楊列鑾，解 佗，張 剛,王維洲，劉福潮，李正遠(yuǎn)

(1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730050;2.西安理工大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，陜西 西安 710048;3.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅，蘭州 730050;)

0 引言

能源短缺和環(huán)境污染已成為制約當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的重大難題。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的電力能效監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作進(jìn)展緩慢，還沒(méi)有進(jìn)行大力的推廣應(yīng)用。在國(guó)際能源危機(jī)的背景下，我國(guó)需要推動(dòng)電力能效評(píng)價(jià)技術(shù)，對(duì)企業(yè)能源利用方式近一步完善，幫助企業(yè)進(jìn)行節(jié)能措施的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)化，提高企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。深入開(kāi)展企業(yè)電力能效監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)工作，既可以幫助企業(yè)查找自身能耗方面的缺口，挖掘自身的節(jié)能潛力，不為了達(dá)到國(guó)家的節(jié)能目標(biāo)而盲目地限閘拉電，又可以為政府管理部門(mén)核定節(jié)能效益提供科學(xué)依據(jù)[1]。而高耗能企業(yè)又是電力消耗的重點(diǎn)戶，因此，對(duì)高耗能企業(yè)進(jìn)行電力能效綜合評(píng)價(jià)顯的尤為重要。

目前常用的電力能效評(píng)價(jià)方法主要有層次分析法、模糊熵綜合評(píng)價(jià)法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法[2-4]等，這些評(píng)價(jià)方法對(duì)實(shí)際工作雖有一定的指導(dǎo)作用，但普遍較強(qiáng)的依賴于主觀性分析。為彌補(bǔ)這一缺陷，本文采用物元-可拓綜合評(píng)價(jià)法。物元-可拓綜合評(píng)價(jià)法[5-6]是由我國(guó)學(xué)者所研究構(gòu)建的多元數(shù)據(jù)決策量化的新方法。它是以可拓學(xué)的模型集合和關(guān)聯(lián)函數(shù)的理論為基礎(chǔ)而構(gòu)建的多指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)方法，在可拓模型中通過(guò)建立物元關(guān)聯(lián)函數(shù)對(duì)事物由量變到質(zhì)變的過(guò)程進(jìn)行定量描述。目前已廣泛應(yīng)用于水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)、水資源開(kāi)發(fā)利用評(píng)價(jià)、土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)[7-9]等領(lǐng)域，但應(yīng)用于高耗能企業(yè)電力能效綜合評(píng)價(jià)領(lǐng)域較少。為探索高耗能企業(yè)電力能效綜合效益評(píng)價(jià)，考慮到電力能效綜合效益的評(píng)價(jià)指標(biāo)的多樣性和各單指標(biāo)給出的評(píng)價(jià)結(jié)果的不相容性，其滿足物元-可拓集解決不相容問(wèn)題的基本原則。故本文通過(guò)建立高耗能企業(yè)電力綜合能效指標(biāo)體系并通過(guò)物元-可拓評(píng)價(jià)方法對(duì)典型高耗能企業(yè)進(jìn)行實(shí)例分析，驗(yàn)證該方法的可行性，從而為尚處在探索發(fā)展階段的高耗能企業(yè)電力能效綜合評(píng)價(jià)方法提供一種新思路。

1 物元分析評(píng)價(jià)模型建立

事物N具有特征c，其值為v，則由N、c、q構(gòu)成的有序三元組R=(N、c、q)作為描述事物的基本元，稱其為物元。可拓集合是描述不具有某種性質(zhì)的事物轉(zhuǎn)化的集合，其主要用事物的關(guān)聯(lián)函數(shù)來(lái)描述，通過(guò)定義的關(guān)聯(lián)函數(shù)值來(lái)定量確定相關(guān)元素是屬于正域、負(fù)域和臨界域中的哪一個(gè)。事物的層次通過(guò)關(guān)聯(lián)函數(shù)值的大小加以區(qū)分。

