鄧敏慧，周研來(lái)，桑連海

(1.寶山鋼鐵股份有限公司，上海　200941; 2.長(zhǎng)江科學(xué)院 水資源綜合利用研究所，武漢　430010;3.武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢　430072)

?

長(zhǎng)江流域火電工業(yè)取用水定額多目標(biāo)評(píng)價(jià)分析

鄧敏慧1，周研來(lái)2,3，桑連海2

(1.寶山鋼鐵股份有限公司，上海200941; 2.長(zhǎng)江科學(xué)院 水資源綜合利用研究所，武漢430010;3.武漢大學(xué) 水資源與水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430072)

摘要：針對(duì)單目標(biāo)評(píng)價(jià)方法無(wú)法有效地評(píng)價(jià)火電工業(yè)取用水定額的優(yōu)劣程度問(wèn)題，基于投影尋蹤法對(duì)長(zhǎng)江流域火電工業(yè)取用水定額進(jìn)行了多目標(biāo)評(píng)價(jià)。首先分析了單目標(biāo)評(píng)價(jià)方法對(duì)火電工業(yè)取用水定額的優(yōu)劣評(píng)價(jià)結(jié)果；在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了基于投影尋蹤法的長(zhǎng)江流域火電工業(yè)取用水定額的多目標(biāo)評(píng)價(jià)研究。研究結(jié)果表明：長(zhǎng)江下游地區(qū)的江蘇華能太倉(cāng)電廠三期工程的綜合評(píng)分最高，而長(zhǎng)江下游地區(qū)的江蘇南通新區(qū)熱電廠二期擴(kuò)建工程的綜合評(píng)分最低，評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)合理客觀。基于投影尋蹤法的多目標(biāo)評(píng)價(jià)相比單目標(biāo)評(píng)價(jià)方法，可有效傳遞和辨識(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息價(jià)值，可給出長(zhǎng)江流域火電工業(yè)取用水定額合理且客觀的綜合評(píng)價(jià)，推薦采用差評(píng)、合格、良好和優(yōu)異4級(jí)綜合指標(biāo)劃分法對(duì)火力發(fā)電廠取用水定額進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：火電工業(yè)；取用水定額；長(zhǎng)江流域；投影尋蹤法；單目標(biāo)評(píng)價(jià)

1研究背景

隨著長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增加，流域內(nèi)水資源供給越發(fā)緊張，做好長(zhǎng)江流域內(nèi)水量合理利用和優(yōu)化分配的要求也越來(lái)越強(qiáng)烈。目前長(zhǎng)江流域取用水定額管理存在的突出問(wèn)題之一為取用水定額考核指標(biāo)主要是采用單一評(píng)價(jià)指標(biāo)，即根據(jù)各單位的生產(chǎn)產(chǎn)量或產(chǎn)值來(lái)定額考核，無(wú)法綜合評(píng)判工業(yè)的取用水定額的合理性[1-2]。由于缺乏系統(tǒng)、全面的取用水定額評(píng)價(jià)指標(biāo)，目前關(guān)于火電工業(yè)取用水定額合理性的一些簡(jiǎn)單評(píng)判很容易產(chǎn)生似是而非的結(jié)論，且單目標(biāo)評(píng)價(jià)方法仍然是火電工業(yè)取用水定額合理性的主要方法[3-7]。

針對(duì)火電工業(yè)取用水定額的單目標(biāo)評(píng)價(jià)方法存在傳遞和辨識(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)信息價(jià)值的低效率問(wèn)題，本文采用基于投影尋蹤法對(duì)長(zhǎng)江流域火電工業(yè)取用水定額進(jìn)行多目標(biāo)評(píng)價(jià)。首先分析單目標(biāo)評(píng)價(jià)方法對(duì)火電工業(yè)的取用水定額優(yōu)劣評(píng)價(jià)結(jié)果，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展基于投影尋蹤法的長(zhǎng)江流域火電工業(yè)取用水定額的多目標(biāo)評(píng)價(jià)研究。

2現(xiàn)狀分析及多目標(biāo)評(píng)價(jià)方法

2.1現(xiàn)狀分析根據(jù)長(zhǎng)江流域近5 a來(lái)21個(gè)新建火電工程取用水定額的調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果[3](詳見(jiàn)表1)，采用600 MW級(jí)和300 MW級(jí)機(jī)組的循環(huán)冷卻電廠數(shù)量占統(tǒng)計(jì)的循環(huán)冷卻電廠數(shù)量的80%，在一定程度上說(shuō)明，300 MW級(jí)和600 MW級(jí)機(jī)組仍是當(dāng)前長(zhǎng)江流域內(nèi)循環(huán)冷卻火電廠的主力機(jī)組，而直流冷卻火電廠以1 000 MW級(jí)機(jī)組為主。2.2多目標(biāo)評(píng)價(jià)方法

