基于Fuzzy法的屋頂光伏建設(shè)綜合評(píng)價(jià)研究

廖 濤, 鄭建華, 張建飛, 羅輝勇, 李培軍, 毛 楊

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0 引言

推廣光伏發(fā)電是“雙碳”目標(biāo)達(dá)成過程中的重要措施,而屋頂光伏建設(shè)是光伏發(fā)電的重要方式,專家在屋頂光伏建設(shè)的發(fā)電潛力和財(cái)務(wù)分析等方面進(jìn)行了探索研究。文獻(xiàn)[1]探究了屋頂光伏電站施工技術(shù),并以具體實(shí)例闡明了施工過程中的技術(shù)要點(diǎn);文獻(xiàn)[2]分析了屋頂光伏的發(fā)電潛力,并介紹了3種發(fā)電潛力評(píng)估方法;文獻(xiàn)[3]分別從財(cái)務(wù)角度對(duì)屋頂光伏進(jìn)行了分析。

這些文獻(xiàn)均從某個(gè)方面對(duì)屋頂光伏建設(shè)進(jìn)行了分析和評(píng)估,但屋頂光伏建設(shè)目前缺乏一種通用合理的綜合評(píng)價(jià)體系和方法。本文對(duì)屋頂光伏建設(shè)進(jìn)行了全面梳理,為使評(píng)價(jià)更合理,通過Fuzzy法結(jié)合序關(guān)系分析法的綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)屋頂光伏建設(shè)展開評(píng)價(jià)。

1 屋頂光伏建設(shè)指標(biāo)分析

由于涉及的內(nèi)容較多,各方面均選取最核心要素,構(gòu)成評(píng)價(jià)體系。其中技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益各分項(xiàng)及評(píng)價(jià)體系如圖1所示。

圖1 屋頂光伏建設(shè)雙層評(píng)價(jià)體系

1.1 技術(shù)效益

光伏組件的質(zhì)量和性能:在評(píng)估光伏組件時(shí),需要關(guān)注的指標(biāo)包括組件的轉(zhuǎn)換效率、溫度系數(shù)、光照強(qiáng)度、衰減率等。

光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量:在設(shè)計(jì)過程中,要充分考慮屋頂?shù)姆轿弧A斜角、遮擋等因素,以優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能。

光伏系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù):考慮定期檢查、清潔和維修,提高發(fā)電效率。

光伏系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性:應(yīng)關(guān)注光伏電池組件、逆變器等設(shè)備的安全性能,以及光伏系統(tǒng)并網(wǎng)穩(wěn)定性和故障率等。

1.2 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益包括光伏系統(tǒng)的投資成本、電費(fèi)收益和成本、回收期和投資回報(bào)率和光伏系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)對(duì)策略。其中,投資回報(bào)率是指光伏項(xiàng)目在其壽命周期內(nèi)所產(chǎn)生的凈收益與投資成本之比[4]。通過計(jì)算回收期和投資回報(bào)率,可以全面了解光伏項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性能。光伏系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)對(duì)策略指光伏項(xiàng)目在建設(shè)和運(yùn)營過程,可能面臨技術(shù)、政策、市場等多種風(fēng)險(xiǎn),光伏系統(tǒng)本身也存在一定故障風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 社會(huì)效益

光伏系統(tǒng)的環(huán)保性能和碳排放量:光伏系統(tǒng)的環(huán)保性能可以從其碳排放量、節(jié)能降耗等方面進(jìn)行評(píng)估。

光伏系統(tǒng)對(duì)當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)和居民的影響:光伏系統(tǒng)的安裝可能對(duì)居民出行、景觀美化等方面產(chǎn)生影響。

光伏系統(tǒng)對(duì)土地資源的影響:雖然屋頂光伏項(xiàng)目占地面積相對(duì)較小,但建設(shè)和運(yùn)行過程中仍然會(huì)對(duì)土地資源產(chǎn)生一定的影響。

光伏系統(tǒng)可持續(xù)性評(píng)估和社會(huì)責(zé)任:在評(píng)估光伏項(xiàng)目的可持續(xù)性時(shí),應(yīng)關(guān)注其在經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、社會(huì)等多個(gè)方面的綜合表現(xiàn)。

