面向低碳的海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)研究

中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司 徐秋磊

在《巴黎協(xié)定》的框架之下，作為全球碳排放量最多的國(guó)家，中國(guó)提出2030年的單位GDP 碳排放要比2005年下降60%～65%，非化石能源占比要提升到20%左右。為了加快清潔能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)和高效利用，中國(guó)提出到2030年清潔能源發(fā)電裝機(jī)占比達(dá)到59%，發(fā)電量占比達(dá)到48%。

憑借海風(fēng)資源的穩(wěn)定性、發(fā)電功率大和環(huán)境影響小的特點(diǎn)，海上風(fēng)電近年來(lái)正在作為核心電源來(lái)推動(dòng)未來(lái)全球低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。截至2019年底全球已投運(yùn)海上風(fēng)電場(chǎng)共146個(gè)、累計(jì)裝機(jī)容量27.2GW，2020年全球海上風(fēng)電總?cè)萘砍^(guò)35吉瓦，在過(guò)去5年中增長(zhǎng)106%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)裝機(jī)100MW、年利用小時(shí)數(shù)2000h 的風(fēng)電場(chǎng)一年可大約節(jié)約煤炭15.22萬(wàn)t，大約減少碳排放30.44萬(wàn)t。因此，貫徹落實(shí)國(guó)家的低碳發(fā)展戰(zhàn)略部署，發(fā)展可再生能源、特別是海上風(fēng)電，加快實(shí)施低碳建設(shè)與發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)清潔高效可持續(xù)目標(biāo)的重要途徑。

現(xiàn)有的海上風(fēng)電評(píng)價(jià)研究主要聚焦于單一的經(jīng)濟(jì)性、可靠性等單一目標(biāo)。比如在經(jīng)濟(jì)性方面，文獻(xiàn)[1]采用控制單一變量法，研究上網(wǎng)電價(jià)、發(fā)電量、建設(shè)周期等因素對(duì)風(fēng)電項(xiàng)目整體經(jīng)濟(jì)效益的影響。在可靠性方面，文獻(xiàn)[2]通過(guò)度電成本分析建立成本-效益模型，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備的可靠性、可利用率決定了海上風(fēng)電的運(yùn)維成本和度電成本的水平。文獻(xiàn)[3]分析了海上風(fēng)電的運(yùn)維系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需求和可靠性特點(diǎn)，最后提出了對(duì)海上風(fēng)電運(yùn)維管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)建議。

參考以上文獻(xiàn)，本文結(jié)合海上風(fēng)電的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，對(duì)面向低碳的海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)展開(kāi)研究。從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、環(huán)保性和安全性四個(gè)方面入手，建立合理的海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)體系。同時(shí)創(chuàng)新性的提出了基于G2法-CRITIC法的混合交叉賦權(quán)方法。最后采用貼近度代替原物元可拓中的隸屬度函數(shù)，其評(píng)價(jià)結(jié)果更具合理性與真實(shí)性。

1 海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及模型

首先，與陸上風(fēng)電相比海上風(fēng)電的運(yùn)維成本較高，同時(shí)海上風(fēng)電的施工時(shí)間要根據(jù)海況、潮位等確定；其次，海上風(fēng)電所處的環(huán)境是強(qiáng)風(fēng)、高鹽、高濕環(huán)境，風(fēng)電的設(shè)計(jì)、選材等都需充分考慮其可靠性；然后，隨著風(fēng)電布局逐步向中東部和南方地區(qū)轉(zhuǎn)移，海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)的環(huán)保問(wèn)題日益重要；最后，根據(jù)最新報(bào)告顯示，2019年全球海上風(fēng)電行業(yè)共發(fā)生252起“高風(fēng)險(xiǎn)事故”和62起人身傷害事故，數(shù)量大幅上升。基于以上各種因素，海上風(fēng)電必須均衡發(fā)展，本文從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、環(huán)保性和安全性出發(fā)，分別選取具有代表性的海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)如下：經(jīng)濟(jì)性（A）。單位度電成本A1，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值A(chǔ)2，投資回收期A3；可靠性（B）。風(fēng)電機(jī)組年平均可利用率B1，海上風(fēng)電群體參與度B2，能量可利用率B3；環(huán)保性（C）。綜合能耗率C1，約束煤炭資源消耗量C2，減少溫室氣體排放量C3；安全性（D）。海上風(fēng)電機(jī)組適應(yīng)性D1，海上風(fēng)電技術(shù)成熟度D2，平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間D3。

基于G2法-CRITIC 法的混合交叉賦權(quán)方法。為避免G2法或CRITIC 法單獨(dú)確定權(quán)重?zé)o法反映實(shí)際數(shù)據(jù)客觀信息或決策者主觀意圖的弊端，本文通過(guò)評(píng)價(jià)指標(biāo)包含的信息量確定指標(biāo)間的重要程度之比代替G2法中的專家主觀判斷，創(chuàng)新性的提出了基于G2法-CRITIC 法的混合交叉賦權(quán)方法。