2.2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)國(guó)家火電工業(yè)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)劃要求，我國(guó)火電工業(yè)常用取用水定額包括單位發(fā)電量取水量和裝機(jī)水耗率2項(xiàng)指標(biāo)。為綜合評(píng)價(jià)流域內(nèi)火電工業(yè)取用水定額合理性和生產(chǎn)工藝的先進(jìn)性，將機(jī)組裝機(jī)容量、年利用小時(shí)數(shù)也納入多目標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。各多目標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)描述如下。

2.2.1.1設(shè)計(jì)單位發(fā)電量取水量最小化

單位發(fā)電量取水量，定義為火力發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)每單位發(fā)電量需要從各種常規(guī)水資源提取的水量(《取水定額 第1部分 火力發(fā)電》(GB/T 18916.1—2012))。用水效率合理性和生產(chǎn)工藝先進(jìn)性的直接評(píng)價(jià)指標(biāo)之一為設(shè)計(jì)單位發(fā)電量取水量最小化，即

表1　長(zhǎng)江流域部分新建火力發(fā)電廠取用水定額統(tǒng)計(jì)結(jié)果[3]

注：“[ ]”內(nèi)的數(shù)值為按升序方法的排位序號(hào)。

(1)

式中:Vui為設(shè)計(jì)單位發(fā)電量取水量(m3/(MW·h))；Vi為在一定計(jì)量時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)過(guò)程中取水量總和(m3)；Q為在一定計(jì)量時(shí)間內(nèi)的發(fā)電量(MW·h)。2.2.1.2單位裝機(jī)容量取水量最小化

單位裝機(jī)容量取水量，定義為按火力發(fā)電企業(yè)單位裝機(jī)容量核定的取水量(《取水定額 第1部分 火力發(fā)電》(GB/T 18916.1—2012))。該指標(biāo)主要用于火電廠規(guī)劃與設(shè)計(jì)。用水效率合理性和生產(chǎn)工藝先進(jìn)性的直接評(píng)價(jià)指標(biāo)之一為全廠裝機(jī)水耗率最小化：

(2)

式中：Vc為單位裝機(jī)容量取水量(m3/(s·GW))；Vh為夏季純凝工作機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行的單位時(shí)間取水量(m3/s)；N為裝機(jī)容量(GW)。

2.2.1.3機(jī)組裝機(jī)容量最大化

總裝機(jī)容量是指該系統(tǒng)實(shí)際安裝的發(fā)電機(jī)組額定有效功率的總和。用水效率合理性和生產(chǎn)工藝先進(jìn)性的間接評(píng)價(jià)指標(biāo)之一為機(jī)組裝機(jī)容量最大化maxN(N為裝機(jī)容量(GW))。

2.2.1.4機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)最小化

發(fā)電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)等于全年發(fā)電量除以機(jī)組裝機(jī)容量。用水效率合理性和生產(chǎn)工藝先進(jìn)性的間接評(píng)價(jià)指標(biāo)之一為機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)最小化minU(U為發(fā)電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)(h))。

為了統(tǒng)一評(píng)價(jià)各指標(biāo)的優(yōu)劣情況，需進(jìn)行規(guī)范化處理，將各指標(biāo)值處理為具有相同量綱和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的屬性值。一般分為如下2類。

(1) 成本型指標(biāo)。越小越優(yōu)，如設(shè)計(jì)單位發(fā)電量取水量、單位裝機(jī)容量取水量和機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)。計(jì)算公式為

(3)

(2) 效益型指標(biāo)。越大越優(yōu)，如機(jī)組裝機(jī)容量，其計(jì)算公式為

(4)

2.2.2投影尋蹤法

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的確定方法，可將多目標(biāo)評(píng)價(jià)方法分為主觀為主和客觀為主的評(píng)價(jià)方法[8]。與以主觀為主的層次分析法相比，以客觀為主的投影尋蹤法，其評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和可比性較好，主觀定性因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響較小，可有效避免評(píng)價(jià)指標(biāo)維數(shù)災(zāi)。