物元-可拓評(píng)價(jià)方法的思想：首先根據(jù)事物已有的數(shù)據(jù)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行分級(jí)處理，并設(shè)定各等級(jí)的邊界數(shù)據(jù)范圍，再將評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)值代入相關(guān)等級(jí)的集合中進(jìn)行多指標(biāo)評(píng)價(jià)，將評(píng)價(jià)結(jié)果和各等級(jí)集合的關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行比較，關(guān)聯(lián)度越大，表示它與其等級(jí)集合的契合程度就越佳。

1.1 物元的有序組

假定事物N具有多個(gè)特征，可用n個(gè)特征c1,c2,…,cn和相應(yīng)的量值q1,q2,…，qn描述，則稱物元R為n維物元，記為：

(1)

1.2 物元的有序組

確定經(jīng)典域物元：

(2)

式中：Nj表示所劃分的j個(gè)等級(jí)，c1,c2,…,cn是Nj的n個(gè)不同的特征，qj1,qj2,…，qjn分別是Nj關(guān)于c1,c2,…,cn所取值的范圍，即各等級(jí)關(guān)于對(duì)應(yīng)特征等級(jí)所取得數(shù)據(jù)范圍 〈aji，bji〉。

確定節(jié)域：

(3)

式中：p待評(píng)對(duì)象等級(jí)全體；c1,c2,…,cn是p的全體特征，qp1,qp2,…，qpn分別是節(jié)域p關(guān)于特征c1,c2,…,cn的量值范圍，qpi=〈aj1，bj1〉 ，且qpi∈qpi。

1.3 待評(píng)物元域

(4)

式中：P0為待評(píng)物元；q1,q2,…,qn分別是P0關(guān)于c1,c2,…,cn檢測(cè)所得的具體數(shù)據(jù)。

1.4 指標(biāo)權(quán)重

指標(biāo)權(quán)重的確定直接影響到綜合評(píng)價(jià)的可行性和評(píng)價(jià)結(jié)果。當(dāng)前，權(quán)重確定方法主要可分為主觀、客觀和主客觀相結(jié)合的賦權(quán)方法。三大類(lèi)賦權(quán)方法立足點(diǎn)不同，在實(shí)際問(wèn)題中應(yīng)根據(jù)具體事物的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系及設(shè)計(jì)的因素進(jìn)行選擇[10-11]。

1.5 評(píng)價(jià)單元關(guān)于個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度

待評(píng)價(jià)物元各指標(biāo)與各等級(jí)水平的關(guān)聯(lián)函數(shù)值計(jì)算如下：

(5)

對(duì)于每個(gè)特征Ci取ωi為權(quán)值，則待評(píng)物元P0的綜合關(guān)聯(lián)度為：

(6)

1.6 等級(jí)的評(píng)定

關(guān)聯(lián)度的大小表示事物符合標(biāo)準(zhǔn)事物等級(jí)的程度。若Kj(p0)=max{Kj(p0)}(j=1,2,…n)，則表示待評(píng)物元P0屬于j等級(jí)。令：

(7)

(8)

式中：j*為待評(píng)價(jià)物元偏向相鄰等級(jí)的程度。

2 高耗能企業(yè)電力能效評(píng)價(jià)體系

指標(biāo)評(píng)價(jià)體系是進(jìn)行高耗能企業(yè)電力能效綜合評(píng)價(jià)的重要工具和手段，建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，是開(kāi)展高載能企業(yè)電力能效綜合評(píng)價(jià)的核心任務(wù)之一[12]?；诟鞯湫透吆哪芷髽I(yè)的生產(chǎn)模式、技術(shù)工藝、用能結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、能源管理等特點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)能源審計(jì)與統(tǒng)計(jì)相關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)。最終確定高耗能企業(yè)電力能效評(píng)價(jià)體系由電力能耗技術(shù)指標(biāo)、電力能耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、電力能耗管理指標(biāo)三個(gè)一級(jí)指標(biāo)和若干個(gè)二級(jí)指標(biāo)構(gòu)成。高耗能企業(yè)電力能效指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 高耗能企業(yè)電力能效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

