基于物元綜合模型的重點耗能企業(yè)電力能效評價研究

盧思瑤，陳　纓，張振雨

(1. 國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都　610072；2. 東方電氣股份有限公司，四川 成都　610036)

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基于物元綜合模型的重點耗能企業(yè)電力能效評價研究

盧思瑤1，陳纓1，張振雨2

(1. 國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都610072；2. 東方電氣股份有限公司，四川 成都610036)

摘要：隨著中國能源與環(huán)境問題的加劇，加強節(jié)能減排，提升用電能效，已成為重點耗能企業(yè)亟待決絕的課題。針對已有的電力能效評價研究較為依賴決策者的主觀判斷且忽視了指標之間存在不相容性這些不足，從經濟、技術和管理3個層面構建了基于物元的重點耗能企業(yè)電力能效評價模型，并以國內某重點耗能企業(yè)為例進行實證研究。結果表明，物元模型不僅能評價重點耗能企業(yè)電力能效的綜合水平，還能揭示其電力能效管理中存在的問題。這為重點耗能企業(yè)電力能效管理的改進指明方向。

關鍵詞：重點耗能企業(yè)；電力能效評價；物元綜合模型；關聯(lián)度

Abstract：With the intensification of energy and environmental problems in China, strengthening energy saving and emission reduction and improving power efficiency have become a decisive and urgent task for key energy-consuming enterprises. Focusing on the fact that less attention is paid to the objectivity of index assignment and the incompatibility between the indexes, a matter-element synthetical model of power energy efficiency evaluation is constructed for key energy-consuming enterprises in China, and the model is used for an empirical research. The results show that the matter-element synthetical model not only can evaluate the comprehensive power energy efficiency level of key energy-consuming enterprises, but also can reveal the power energy efficiency problems in these enterprises, which points out a direction for power energy efficiency management of key energy-consuming enterprises in China.

Key words：key energy-consuming enterprises; energy efficiency evaluation; matter-element synthetical model; correlation

0引言

能源是社會經濟發(fā)展的基礎。在傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展模式的推動下，中國通過大量的能源消耗換來了快速增長的30年。《世界能源發(fā)展報告2015》顯示，2014年中國一次性能源消費總量高達到38.4億噸標準煤，占世界能源總消耗量的21.50%，高居世界第一。能源消耗量的快速增長，不僅加劇了能源供需的矛盾，也給生態(tài)環(huán)境造成了巨大的污染，能源與環(huán)境問題已經成為制約中國經濟進一步發(fā)展的兩大難題。

面對新的發(fā)展形勢，加強節(jié)能減排，提升用電能效，已成為重點耗能企業(yè)的必然選擇；但同時應當看到，長期以來，中國電力能效的監(jiān)測與評價的學術工作進展緩慢，這使得許多已經實施或正在醞釀的電力能效的政策和決策一直缺乏清晰的理論指導，因此，如何在能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力下，構建一套適合于中國重點耗能企業(yè)的電力能效評價方法和體系，為重點耗能企業(yè)的合理用電以及生產優(yōu)化提供指導，逐漸成為了學術界研究的焦點。

從已有的理論研究來看，目前對耗能企業(yè)的電力能效評價的研究主要集中在以下幾個方面：1)基于層次分析法的電力能效評價。文獻[1]在構建水泥企業(yè)用電能效評價指標體系的基礎上，運用層次分析法進行了相應的能效評價，并結合評估結果給出了相關的完善建議。文獻[2]從定性與定量兩個維度構建了企業(yè)用電能效評價模型，并以化工企業(yè)為具體對象對上述評價模型的科學性以及合理性進行了檢驗。2)基于數(shù)據(jù)包絡分析法的電力能效評價。文獻[3]運用包絡分析法對火電廠發(fā)電機組的用電能耗進行了評價和優(yōu)化，并通過優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)比較驗證了上述方法對火電廠改善用電效率的積極影響。文獻[4]運用包絡模型對2003—2010年間中國電力產業(yè)的總體能源效率進行了評價，并進一步揭示能源效率變化的原因。3)基于綜合模型的電力能效評價。文獻[5-6]構建了一個層次分析法和熵權法相融合的綜合模型，力圖克服決策者主觀評價信息的影響，以提高電力能效項目用電效率評價的科學性。文獻[7]構建了層次分析法，灰色關聯(lián)法和模糊評價法相融合的制造企業(yè)能效評價模。文獻[8]構建了G1群組判斷、熵權法以及主成分分析法相融合的能效評價模型。這為耗能企業(yè)的用電能效的科學評價提供了新的思路。