投影尋蹤法的多目標(biāo)評(píng)價(jià)過(guò)程主要包括以下幾個(gè)步驟[8-9]：

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

3結(jié)果分析

3.1單目標(biāo)分析結(jié)果

圖1　各評(píng)價(jià)指標(biāo)的箱型統(tǒng)計(jì)Fig.1　Boxplot for different evaluation indexes

分別從設(shè)計(jì)單位發(fā)電量取水量、單位裝機(jī)容量取水量、機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)和裝機(jī)容量單個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)出發(fā)，對(duì)表1中各火力發(fā)電廠的取用水定額進(jìn)行單目標(biāo)評(píng)價(jià)分析，結(jié)果如表1所示，圖1給出了各評(píng)價(jià)指標(biāo)的箱型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。據(jù)表1和圖1可知：

(1) 從設(shè)計(jì)單位發(fā)電量取水量指標(biāo)評(píng)價(jià)，評(píng)分最高的是長(zhǎng)江下游地區(qū)的江蘇沙洲電廠二期工程(0.28 m3/(MW·h))；評(píng)分最低的是長(zhǎng)江下游地區(qū)的安徽國(guó)電舒城電廠一期(3.43 m3/(MW·h))。

(2) 從單位裝機(jī)容量取水量指標(biāo)評(píng)價(jià)，評(píng)分最高的是長(zhǎng)江下游地區(qū)的江蘇沙洲電廠二期工程(0.078 m3/(s·GW))；評(píng)分最低的是長(zhǎng)江下游地區(qū)的江蘇南通新區(qū)熱電廠二期擴(kuò)建工程(0.844 m3/(s·GW))。

(3) 從機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)，評(píng)分最高的是長(zhǎng)江上游地區(qū)的四川攀鋼煤矸石綜合利用自備電廠工程(4 500 h)；評(píng)分最低的是長(zhǎng)江中游地區(qū)的陜西商洛發(fā)電廠一期工程(7 000 h)。

(4) 從裝機(jī)容量指標(biāo)評(píng)價(jià)，評(píng)分最高的是長(zhǎng)江下游地區(qū)的江蘇華能太倉(cāng)電廠三期工程(2.4 GW)；評(píng)分最低的是長(zhǎng)江上游地區(qū)的四川攀鋼煤矸石綜合利用自備電廠工程(0.3 GW)。

從單目標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)角度來(lái)分析長(zhǎng)江流域火力發(fā)電廠的取用水定額的優(yōu)劣程度，各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間并非存在正相關(guān)關(guān)系，如設(shè)計(jì)單位發(fā)電量取水量指標(biāo)評(píng)分最低的電廠，其單位裝機(jī)容量取水量指標(biāo)評(píng)分并非也是最低。因此，單目標(biāo)評(píng)價(jià)方法無(wú)法有效地評(píng)價(jià)長(zhǎng)江流域火力發(fā)電廠的取用水定額的優(yōu)劣程度。

3.2投影尋蹤法評(píng)價(jià)結(jié)果

(1) 加速遺傳算法的參數(shù)設(shè)置[9]：種群規(guī)模M=400；最大迭代次數(shù)G=100，交叉概率Pc=0.80；變異概率Pm=0.20。

由最佳投影方向可以看出，在選定的4個(gè)指標(biāo)中，單位裝機(jī)容量取水量和設(shè)計(jì)單位發(fā)電量取水量為決策者提供的有用價(jià)值信息較大，權(quán)重較大，裝機(jī)容量則次之，而權(quán)重最小的為機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)。

(1) 21個(gè)火力發(fā)電廠取用水定額的優(yōu)劣排序?yàn)?11，14，15，17，10，7，3，9，5，12，13，20，18，19，6，8，1，2，4，21，16)，其中長(zhǎng)江中游地區(qū)的江蘇華能太倉(cāng)電廠三期工程(設(shè)計(jì)單位發(fā)電量取水量0.32 m3/(MW·h)，單位裝機(jī)容量取水量0.090 m3/(s·GW)，機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)為5 500 h，裝機(jī)容量指標(biāo)為2.4 GW的綜合評(píng)分最高；而長(zhǎng)江中游地區(qū)的江蘇南通新區(qū)熱電廠二期擴(kuò)建工程(設(shè)計(jì)單位發(fā)電量取水量為3.04 m3/(MW·h)，單位裝機(jī)容量取水量為0.844 m3/(s·GW)，機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)為5 000 h，裝機(jī)容量指標(biāo)為0.6 GW)的綜合評(píng)分最低，評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)合理客觀。

