呂麗霞，齊秋妍

（華北電力大學(xué) 控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北 保定 071003）

0 引言

2016年12月26日發(fā)布的《“十三五”能源規(guī)劃》提出，到2020年把中國能源消費(fèi)總量控制在50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以內(nèi)，根據(jù)規(guī)劃目標(biāo)測算，“十三五”期間單位GDP能耗應(yīng)下降15%以上。為實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，除了做好煤炭的清潔高效利用這篇文章以外，繼續(xù)推進(jìn)可再生能源的規(guī)?；l(fā)展也是未來工作的重點(diǎn)之一。2015年，中國風(fēng)力發(fā)電累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)到12.9×104MW，全年風(fēng)力發(fā)電累計(jì)上網(wǎng)電量為1.8×108MW?h。水力發(fā)電是目前建設(shè)規(guī)模最大，發(fā)電量最大的可再生能源，2015年中國水力發(fā)電裝機(jī)容量為31.9×104MW，年發(fā)電量為11.1×108MW?h。同樣是2015年，中國太陽能光伏發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電的裝機(jī)容量分別為4.318×104MW和1.031×104MW，全年累計(jì)發(fā)電量分別為3920×104MW?h和5270×104MW?h[1]。中國可再生能源發(fā)電發(fā)展迅速，在可再生能源發(fā)電投資建設(shè)的規(guī)模方面居于世界前列。由于地理環(huán)境、社會環(huán)境、技術(shù)成熟度、環(huán)境友好度以及建設(shè)成本等因素的影響，中國各項(xiàng)可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展情況不盡相同，對于風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、光伏發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電4項(xiàng)技術(shù)，在考慮資源量、占地需求、技術(shù)難度、對環(huán)境的影響、投資成本等指標(biāo)的條件下，其發(fā)電績效如何，是本文將要討論的問題。

1 基于TOPSISI法的評價(jià)方法

1.1 TOPSIS法簡介

TOPSIS全稱technique for order preference by similarity to ideal solution，即逼近理想解的排序方法[2]。在一個多屬性決策問題中，分別假設(shè)理想解x*和負(fù)理想解x0，其中，理想解x*是虛擬的最佳方案，負(fù)理想解x0是虛擬的最差方案，然后將各備選方案與正負(fù)理想解的歐氏距離進(jìn)行比較，最后據(jù)此得出各備選方案的優(yōu)先序。

利用TOPSIS法求解多屬性決策問題概念簡單，易于理解，故該方法自問世以來得到了廣泛應(yīng)用。由于各評價(jià)指標(biāo)的重要程度不同，在采用TOPSIS法進(jìn)行決策分析時需要確定各指標(biāo)的權(quán)重，通常使用的方法有專家打分法、層次分析法等主觀法和熵權(quán)法、主成分分析法等客觀法。

1.2 方法步驟

1）建立指標(biāo)矩陣

設(shè)有n個評價(jià)對象，p個評價(jià)指標(biāo)（如p個評價(jià)指標(biāo)中有逆向指標(biāo)或適度指標(biāo)，則將其正向化），得到原始指標(biāo)矩陣如下：

式中，xij為第i個對象的第j個指標(biāo)。

2）建立規(guī)范決策矩陣

由于各指標(biāo)的量綱、變化范圍等有所不同，為了更好地反映實(shí)際的指標(biāo)變化情況，需要對原始矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理，得到規(guī)范決策矩陣：Y={yij}。

3）建立加權(quán)規(guī)范矩陣

設(shè)第j項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重為wj，加權(quán)規(guī)范矩陣為R={rij}。

式中，rij=wjyij。

4）確定理想解與負(fù)理想解

由各項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)值和最劣值分別構(gòu)成理想解X*和負(fù)理想解X0。X*=(x1*, x2*,…, xp*)，X0=(x10, x20,…, xp0)。

5）計(jì)算各方案與正負(fù)理想解的歐氏距離

方案xi到理想解的歐式距離為：

圖1 層次分析模型Fig.1 Hierarchical analysis model

方案xi到負(fù)理想解的歐式距離為：

6）計(jì)算各方案到理想解的相對接近度：

式中，di0為方案xi到負(fù)理想解的歐式距離，di*為方案xi到理想解的歐式距離。

7）按相對接近度的大小排序，ci*越大，表明方案xi越接近最優(yōu)水平。

2 基于層次分析法的權(quán)重設(shè)置

2.1 建立層次分析模型

層次結(jié)構(gòu)一般分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層3層，在本文中，可建立如圖1所示的層次分析模型。

