中權(quán)重最高的為“新型變壓器”技術(shù)，占比高達(dá)44.97%，“采用節(jié)能導(dǎo)線”及“加裝新型無功補(bǔ)償裝置”次之，占比20%左右，“被動(dòng)式建筑”及“使用碳捕集生產(chǎn)工藝的建筑材料”權(quán)重最低，均低于10%；由圖4結(jié)果可見，110 kV輸變電工程指標(biāo)層中，權(quán)重最高的3項(xiàng)指標(biāo)為“變壓器負(fù)載損耗”“導(dǎo)線型號”“導(dǎo)線電導(dǎo)率”，其中“變壓器負(fù)載損耗”占比高達(dá)21.51%，為所有指標(biāo)層中權(quán)重最高的指標(biāo)220 kV案例具有相似的變化趨勢。

由表7可見指標(biāo)層與準(zhǔn)則層誤差均小于10%，在允許范圍之內(nèi)。文獻(xiàn)[13]指出電力系統(tǒng)中，配電變壓器作為與用戶相連最末端的變壓器，其統(tǒng)計(jì)的損耗約占電力系統(tǒng)損耗的20%左右。同時(shí)文獻(xiàn)[22]指出，若對500 kVA的變壓器進(jìn)行節(jié)能型改造，將S11型替換為S15時(shí)，變壓器的全壽命周期成本將由156 565元下降到144 602元，下降比例約為7.64%，南方電網(wǎng)1年總計(jì)將節(jié)約電量7.482億kWh，折合標(biāo)煤約9.195萬t，相當(dāng)于減少CO2排放約24.092萬t，減少SO2排放約0.177萬t，節(jié)約電費(fèi)4.564億元。此外，文獻(xiàn)[20]指出節(jié)能導(dǎo)線的型號及輸送容量對導(dǎo)線的造價(jià)有著重要影響：常規(guī)鋼芯鋁絞線的導(dǎo)線成本為43.81萬元/km，電阻損耗為737.51 MWh/km，若將常規(guī)鋼芯鋁絞線更換為外層鋁線材料不同的鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線，導(dǎo)線成本將上升到46.30萬元/km，電阻損耗降為717.23 MWh/km；若將常規(guī)鋼芯鋁絞線更換為內(nèi)層為高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率鋁合金芯的鋁合金芯高導(dǎo)電率鋁絞線，導(dǎo)線成本將上升至706.17萬元/km，電阻損耗將下降至703.90 MWh/km。

以上結(jié)果均表明節(jié)能型變壓器與節(jié)能導(dǎo)線具有良好的減碳效益，同時(shí)對于輸變電工程的成本及效益影響較大，與依據(jù)所建立的評價(jià)指標(biāo)體系計(jì)算出的權(quán)重結(jié)論(“采用新型變壓器”占比44.79%，“采用節(jié)能導(dǎo)線”占比24.5%)相符合。由此證明本研究所建立的評價(jià)指標(biāo)體系符合客觀要求，較為準(zhǔn)確。

3.2 敏感性分析

為研究當(dāng)某項(xiàng)準(zhǔn)則層指標(biāo)發(fā)生變化時(shí)指標(biāo)層的變化趨勢及程度，引導(dǎo)決策者在更高的層次做出決策，在前述評價(jià)體系中對每項(xiàng)準(zhǔn)則層指標(biāo)選取1 000個(gè)采樣點(diǎn)測試其敏感性。由于篇幅有限，只給出權(quán)重較高的“采用新型變壓器”及“采用節(jié)能導(dǎo)線”技術(shù)測試結(jié)果，結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 采用新型變壓器權(quán)重敏感性分析Fig.5 Sensitivity analysis of new transformer weighting

圖6 采用節(jié)能導(dǎo)線權(quán)重敏感性分析Fig.6 Sensitivity analysis of energy-saving conductor weighting

由圖5及圖6可知：當(dāng)“采用新型變壓器”技術(shù)權(quán)重上升時(shí)，僅線路功率因素、導(dǎo)線輸送容量及導(dǎo)線型號的權(quán)重會(huì)有所上升，其余指標(biāo)層指標(biāo)權(quán)重均呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢；這表明在輸變電工程減碳改造時(shí)，越重視新型變壓器的改進(jìn)，則線路功率因素、導(dǎo)線輸送容量、導(dǎo)線型號的優(yōu)勢也會(huì)越大。當(dāng)“采用節(jié)能導(dǎo)線”權(quán)重上升時(shí)，僅線路功率因素、輸送容量、導(dǎo)線型號、弧垂特性權(quán)重會(huì)有所上升，其余指標(biāo)層指標(biāo)權(quán)重均呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢；這表明在輸變電工程減碳改造時(shí)，越重視節(jié)能導(dǎo)線的改造，那么該4項(xiàng)指標(biāo)的重要性也會(huì)越顯著。此外，圖中直線的斜率表示各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重隨著“采用新型變壓器”或“采用節(jié)能導(dǎo)線”技術(shù)權(quán)重變化而變化的快慢，圖中任意2條直線的交點(diǎn)表示其所代表指標(biāo)權(quán)重相對大小發(fā)生改變的拐點(diǎn)，如變壓器負(fù)載損耗與導(dǎo)線型號的交點(diǎn)表示，在該點(diǎn)之前，導(dǎo)線型號的重要性大于變壓器負(fù)載損耗，在該點(diǎn)后，變壓器負(fù)載損耗的重要性大于導(dǎo)線型號，這對于合理選擇各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重有十分重要的意義。