電力能耗評(píng)估技術(shù)指標(biāo)主要分為：C1變壓器效率；C2電壓總諧波畸變率；C3電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率；C4電熱設(shè)備電能利用率；C5電能配送線損率；C6單位產(chǎn)品工序電力能耗、單位產(chǎn)品間接電力能耗；C7單位產(chǎn)值綜合電力能耗；C8節(jié)電率；C9為供電系統(tǒng)測(cè)量及監(jiān)控完備率；C10為節(jié)能規(guī)劃指標(biāo)；C11為規(guī)章制度與日常管理指標(biāo)。

3 實(shí)例應(yīng)用

基于高耗能企業(yè)電力能效指標(biāo)體系和物元-可拓綜合評(píng)價(jià)法，本文以甘肅某高能耗企業(yè)為例進(jìn)行高耗能企業(yè)電力能效綜合評(píng)價(jià)。本文將電力能效等級(jí)分為4個(gè)等級(jí)，分別為“優(yōu)、良、中、差、”。下面對(duì)其評(píng)價(jià)過(guò)程進(jìn)行分析。

3.1 數(shù)據(jù)規(guī)范化處理

對(duì)不能通過(guò)量化得到的指標(biāo)，一般采取主觀打分法來(lái)確定具體指標(biāo)的優(yōu)劣；對(duì)可以通過(guò)量化得到的指標(biāo)，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際量化值的大小進(jìn)行評(píng)分[13]。規(guī)范化處理后能效評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及個(gè)指標(biāo)實(shí)際計(jì)算值如表1所示。

表1電力能效評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)指標(biāo)極值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值Q1Q2Q3Q4實(shí)際值C110.920.80.6500.941C200.120.30.5510.448C310.920.80.6500.847C410.90.770.5800.875C510.90.750.600.62C610.90.750.600.894C710.90.70.500.871C810.950.70.400.82C910.950.820.6800.927C1010.90.780.5700.775C1110.950.840.700.87

3.2 確定評(píng)價(jià)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)物元集、節(jié)域物元集、待評(píng)物元集

以有序三元組R=(N,c,q)來(lái)描述電力能效的基本元，按照本文能效等級(jí)劃分，確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)典域。

3.3 確定權(quán)重系數(shù)

在電力能效評(píng)價(jià)體系中，由于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不僅層次多，且每級(jí)中涉及的因素也很多，故本文選用模糊層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重。

3.4 關(guān)聯(lián)度計(jì)算與評(píng)價(jià)等級(jí)確定

運(yùn)用式(5)計(jì)算高能耗企業(yè)電力能效評(píng)價(jià)系統(tǒng)中各二級(jí)指標(biāo)在各等級(jí)下的關(guān)聯(lián)度表2所示。

應(yīng)用式(6)進(jìn)行綜合關(guān)聯(lián)度計(jì)算，結(jié)果表明：即該企業(yè)電力能效等級(jí)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)“良”接近，由式(7)和式(8)計(jì)算可知該企業(yè)電力能效準(zhǔn)確評(píng)價(jià)等級(jí)為2.16級(jí)，即處在良偏中16%的位置處。

3.5 評(píng)價(jià)結(jié)果比較

用文獻(xiàn)[3]提出的模糊綜合評(píng)價(jià)法與本文采用的物元評(píng)價(jià)法對(duì)該企業(yè)電力能效評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果如表3所示。通過(guò)上表可以看出：兩種方法對(duì)各指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)基本相同，但由于物元綜合評(píng)價(jià)法引入關(guān)聯(lián)度函數(shù)，權(quán)重確定為主客觀相結(jié)合，所以其評(píng)價(jià)結(jié)果更加精細(xì)、客觀、合理。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)物元-可拓評(píng)價(jià)法中，函數(shù)關(guān)聯(lián)度取負(fù)值能夠全面分析待評(píng)價(jià)物元的等級(jí)程度，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加精細(xì)化。