評價(jià)的目的是比較幾種可再生能源發(fā)電績效的高低，故目標(biāo)層為可再生能源發(fā)電績效的得分；準(zhǔn)則層包括經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、資源以及環(huán)境幾方面因素；由準(zhǔn)則層引出的具體指標(biāo)包括發(fā)電成本、裝機(jī)容量、能源加工轉(zhuǎn)化效率等8個指標(biāo)。模型的建立遵循任意兩個因素不重疊和每一層所列因素盡可能大地包含上一層全部內(nèi)容兩個原則[3]。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)專家打分結(jié)果構(gòu)造一級指標(biāo)判斷矩陣見表1。

表1 一級指標(biāo)權(quán)重判斷矩陣Table 1 First-order indicator weight judgment matrix

表2 隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的值Table 2 Value of the random consistency indicator RI

得到判斷矩陣：

利用方根法，將矩陣A各行進(jìn)行乘積并歸一化，得到特征向量：

W=[0.2814，0.2343，0.2814，0.2029]T

2.3 計(jì)算判斷矩陣的最大特征根

最大特征根 λmax=1/n∑i(AW)i/Wi= 4.003119。

2.4 一致性檢驗(yàn)

CI為一致性指標(biāo)，通過將CI與平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI進(jìn)行比較，可以檢驗(yàn)判斷矩陣是否具有滿意的一致性。隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的值見表2。

CR=CI/RI，若CR≤0.10，則認(rèn)為該判斷矩陣具有完全一致性，計(jì)算得到的權(quán)重系數(shù)Wi可以較好地反映上一級指標(biāo)中各指標(biāo)的相對重要程度；若CR>0.10，則需要重新考慮所建立的權(quán)重判斷矩陣[4]。

根據(jù)表2可以查出當(dāng)階數(shù)為4時，RI=0.9，故CR=CI/RI=0.001156，CR<0.10，通過一致性檢驗(yàn)。

同理，計(jì)算下級指標(biāo)權(quán)重，最后得到可再生能源發(fā)電績效評價(jià)指標(biāo)權(quán)重見表3。

3 可再生能源發(fā)電績效評價(jià)

3.1 建立指標(biāo)矩陣

參考國內(nèi)行業(yè)研究報(bào)告、國家發(fā)改委研究報(bào)告、中國科學(xué)院及科學(xué)技術(shù)部的新能源科技路線圖等資料，得到各項(xiàng)指標(biāo)的值見表4，并得到原始矩陣X與規(guī)范化矩陣Y。

表3 可再生能源發(fā)電績效評價(jià)指標(biāo)權(quán)重表Table 3 Weight table for indicators pf renewable energy power generation performance evaluation

表4 各項(xiàng)指標(biāo)賦值Table 4 Assignment of various indicators

3.2 建立加權(quán)規(guī)范矩陣

根據(jù)已知的權(quán)重矩陣W與規(guī)范指標(biāo)矩陣Y計(jì)算得加權(quán)規(guī)范矩陣R：

3.3 計(jì)算各方案到理想解與負(fù)理想解的距離

本文共有4個評價(jià)對象，理想解與負(fù)理想解分別為X*=(0,1,1,1,1,1,0,0)，X0=(1,0,0,0,0,0,1,1)，根據(jù)公式分別求得每個對象到理想解與負(fù)理想解的歐式距離：

3.4 計(jì)算相對接近度并排序

根據(jù)公式求得4個方案到理想解的相對接近度分別為：

按照相對接近度大小排序，可得最接近理想解的方案為水力發(fā)電，其次為風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電，最遠(yuǎn)離理想解的方案為生物質(zhì)發(fā)電。

4 結(jié)論

本文將TOPSIS法應(yīng)用于可再生能源發(fā)電績效評價(jià)中，在權(quán)重的確定上采用了層次分析法，建立了績效評價(jià)的指標(biāo)體系，對水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電及生物質(zhì)發(fā)電4種發(fā)電技術(shù)的績效進(jìn)行了比較，從而可以清楚地看到這幾種技術(shù)的績效排序。本文在評價(jià)過程中盡可能做到客觀準(zhǔn)確，但由于作者水平所限，文中可能存在不足之處，希望能對可再生能源發(fā)電的發(fā)展具有一定參考價(jià)值。