2 Fuzzy綜合評(píng)價(jià)建模及分析

具體評(píng)價(jià)時(shí)先梳理各二級(jí)指標(biāo)項(xiàng)核心內(nèi)容、收集原始數(shù)據(jù),對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,為序關(guān)系分析及Fuzzy評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐[5]。各二級(jí)指標(biāo),例如光伏組件的質(zhì)量和性能等,又可細(xì)分為若干三級(jí)指標(biāo)。梳理時(shí)可將主要三級(jí)指標(biāo)列出并盡可能定量處理,對(duì)無法定量處理的數(shù)據(jù)可分等級(jí)處理。

2.1 序關(guān)系法確定權(quán)重值

設(shè)各指標(biāo)分項(xiàng)為Xi,指標(biāo)Xi比Xj重要時(shí),記為Xi?Xj。若原始指標(biāo)序列為X1、X2、…、Xn,通過某參考標(biāo)準(zhǔn)或方法按重要度排序后為:

(1)

記該序列為{Xi}。設(shè)指標(biāo)Xi的重要程度為ωi,且有:

(2)

式中:γi表示ωi-1比ωi重要的倍數(shù),即指標(biāo)Xi-1比Xi重要γi倍。γi根據(jù)實(shí)際情況可取數(shù)為1.0～1.8的數(shù)值,其中1.0表示2個(gè)指標(biāo)的重要程度相同,1.8表示指標(biāo)Xi-1重要程度是Xi的1.8倍。

具體評(píng)價(jià)時(shí),可邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)專家根據(jù)各分項(xiàng)對(duì)上級(jí)指標(biāo)的貢獻(xiàn)程度進(jìn)行排序,并確認(rèn)γi的值。ωi可按如下公式計(jì)算。

(3)

式中:ωk-1=γkωk;k=m,m-1,…,3,2。最終可得指標(biāo)權(quán)重為Wm=(ω1,ω2,…,ωm)T。

若邀請(qǐng)較多專家組進(jìn)行序關(guān)系分析,則可對(duì)計(jì)算的權(quán)重值進(jìn)行進(jìn)一步修正。

若有Ns個(gè)專家給出了相同的序關(guān)系序列為:

(4)

(5)

式中:s=1,2,…,h;j=1,2,…,m。

最終求得X1的綜合計(jì)算公式如下。

(6)

其中:ks=Ns/N。

2.2 Fuzzy綜合評(píng)價(jià)計(jì)算步驟

屋頂光伏建設(shè)綜合評(píng)價(jià)包含的技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益本身具有較強(qiáng)的模糊性,若定量描述,很難對(duì)其進(jìn)行全面客觀的綜合評(píng)價(jià),因而采用Fuzzy(模糊)綜合法[6],具體步驟如下。

1)確定目標(biāo)評(píng)價(jià)集U,屋頂光伏建設(shè)綜合評(píng)價(jià)的目標(biāo)評(píng)價(jià)集即為一級(jí)指標(biāo)下的各三級(jí)指標(biāo)。

2)建立模糊評(píng)價(jià)評(píng)語集V={優(yōu)秀V1,良好V2,一般V3,較差V4}。

3)確定模糊評(píng)價(jià)向量R。

4)根據(jù)權(quán)重向量W求取模糊評(píng)價(jià)集B。

B=W×R

(7)

5)對(duì)模糊評(píng)價(jià)評(píng)語集賦值后可求得綜合評(píng)價(jià)得分值G,具體計(jì)算如下。

G=W×H

(8)

其中,H=(100,80,60,40)。

3 某屋頂光伏綜合評(píng)價(jià)實(shí)例計(jì)算

以河南某屋頂光伏建設(shè)項(xiàng)目為例,首先收集該項(xiàng)目12個(gè)二級(jí)指標(biāo)所涉及的原始數(shù)值,對(duì)可定量化的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,并確認(rèn)序關(guān)系。

假設(shè)一級(jí)指標(biāo)確認(rèn)的序關(guān)系為X1?X2?X3(此序關(guān)系為已排序后結(jié)果),且γ2=1.1,γ3=1.2。

表1 二級(jí)指標(biāo)序關(guān)系情況

據(jù)此可求得技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益二級(jí)指標(biāo)權(quán)重向量W21、W22、W23分別為:

W21=(0.322,0.225,0.248,0.205)

W22=(0.264,0.317,0.220,0.199)

W23=(0.257,0.214,0.195,0.334)

計(jì)算技術(shù)效益評(píng)價(jià)矩陣后,可求得技術(shù)效益的模糊評(píng)價(jià)矩陣為:

B21=W21×R21=(0.69,0.17,0.11,0.03)