(2)物元分析模型在電力能效評(píng)價(jià)中，計(jì)算簡(jiǎn)便，可結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)算法，實(shí)現(xiàn)輸入原始數(shù)據(jù)既得評(píng)價(jià)結(jié)果，數(shù)據(jù)獲取容易，通過(guò)定量法描述各待評(píng)指標(biāo)，進(jìn)行客觀賦權(quán)綜合關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)，使得評(píng)價(jià)結(jié)果客觀性更強(qiáng)。

表2電力能效評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重ω優(yōu)良中差C10.1630.263-0.263-0.705-0.831C20.050-0.500-0.399-0.673-0.552C30.291-0.395-0.1150.200-0.343C40.114-0.2780.417-0.350-0.629C50.092-0.424-0.2550.133-0.050C60.078-0.404-0.1620.400-0.225C70.063-0.2730.300-0.467-0.680C80.049-0.463-0.1430.200-0.400C90.036-0.3470.150-0.086-0.467C100.033-0.2580.400-0.343-0.617C110.031-0.1050.100-0.514-0.717

表3評(píng)價(jià)結(jié)果比較

評(píng)價(jià)指標(biāo)C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11綜合電力能效等級(jí)糊綜合評(píng)價(jià)優(yōu)良中良中中良中良良良良物元綜合評(píng)價(jià)優(yōu)良中良中中良中良良良良偏偏偏偏偏偏偏偏偏偏偏偏良中良優(yōu)差良優(yōu)良中優(yōu)優(yōu)中46%12%25%5%18%6%13%25%23%7%26%16%

[1]萬(wàn)忠東.高耗能行業(yè)和節(jié)能[J].能源與節(jié)能,2012,78(3):23-26.

[2]何永秀.電力綜合評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社,2011.

[3]王 鶴,曾 鳴,陳 珊,等.基于模糊層次分析法的供電服務(wù)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型[J].電網(wǎng)技術(shù),2006,30(17):92-96.

[4]孟 明,牛東曉,谷志紅.基于模糊熵的電力客戶滿意度評(píng)價(jià)模型[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2005,32(4):68-70.

[5]蔡 文.物元模型及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1994.

[6]黃 劍,周 林,栗秋華,等.基于物元分析理論的電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,30(6):25-29.

[7]樊引琴,劉婷婷,李 婳,等.物元分析法在黃河水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2013,24(2):165-169.

[8]門(mén)寶輝,梁 川.水質(zhì)量評(píng)價(jià)的物元分析法[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,35(3):358- 361.

[9]申曉強(qiáng),劉志斌,朱志宇.基于物元分析模型的土地整理生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2012,40(7):173- 180.

[10]Jian M A,Fan Z P,Huang L H.A subjective and objective integrated approach to determine attribute weighs [J].European Journal of Operational Research,1999,112(2):397-404.

[11]D K H Chua,D Li Key Factors in bid reasoning mode [J].Journal of Construction Engineering and Management,2000,126(5):349-357.

[12]田 姣,劉福潮,解建倉(cāng),等.模糊綜合評(píng)價(jià)法在水電廠能效評(píng)估中的應(yīng)用[J].陜西電力,2013,41(3):49-51.

[13]易平濤,李偉偉,郭亞軍.線性無(wú)量綱化方法的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析[J].系統(tǒng)管理學(xué)報(bào),2014,23(1):104-110.

[14]YI Ping-tao,LI Wei-wei,GUO Ya-jun.Structure stability analysis of linear dimensionless methods [J].Journal of Systems & Management,2014,23(1): 104-110(in Chiness).