以上的研究，為耗能企業(yè)的用電能效評價與優(yōu)化提供了較好的理論指導。但同時應當看到，現(xiàn)有的理論研究還存在一定的不足：首先，無論是層次分析法、還是包絡法、熵權法，都普遍較強地依賴決策者的主觀判斷，客觀性不夠；其次，雖然一些學者逐漸嘗試多種方法相融合的構建思路，但大多忽視了各評價指標結果之間不相容性的問題。針對以上不足，將引入物元綜合評價這一新方法[9-10]，構建一套適用于重點耗能企業(yè)用電能效評價的指標體系。此理論創(chuàng)新在于，力圖將指標重要性的主觀判斷、數(shù)據(jù)的客觀處理以及指標間的不相容性納入到統(tǒng)一的分析框架中，進而為重點耗能企業(yè)的用電能效管理提供理論指導和參考。

1重點耗能企業(yè)電力能效評價體系設計

構建完整的指標評價體系，是開展重點耗能企業(yè)電力能效綜合評價的第一步。基于電力能效指標體系的設置原則以及成熟經驗[1，5]，同時結合中國重點耗能企業(yè)的用電結構、產品結構、生產工藝以及能源管理的特點，通過綜合考慮，構建了重點耗能企業(yè)能效評價指標體系。該指標體系包括經濟、技術和管理3個一級指標體系和11個二級指標體系。其中，一級經濟能效指標包括單位產品工序電力能耗、單位產值綜合電力能耗以及節(jié)能率3個二級指標，一級技術能效指標包括變壓器效率、電壓總諧畸變率、電動機運行效率以及電熱設備電能利用率4個二級指標，一級管理能效指標包括供電系統(tǒng)測量及監(jiān)控完備率、節(jié)能規(guī)劃以及規(guī)章制度與日常管理3個二級指標。具體的指標構成以及指標標識見圖1。

2物元綜合評價模型的構建

2.1物元的概念及其評價邏輯

物元分析是用于研究和解決不相容問題的科學理論與方法。在物元分析時，識別物元是第一步。對于任一事物N，可以用特征c和量值v對其進行表述，這個由N、c、v所構成的有序三元組R=(N,c,v)就是物元。物元綜合評價方法的基本邏輯如下：首先，根據(jù)事物已有的數(shù)據(jù)對評價對象進行分級處理，并設定各等級的邊界數(shù)據(jù)范圍；其次，將評價對象的指標值代入相關等級的集合中進行多決策指標評價；最后，將評價結果與各等級集合的關聯(lián)度大小進行比較，關聯(lián)度越大，表示評價結果與對應的等級集合的默契程度越佳。

2.2重點耗能企業(yè)電力能效評價物元矩陣的確定

圖1　高耗能企業(yè)電力能效評價指標體系

根據(jù)物元的定義，重點耗能企業(yè)電力能效評價的物元矩陣可用式(1)表示：

(1)

式中：R為重點耗能企業(yè)電力能效評價物元；N為重點耗能企業(yè)的電力能效水平；ci為重點耗能企業(yè)電力能效的指標，其中i=1，2，…，11，記作c=(c1,c2,……,c11)T；vi為N關于ci的量值，記作v=(v1,v2,……,v11)T。

2.3重點耗能企業(yè)電力能效評價經典域與節(jié)域的確定

根據(jù)式(1)所展示的重點耗能企業(yè)電力能效評價物元矩陣，可得重點耗能企業(yè)電力能效的經典域為

(2)

式中:Rj為重點耗能企業(yè)電力能效評價物元；Nj為所劃分的j個評價等級(等級的多少根據(jù)實際情況確定)；ci為第i個指標；vji為Nj關于指標ci的量值范圍，即各個等級關于對應的評價指標標準值的經典域，可用vji=來表示；aji為特征ci取值下限值；bji為特征ci取值上限值。

相應的，重點耗能企業(yè)的電力能效的節(jié)域可以描述為

(3)

式中:Rp為重點耗能企業(yè)電力能效評價指標允許取值范圍的物元；P為重點耗能企業(yè)電力能效等級的全體；vPi(i=1，2，…，11)分別為P關于ci的取值范圍，即P的節(jié)域，記為vPi=(i=1，2，…，11)，取值的允許范圍應滿足vji?vPi。

2.4指標各等級的關聯(lián)度的確定

關聯(lián)度用于表示重點耗能企業(yè)電力能效評定指標關于各評價等級j的歸屬程度，用Kj(vi)描述可拓集合關聯(lián)度，它的取值范圍為整個實數(shù)軸。關聯(lián)函數(shù)計算值如式(4)所示:

(4)

計算Kj(vi)時，即j=1當時，在進行第1等級判定計算時，對于正指標(指實際值越大，在能效評價中所起正面效應越大的指標)，如果出現(xiàn)vi≥(aPi+bPi)/2或者對于負指標(指實際值越小，在能效評價中所起負面效應越大的指標)，如果出現(xiàn)vi≤(aPi+bPi)/2，則用式(5)進行計算:

(5)

2.5重點耗能企業(yè)電力能效水平第j等級關聯(lián)度的判定

如果指標ci的權系數(shù)為λi(i=1,2,…,11)且∑λi=1，則

(6)