技術(shù)效益的綜合評(píng)分為:91.12。

可求得經(jīng)濟(jì)效益的模糊評(píng)價(jià)矩陣為:

B22=W22×R22=(0.59,0.26,0.13,0.02)

經(jīng)濟(jì)效益的綜合評(píng)分為:88.45。

社會(huì)效益的模糊評(píng)價(jià)矩陣為:

B23=W23×R23=(0.70,0.16,0.10,0.04)

社會(huì)效益的綜合評(píng)分為:90.64。

可構(gòu)造中間矩陣R1:

進(jìn)而求得綜合模糊評(píng)價(jià)結(jié)果:

可求得該屋頂光伏項(xiàng)目最終綜合評(píng)分結(jié)果為:89.72。

4 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分析

綜合評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果定量給出了綜合評(píng)價(jià)分值,由一級(jí)、二級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)分結(jié)果,該屋頂光伏建設(shè)總體評(píng)價(jià)、技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益評(píng)價(jià)結(jié)果均在良好以上。模糊結(jié)果中最大值為0.66,可知該屋頂光伏建設(shè)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為優(yōu)秀。

由二級(jí)指標(biāo)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果可知,經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)偏低,為了查找該項(xiàng)指標(biāo)偏低的理論原因,可結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)矩陣和Fuzzy綜合評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)一步分析經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)情況。分析經(jīng)濟(jì)效益二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)中光伏系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)對(duì)策略的情況,由定量評(píng)價(jià)的具體計(jì)算結(jié)果可知,其評(píng)價(jià)向量為(0.10,0.35,0.55,0.00),根據(jù)最大隸屬度原則,該二級(jí)指標(biāo)項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果僅為一般。

為了驗(yàn)證搭建的評(píng)價(jià)模型和計(jì)算方法的準(zhǔn)確性,對(duì)該屋頂光伏的各評(píng)價(jià)項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)研分析,調(diào)查發(fā)現(xiàn),光伏電站目前整體運(yùn)行良好,并未出現(xiàn)任務(wù)預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)一步分析光伏系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)對(duì)策略指標(biāo)項(xiàng),并和該屋頂光伏用戶的具體情況進(jìn)行比對(duì)可知,該光伏項(xiàng)目在建設(shè)和運(yùn)營過程中,對(duì)可能面臨的諸多風(fēng)險(xiǎn),例如電費(fèi)電價(jià)政策、新能源發(fā)電上網(wǎng)政策和建設(shè)過程中的安全性等都缺乏有效的評(píng)估。深入調(diào)查后發(fā)現(xiàn)該光伏系統(tǒng)本身存在的故障風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)對(duì)策略也缺乏相應(yīng)的具體措施。通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),該項(xiàng)最低指標(biāo)評(píng)分與該屋頂光伏的實(shí)際情況相符,評(píng)價(jià)后已將結(jié)果反饋給該屋頂光伏項(xiàng)目,隨后將對(duì)其與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)對(duì)策略相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行完善、優(yōu)化,以提升整體評(píng)價(jià)結(jié)果。

需要說明的是,本實(shí)例所建立的雙層評(píng)價(jià)系統(tǒng)和評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)該項(xiàng)目適用,推廣到其他屋頂光伏項(xiàng)目時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整,采用的評(píng)價(jià)方法仍舊適用。

5 結(jié)束語

屋頂光伏是光伏發(fā)電的重要形式,傳統(tǒng)屋頂光伏建設(shè)評(píng)價(jià)僅考慮某方面因素,其評(píng)價(jià)缺乏靈活性、動(dòng)態(tài)性和全面性。本文以某新建屋頂光伏項(xiàng)目為例,采用序關(guān)系分析法和Fuzzy法進(jìn)行評(píng)價(jià),詳細(xì)闡述了評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)過程和最終結(jié)果;結(jié)合屋頂光伏建設(shè)實(shí)際情況,驗(yàn)證了評(píng)價(jià)系統(tǒng)和方法的正確性,為屋頂光伏建設(shè)的綜合評(píng)價(jià)提供了重要參考和方法借鑒。

結(jié)合分析過程和結(jié)果,有2個(gè)建議:一是屋頂光伏建設(shè)實(shí)施前應(yīng)進(jìn)行合理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,特別是農(nóng)村用戶,更應(yīng)為其建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)對(duì)策略;二是隨著光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼的降低或取消,屋頂光伏建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性分析應(yīng)放在更為重要的位置,使其更易推廣應(yīng)用。