改進(jìn)物元可拓綜合評(píng)價(jià)模型。物元可拓理論通過(guò)建立經(jīng)典域、節(jié)域和評(píng)價(jià)等級(jí)，根據(jù)指標(biāo)的實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)確定評(píng)價(jià)對(duì)象的等級(jí)[4]。原物元可拓模型采用隸屬度函數(shù)，但在評(píng)價(jià)過(guò)程中可能丟失大量信息，導(dǎo)致一些評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際不符。本文采用貼近度代替隸屬度函數(shù)，分析各指標(biāo)對(duì)工程建設(shè)的集化程度。第k個(gè)指標(biāo)在第t 個(gè)等級(jí)下的貼近度計(jì)算公式如下：

2 案例研究

本文結(jié)合J 省現(xiàn)有的S 海上風(fēng)電案例背景利用本文建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型進(jìn)行實(shí)證研究，并就評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

S 海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)收集。向海上風(fēng)電運(yùn)行單位收集S 項(xiàng)目可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，由相關(guān)領(lǐng)域根據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)將收集到的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行打分，其指標(biāo)、指標(biāo)數(shù)據(jù)及歸一化結(jié)果為：A1，1.12元/kWh，0.71；A2，12.37億元，0.87 ；A3，10.5年，0.68 ；B1，99.25%，0.88 ；B2，92.43%，0.82；B3，97.84%，0.91；C1，0.14噸 標(biāo) 煤/萬(wàn) 元，0.59；C2，1425.34億t，0.74；C3，3746.85億t，0.77；D1，84分，0.84；D2，86分，0.86；D3，3726h，0.93。

S 海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算。經(jīng)過(guò)10位有經(jīng)驗(yàn)的相關(guān)專家集中討論，最終確定海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)中最不重要的一個(gè)指標(biāo)：能量可利用率B3。研究引入15個(gè)已建設(shè)投運(yùn)的類似項(xiàng)目案例的相關(guān)數(shù)據(jù)，獲得第k 個(gè)指標(biāo)的信息量進(jìn)行計(jì)算（表1），根據(jù)指標(biāo)信息量可得到第k 個(gè)指標(biāo)的混合交叉權(quán)重wk（表2），可看出對(duì)海上風(fēng)電可持續(xù)性影響最大的指標(biāo)是海上風(fēng)電群體參與度，權(quán)重為0.1977，因?yàn)槿鐣?huì)只有充分了解海上風(fēng)電才會(huì)使得項(xiàng)目可持續(xù)。由于本文研究的是面向低碳的海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)，所以海上風(fēng)電的環(huán)保性指標(biāo)也占有很大的比重，環(huán)保性指標(biāo)權(quán)重總和為0.1965。

表1 S 項(xiàng)目可持續(xù)性各指標(biāo)信息量

表2 S 項(xiàng)目可持續(xù)性評(píng)價(jià)各指標(biāo)的權(quán)重

S 海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)確定。將海上風(fēng)電的可持續(xù)性評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為5個(gè)不同的層次：差N1、較差N2、一般N3、較好N4、好N5。經(jīng)過(guò)10位有經(jīng)驗(yàn)的海上風(fēng)電運(yùn)行管理人員和海上風(fēng)電相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)判斷，獲得海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)的經(jīng)典域Rt。采用公式（1）計(jì)算第k 個(gè)指標(biāo)在第t 個(gè)等級(jí)下的貼近度，結(jié)果如表3。結(jié)合已計(jì)算的指標(biāo)權(quán)重結(jié)果和公式計(jì)算該項(xiàng)目可持續(xù)性評(píng)價(jià)等級(jí)的綜合貼近度為式2～6。因?yàn)镵4(p0)=max{Kt(p0)}，表明該項(xiàng)目可持續(xù)性對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)為“較好”。本文評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型的建立為即將建設(shè)的海上風(fēng)電的投資決策提供了參考。

表3 第k 個(gè)指標(biāo)在第t 個(gè)等級(jí)下的貼近度

綜上，憑借海風(fēng)資源的穩(wěn)定性、發(fā)電功率大和環(huán)境影響小的特點(diǎn)，海上風(fēng)電正在推動(dòng)未來(lái)全球低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本文在這樣的背景下對(duì)面向低碳的海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)與分析進(jìn)行了研究，主要結(jié)論如下：結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、環(huán)保性和安全性建立海上風(fēng)電可持續(xù)性評(píng)價(jià)體系；從權(quán)重結(jié)果可看出，對(duì)海上風(fēng)電可持續(xù)性影響最大的指標(biāo)是海上風(fēng)電目群體參與度和財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值，環(huán)保性指標(biāo)也占有很大的比重；采用貼近度代替原物元可拓評(píng)價(jià)模型的隸屬度函數(shù)，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更具合理性，同時(shí)也為即將建設(shè)的海上風(fēng)電的投資決策提供了參考。