高耗能企業的用電能效分析

朱群波，郝思鵬

(南京工程學院 電力工程學院，江蘇 南京 211167)

0 引 言

對企業進行合理有效的能效評估不僅可以幫助企業掌握能效水平、改進生產工序、降低電能損耗以及減少生產成本，還可以為相關部門制定行業標準提供有力依據。目前，國內已有學者對工業用戶的能效評估展開研究。文獻[1]通過K-means聚類分析將企業分為5類，對各個生產單元的生產、照明及空調系統進行評估，最后全面考慮各單元影響因素，得出綜合評估結果。文獻[2]針對中小企業，從技術、經濟和管理能效三方面建立指標體系，但其一、二級指標權重矩陣的得出具有很強的主觀性，存在較大誤差。文獻[3]依據熵權法和專家打分法確定權重，定義企業的節能減排效果到理想點和負理想點的偏離度，并將其作為評估標準，得出企業的評估結果。

本文在已有研究成果的基礎上，建立了高耗能企業能效水平多層指標評估體系。考慮企業能效狀態可能對經濟性、運行參數和電能污染等三方面造成的影響，將AHP和熵權法結合使用，得到各指標權重及綜合權重矩陣[4-5]。依據指標特性進行分類，應用不同類型指標對應的隸屬函數和評語集對應分數求得指標評分值，再將分值與權重逐一對應，構成合理有效的評估體系。最后，根據評估結果,分析企業能效水平和可能的改進方案。

1 評估體系的建立

根據實際采集數據的便利性和可能性，將數據歸為三類。首先，企業的利潤和用電量大小等數據必然是評估的重點，因此建立生產信息指標；其次，將企業生產的效率和可靠性因素建立為電能信息；最后將體現企業迎合節能減排要求的因素建立為用電管理信息，指標體系如圖1所示。

圖1 企業能效評估指標體系

2 權重計算方法

高耗能企業的能效狀態會對經濟性、運行參數和電能污染三方面產生影響，將具有主觀特性的AHP法和客觀特性的熵權修正法結合，計算各個指標的權重。

2.1 層次分析

將指標體系中各指標按照重要度進行相互比較，構建出判斷矩陣P。將經濟性、運行參數和電能污染三個方面的受影響程度記為X、Y、Z。根據實際生產經驗，令X∶Y∶Z=0.4∶0.3∶0.3,同時有X+Y+Z=1。

1)經濟性受影響程度

將經濟性各指標受企業能效水平的影響視作1，則其各項指標間的受影響之比為α1∶β1∶γ1∶δ1∶ε1，設定兩兩指標間的比值相同，結果如表1所示。

表1 經濟性指標與企業評估指標對應關系

2)運行參數受影響程度

將運行參數各指標受企業能效水平的影響視作1，則其各項指標間的受影響之比為α2∶β2∶γ2∶δ2，設定兩兩指標間的比值相同，結果如表2所示。

表2 運行參數指標與企業評估指標對應關系

3)電能污染受影響程度

將電能污染各指標受企業能效水平的影響視作1，則其各項指標的受影響之比為α3∶β3∶γ3∶δ3，設定兩兩指標間的比值相同，結果如表3所示。

表3 電能污染指標與企業評估指標對應關系

將表1～表3中各指標對應的總重要度整理排序，結果如表4所示。

表4 二級指標總重要度匯總表

將各個參數設定值代入表4，得到總重要度矩陣Z=[1/50 3/25 3/50 1/50 51/800 17/80 57/400 7/200 63/400 17/200 51/800 1/50]。用0～9來反映兩指標間的重要度比值，數值越大表明第m個指標相對第n個指標的重要程度越高，比值不在0～9內時做適當調整。

使用特征值法，求得λmax=13.262 7和權重向量Q=0.01×[1.85 11.14 5.57 1.85 9.80 19.07 13.26 3.25 14.64 7.90 9.80 1.85]。將λmax代入CI=(λmax-n)/(n-1)，CR=CI/RI，可知判斷矩陣P滿足一致性檢驗。

2.2 熵權法

將AHP與熵權法結合，可消除部分主觀誤差。熵權法步驟如下：

(1)將判斷矩陣P行歸一化得矩陣R。

(2)計算各指標熵值得到熵值矩陣S。

(1)

(2)

S=[s1s2s3…sn]

求得熵值矩陣S=0.01×[7.77 7.79 7.79 7.77 10.66 6.49 7.77 7.79 8.87 8.87 10.66 7.77]。

(3)計算綜合權重矩陣T。

(3)

T=[t1t2t3…tn]

則有T=[0.02 0.1 0.05 0.02 0.13 0.15 0.12 0.03 0.16 0.08 0.13 0.02]。

3 指標的模糊評分

評語集通過設定多個等級區分指標的優劣，隸屬函數通過分段函數計算出指標的評分，將分值與評語對應就可以掌握指標水平。

3.1 評語集的設定

使用{好，中，差}作為評估企業能效水平的評語集，三個等級的評語對應的隸屬函數分別為η1、η2和η3。

3.2 隸屬函數的選定

本文選用三角型隸屬函數，根據各指標的期望數值，將其劃分為趨大型、趨小型和區間型,其中:N11、N13、N14、N21、N22、N24、N31、N32、N34屬于趨大型；N12、N33為趨小型；N23為區間型。

1)區間型隸屬函數

令b32、b31為區間型指標的閾值上下限，b22、b12為區間型指標期望值的上下限，并令b22為b12和b32的中間值，b21為b31和b11的中間值。區間型指標的隸屬函數式如式(4)～式(6)所示，隸屬函數圖如圖2所示。

圖2 中間型隸屬函數圖

(4)

(5)

(6)

2)趨大型、趨小型隸屬函數

趨大型和趨小型指標的運算機理與區間型相似，不再贅述。

F=[F1F2F3…Fn]

4 算例分析

本文采集鹽城市某機械制造企業2019年度數據，計算得到評分矩陣F=[83 85 85 84 79 93 87 89 93 74 91 65]，利用式F總=TFT計算得到F總=87.35。將二級指標評分矩陣F與一級指標評分和總評分整理，具體如表5所示。

表5 各級指標評分值

令F總的評語集{好，中，差}對應評分區間依次為85～100、70～85、70分以下，則該機械制造企業的能效水平對應于評語“好”，這表明該企業的生產能效處于較為理想的狀態。分析各二級指標:A21評分較低，表明企業未能合理安排生產工序，造成了某些時段負荷過大，使得日負荷率未能達到工業企業國家標準，且可能造成供電質量下降；A32評分較低，表明企業每年用于技術升級改造的資金較少，不利于提升自身節能降耗能力，將會使生產能耗水平高于同類型企業，進一步壓縮了利潤空間；A34評分較低說明企業在廠區內部投入的新能源發電模塊較少，該企業可以適當增加光伏等類型的發電裝置，已降低用電成本，提升能效水平。

5 結束語

本文著眼于企業生產能效對經濟性、運行參數和電能污染三方面的影響，計算出各指標的綜合權重。根據模糊評分理論，計算出模糊評分并綜合形成評分矩陣，最后與權重結合計算出總評分F總。所提方法為企業節能減排、提高自身生產效能提供了技術支持，具有較好的實用性。