(2) 長(zhǎng)江中下游地區(qū)火力發(fā)電廠的取用水定額綜合評(píng)分整體相對(duì)較好(含排名前5的火力發(fā)電廠)，但長(zhǎng)江上中下游地區(qū)取用水定額綜合評(píng)分較差的火力發(fā)電廠分布也相對(duì)均勻(上游有排名第17位的電廠；中游有排名20和19位的電廠；下游有排名21位的電廠)。

圖2　長(zhǎng)江流域火電行業(yè)取用水定額的分類等級(jí)劃分Fig.2　Ranks for the water intake quantity and quota offossil-fuel power stations in Changjiang River Basin

4結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)比分析了單目標(biāo)評(píng)價(jià)方法與基于投影尋蹤的多目標(biāo)評(píng)價(jià)方法在長(zhǎng)江流域火電工業(yè)取用水定額現(xiàn)狀評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，結(jié)果表明：

(1) 長(zhǎng)江中游地區(qū)的江蘇華能太倉(cāng)電廠三期工程的綜合評(píng)分最高；而長(zhǎng)江中游地區(qū)的江蘇南通新區(qū)熱電廠二期擴(kuò)建工程的綜合評(píng)分最低，評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)合理客觀。

(2) 因各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間并非存在正相關(guān)關(guān)系，單目標(biāo)評(píng)價(jià)方法無(wú)法有效地評(píng)價(jià)長(zhǎng)江流域火力發(fā)電廠的取用水定額的優(yōu)劣程度，而基于投影尋蹤法的多目標(biāo)評(píng)價(jià)相比單目標(biāo)評(píng)價(jià)方法，可有效傳遞和辨識(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息價(jià)值，可給出長(zhǎng)江流域火力發(fā)電廠取用水定額合理且客觀的綜合評(píng)價(jià)。

(3) 單位裝機(jī)容量取水量和設(shè)計(jì)單位發(fā)電量取水量指標(biāo)為決策者提供的有用價(jià)值信息較大，權(quán)重較大，裝機(jī)容量指標(biāo)則次之，而權(quán)重最小的為機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)指標(biāo)。

建議取用水定額綜合評(píng)分較差的電廠應(yīng)加強(qiáng)與用水工藝相對(duì)合理和先進(jìn)的電廠交流學(xué)習(xí)，以提高電廠自身在區(qū)域火力發(fā)電工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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(編輯：趙衛(wèi)兵)

Multi-objective Evaluation of Water Intake Quantity and Quota forFossil-fuel Power Stations in Changjiang River Basin

DENG Min-hui1, ZHOU Yan-lai2,3, SANG Lian-hai2

(1.Baoshan Iron and Steel Limited Company, Shanghai200941, China; 2.Water Resources Department,Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan430010, China; 3.State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan430072, China)

Abstract:Single-objective evaluation method cannot effectively evaluate the rationality of water intake quantity and quota of fossil-fuel power station. In view of this, a multi-objective evaluation method based on projection pursuit was employed to evaluate the reasonability of water intake quantity and quota of fossil-fuel power stations in Changjiang River basin. Firstly, single-objective evaluation method was applied to evaluation and the result was analyzed. On this basis, multi-objective evaluation was conducted. Results show that the comprehensive score of Taicang fossil-fuel power station phase III is the highest and Nantong thermal power plant phase II is the lowest. This multi-objective evaluation method based on projection pursuit could effectively identify the information value of evaluation indexes, and give rational and objective assessment result. Four ranks (unqualified, qualified, good, and excellent) are recommended for the rating.

Key words:fossil-fuel power station; water intake quantity and quota; Changjiang River Basin; projection pursuit method; single-objective evaluation

中圖分類號(hào)：TV213.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-5485(2016)05-0023-05

doi:10.11988/ckyyb.201501282016,33(05):23-27

作者簡(jiǎn)介：鄧敏慧(1984-)，女，四川南充人，工程師，主要從事火電廠用水管理研究，(電話)13611760610(電子信箱)dengminhui@baosteel.com。通訊作者：周研來(lái)(1985-)，男，湖南婁底人，工程師，博士，主要從事水文學(xué)及水資源開(kāi)發(fā)利用研究，(電話)027-82927557(電子信箱)zyl23bulls@whu.edu.cn。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51509008)；湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2015CFB217)；武漢大學(xué)水資源水電工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(2014SWG02)

收稿日期：2015-02-09； 修回日期：2015-08-25