楊磊，任健

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基于層次分析法的燃煤發(fā)電企業(yè)低碳綜合評價

楊磊1，任健2

（1．中國華電集團公司寧夏分公司，寧夏回族自治區(qū) 銀川市 750000；2．華電電力科學研究院有限公司，浙江省 杭州市 310030）

根據(jù)燃煤發(fā)電企業(yè)低碳綜合評價構(gòu)建原則確立評價指標體系，然后基于層次分析法構(gòu)建三層次指標體系結(jié)構(gòu)模型，同時結(jié)合專家經(jīng)驗分層次確定不同指標間的重要程度關(guān)系，利用層次分析法軟件確定各個指標權(quán)重，在明確指標基準值取值方法后，計算每一個指標得分并進行標準化，采用加權(quán)評分法對指標量化結(jié)果進行合成運算，實現(xiàn)燃煤發(fā)電企業(yè)低碳發(fā)展的綜合評價。以區(qū)域內(nèi)某2個電廠為例，比較低碳綜合水平并對結(jié)果進行分析，最后結(jié)合分析結(jié)果對國內(nèi)燃煤發(fā)電企業(yè)低碳發(fā)展給出相應(yīng)的建議。

燃煤發(fā)電廠；層次分析法；低碳評價

0 引言

2017年年底，國家發(fā)改委召開新聞發(fā)布會，宣布全國碳排放交易體系已完成總體設(shè)計并正式啟動，將以發(fā)電行業(yè)為突破口，率先啟動全國碳市場，分階段穩(wěn)步推行碳市場建設(shè)。

我國70%以上電力由燃煤發(fā)電提供，但針對燃煤發(fā)電企業(yè)科學全面的低碳評價方法和體系缺失。通常情況下，大型發(fā)電集團及二級公司管理部門依據(jù)《溫室氣體排放核算與報告要求》第一部分：發(fā)電企業(yè)和《配額分配方法指南(討論稿)》，計算出下屬各個發(fā)電企業(yè)二氧化碳排放量和碳配量，然后根據(jù)配額盈缺量或者碳排放強度對火力發(fā)電企業(yè)進行低碳評價，這種評價方法簡單易操作，但是存在明顯的缺點：一方面沒有把企業(yè)傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟指標納入考慮范圍，低碳發(fā)展和提高

發(fā)電效率一直以來密可不分，針對不同容量參數(shù)、資源稟賦和外部條件，僅僅靠單一角度幾個指標不能全面科學的對不同燃煤發(fā)電企業(yè)進行低碳評價；另一方面國內(nèi)發(fā)電技術(shù)和能效水平已處于世界領(lǐng)先地位，進一步提高能源利用效率已經(jīng)非常困難，燃煤發(fā)電企業(yè)的低碳管理也越來越受到人們的重視[1]。

目前燃煤發(fā)電企業(yè)低碳評價等方面研究較少，文獻[2]選取供電煤耗、發(fā)電補給給水率等指標，通過建立基于物元分析理論的節(jié)能減排評價模型，指導(dǎo)火電機組節(jié)能減排改造；文獻[3]通過層次分析法和專家經(jīng)驗相結(jié)合確定指標權(quán)重，實現(xiàn)火電企業(yè)運行狀況的綜合評價，提高調(diào)度機構(gòu)的運行管理水平；文獻[4]把低碳電源電網(wǎng)規(guī)劃分為4個環(huán)節(jié)，運用層次分析法確定權(quán)重，同時對子系統(tǒng)基于距離協(xié)調(diào)度進行協(xié)調(diào)度和發(fā)展度進行評價，并對具體省域提出建議；文獻[5]從微觀和宏觀角度運用全生命周期評價方法和驅(qū)動-狀態(tài)-響應(yīng)模型分析影響因子，詳細說明了綜合評價方法的具體步驟；文獻[6]使用逼近理想解排序法和灰色關(guān)聯(lián)度法相結(jié)合對5臺600MW級機組進行綜合評價并進行優(yōu)劣排序；文獻[7]通過構(gòu)建火力發(fā)電企業(yè)低碳經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略IAHP-SWOT量化模型，定位分析企業(yè)的優(yōu)勢和劣勢，并提供低碳經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略實施方案。