3.3 減碳方案優(yōu)選

為了給輸變電工程減碳改造提供更多實(shí)用性建議，基于上述評價(jià)指標(biāo)體系，提出3種輸變電工程減碳改造備選方案，方案選擇依據(jù)準(zhǔn)則層單排序結(jié)果。結(jié)果顯示：5種減碳技術(shù)中，權(quán)重最高的3項(xiàng)技術(shù)依次為“新型變壓器”技術(shù)、“節(jié)能導(dǎo)線”及“加裝新型無功補(bǔ)償裝置”，即變壓器型號、導(dǎo)線型號和無功補(bǔ)償裝置的選取對減碳成本及效益有著重要影響。故選取2種不同型號的節(jié)能導(dǎo)線和2種不同型號的變壓器以及2種無功補(bǔ)償裝置，排列組合為8種備選方案(見表8)，其中2種導(dǎo)線的單價(jià)見表4。依據(jù)前述各項(xiàng)減碳技術(shù)成本-效益核算方法對該8種方案進(jìn)行現(xiàn)金流與凈現(xiàn)值計(jì)算，并結(jié)合計(jì)算結(jié)果對方案逐一評分，結(jié)果如圖7與圖8所示。

表8 輸變電工程減碳改造備選方案Tab.8 Carbon reduction retrofit options for power transmission and transformation project

圖7 方案凈現(xiàn)值及方案評分結(jié)果Fig.7 NPVs and the results of scheme scoring

圖8 方案評分結(jié)果Fig.8 Scheme scoring results

本項(xiàng)目采用理想解(technique for order preference Q by similarity to an ideal solution，TOPSIS)法實(shí)現(xiàn)各方案的評分，基本步驟如下[1-2]。

a)建立決策矩陣B：

(29)

式中：a為方案數(shù)量；d為決策指標(biāo)數(shù)量；bkp為第k個(gè)方案的第p個(gè)決策指標(biāo)值。

b)構(gòu)建規(guī)范化決策矩陣T=(tkp)a×d和加權(quán)規(guī)范化決策矩陣Z=(zkp)m×n。

(30)

zkp=bkp×Wp.

(31)

式中Wp為評價(jià)指標(biāo)權(quán)重。

c)確定正理想解Z+和負(fù)理想解Z-。

(32)

對于效益型指標(biāo)：

(33)

對于成本型指標(biāo)：

(34)

d)分別計(jì)算與正理想解和負(fù)理想解的歐式距離：

(35)

e)計(jì)算與理想解方案接近度：

(36)

式中Sk為與理想解方案的接近度。

f)方案評分計(jì)算。由于百分制評分方式對各種判斷的更加直觀，因此由TOPSIS方法得到百分制評判函數(shù)

Fk=100eSk-1.

(37)

4 結(jié)論

運(yùn)用AHP確定各項(xiàng)指標(biāo)對成本-效益的影響權(quán)重，再采用EWM對指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化及權(quán)重修正，其后對每種技術(shù)方案選取1 000個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行敏感性分析，從而建立較為完善的輸變電工程綜合評價(jià)體系，最終得出以下結(jié)論：

a)準(zhǔn)則層中，權(quán)重中占比最高的3項(xiàng)減碳技術(shù)分別為“新型變壓器”“節(jié)能導(dǎo)線”及“加裝新型無功補(bǔ)償裝置”；指標(biāo)層中，權(quán)重最高的3項(xiàng)指標(biāo)為“變壓器負(fù)載損耗”“導(dǎo)線型號”及“導(dǎo)線電導(dǎo)率”。

b)在輸變電工程減碳改造時(shí)，越重視新型變壓器的改進(jìn)，那么線路功率因素、導(dǎo)線輸送容量、導(dǎo)線型號的優(yōu)勢也會(huì)越大；越重視節(jié)能導(dǎo)線的改造，那么線路功率因素、輸送容量、導(dǎo)線型號、弧垂特性的重要性也會(huì)越顯著。

c)基于所建立指標(biāo)體系與數(shù)學(xué)模型對110 kV與220 kV輸變電工程案例進(jìn)行分析，所得準(zhǔn)則層與指標(biāo)層誤差均不足10%，表明所建立指標(biāo)體系與數(shù)學(xué)模型具有較高的普適性與準(zhǔn)確度，對實(shí)際工程應(yīng)用與項(xiàng)目決策具有參考意義。

d)采用型號為JLHA3-335的中強(qiáng)度全鋁合金絞線、S11型變壓器與TSVG無功補(bǔ)償裝置對輸變電工程進(jìn)行減碳改造，為8種方案中的最佳方案，有望以較低的成本實(shí)現(xiàn)較高收益。