值Kj(p0)表示p屬于p0的程度。進一步若

Kj(p0)=maxKj(p0)

(7)

則評定重點耗能企業(yè)電力能效水平為j等級。

從作用來看，重點耗能企業(yè)電力能效的物元評價模型的關聯(lián)度比模糊數(shù)學的隸屬度所代表的內涵更為豐富，它能揭示出更多的分異信息。當Kj(p0)>0時，表示重點耗能企業(yè)電力能效水平符合第j級標準的要求，且值越大，符合程度越高；當-1≤Kj(p0)≤0時，表示重點耗能企業(yè)電力能效水平不符合第j級標準的要求，但具備轉化為該級標準的條件，且值越大，越易轉化；當Kj(p0)<-1時，表示重點耗能企業(yè)電力能效水平不符合j級標準的要求，且不具備轉化為該級標準的條件，其值越小，表示與某級評判標準的差距就越大。

3案例分析

某公司創(chuàng)建于1958年，是中國大型的重型機械制造企業(yè)。經過數(shù)十年的持續(xù)發(fā)展，公司目前總資產已逾百億元，擁有各類生產設備七千余臺;可完成400t級優(yōu)質鋼錠的澆筑、600t級優(yōu)質鍛件的鍛造以及770t級優(yōu)質鋼水的冶煉，并可完成大型復雜構建的加工；具備較強的公路、水路、鐵路等綜合遠程運輸能力；具備從后端冶煉、鍛造、熱處理、機械加工、裝配等到前端售后服務的一體化能力。但近年來隨著企業(yè)規(guī)模的不斷壯大，電力能耗問題逐漸凸現(xiàn)，并成為制約公司發(fā)展的關鍵一環(huán)。下面引入物元綜合模型對某公司的電力能效進行評價，找出其存在的問題并進行相應改善。在電力能效等的評定上，將其分為4個等級，分別為“高”、“較高”、“中等”和“低”

表1　某公司電力能效評價指標關聯(lián)度輸出表

3.1數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理

對于那些不能通過客觀數(shù)據(jù)量化的指標，采取主觀打分法來確定具體指標的優(yōu)劣，在操作上，選擇了5位電力行業(yè)的能效專家或學者對某公司電力能耗評價指標各個層級進行打分，然后運用層次分析法yaaph軟件，計算各指標層級的權重系數(shù)。而對可以通過量化得到的指標，則通過無量綱化的處理后評分。運用式(4)計算該公司電力能效評價系統(tǒng)中各二級指標在各等級下的關聯(lián)度，進一步，運用式(6)和式(7)，最終可以得到該公司電力能效指標關聯(lián)度和綜合評價等級。相關的結果如表1所示。

3.2結果分析

從表1的結算結果來看，雖然某公司最終的電力能效綜合評價為“較高”等級，但在11項參與評價的指標中，有5項指標的評價僅為“中等”等級，低于綜合評價水平。這意味著，對某公司而言，如果要在未來的能效管理中確保自身的用電能效處于較高水平狀態(tài)，那么提高單位產品工序電力能耗、節(jié)電率、電壓總諧畸變率、電動機運行效率、電能配送線損率這幾項指標的表現(xiàn)就變得勢在必行。

通過以上的案例計算分析可以發(fā)現(xiàn)，物元綜合評價模型不僅能對重點耗能企業(yè)綜合電力能效進行評價，而且還可以分析各項具體指標的表現(xiàn)，能夠幫助重點耗能企業(yè)迅速地找出制約企業(yè)電力能效的問題所在，這為重點耗能企業(yè)電力能效管理的改進指明方向。

4結語

隨著中國能源與環(huán)境問題的不斷凸顯，提升電力能效已成為重點耗能企業(yè)亟待解決的課題。基于這一背景，通過將電力能效指標重要性的主觀判斷、數(shù)據(jù)的客觀處理以及指標間的不相容性納入到統(tǒng)一的分析框架中，構建了重點耗能企業(yè)用電能效的物元綜合評價模型，并以某公司為例，對這一模型的實用性進了考察。結果顯示：基于物元的重點耗能企業(yè)電力能效評價模型，可以較好地揭示重點耗能企業(yè)的綜合電力能效水平以及能效管理中存在的問題，進而為電力能效的進一步提升提供了可行的操作思路。

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中圖分類號：F062.9

文獻標志碼：A

文章編號：1003-6954(2016)02-0064-05

作者簡介：

盧思瑤(1986)，碩士研究生、工程師，研究方向為電力營銷與供應鏈；

陳纓(1967)，碩士研究生、高級工程師，國網四川省電力公司博士后創(chuàng)新實踐基地博士后合作導師，研究方向為電力營銷與能效評價；

張振雨(1981)，工程師、碩士研究生，研究方向為電力供應鏈。

(收稿日期：2015-12-22)