本文基于國內(nèi)外現(xiàn)有研究，分別從技術(shù)經(jīng)濟分析和低碳管理角度，篩選出四大類20個關(guān)鍵小指標，通過層次分析法構(gòu)建低碳評價模型，結(jié)合專家經(jīng)驗分析法確定指標權(quán)重，以區(qū)域某電廠為例進行評價，并給出相應(yīng)建議。

1 評價指標體系的構(gòu)建

1.1 構(gòu)建原則

為確保燃煤發(fā)電企業(yè)碳評價的系統(tǒng)性、科學性、針對性、適用性及可操作性[8]，需要根據(jù)評價目的、評價外部環(huán)境和數(shù)據(jù)采集等條件，確立評價標準和原則[9]。

1）以國家、電力行業(yè)的相關(guān)技術(shù)標準，發(fā)電企業(yè)現(xiàn)行管理規(guī)范和辦法以及現(xiàn)場操作實施流程為評價標準[10]。以評價科學準確、操作適用性強為原則，確定各項詳細指標的基準值：優(yōu)先選用國家或者電力行業(yè)對該項指標的發(fā)布值，如果國家或者電力行業(yè)沒有該項指標的基準值，以集團或區(qū)域內(nèi)同類型標桿機組最近幾年來公布的歷史最優(yōu)值為指標基準值，對于同類型機組較少或者先進技術(shù)示范機組的指標基準值確定，采用主機設(shè)備廠商設(shè)計值或者國內(nèi)外相關(guān)文獻的實驗參考值。

2）以為管理類指標評分細則為評價標準。針對燃煤發(fā)電企業(yè)管理類指標，為減少主觀因素帶來評價誤差，建立管理類指標評分細則，充分結(jié)合調(diào)研訪問和線下測評等方式得出該指標的實際評價值。

3）以被評價對象的同比(環(huán)比)值為評價標準，簡單來說，相關(guān)指標相比去年同期有改進或者提高，則該指標被評為優(yōu)良。

1.2 指標體系構(gòu)成

根據(jù)上述指標構(gòu)建原則，結(jié)合集團公司、區(qū)域公司及系統(tǒng)內(nèi)電科院對下屬燃煤發(fā)電企業(yè)日常經(jīng)營管理和運行操作的要求，歸類總結(jié)污染物排放、過程能源效率、過程碳排放水平和低碳管理水平四大類指標，四大類指標下面同時涵蓋多個小指標，如圖1所示。

圖1 指標體系層次結(jié)構(gòu)

1.3 關(guān)鍵指標釋義

部分關(guān)鍵指標釋義如表1所示。

2 評價模型

2.1 層次分析法

層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)是美國運籌學家、匹茲堡大學教授Saaty于20世紀70年代首次提出的，這種方法針對較為復(fù)雜或者較為模糊決策評價問題使用定性與定量相互結(jié)合的手段做出決策的簡易方法，尤其是將專家的實際經(jīng)驗判斷加以量化，將人類的思維過程科學層次化，對相關(guān)因素進行逐層比較，同時對結(jié)果的合理性進行科學檢驗，因此該方法具有較強的說服力。

表1 部分關(guān)鍵指標釋義

2.2 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型

使用層次分析法將指標分解成若干層次形成層次結(jié)構(gòu)模型。最上層為目標層，對應(yīng)指標為燃煤發(fā)電企業(yè)低碳評價；中間為準則層，對應(yīng)為污染物排放、過程能源效率等4個指標，最下層為方案層，對應(yīng)為二氧化硫排放濃度、氮氧化物濃度、負荷率等20個小指標。

2.3 評價指標權(quán)重計算

本文運用AHP法確定各級指標的權(quán)重，一般分為4個步驟：1）建立層次結(jié)構(gòu)模型；2）構(gòu)造成對比較判斷矩陣；3）層次單排序并對判斷矩陣進行一致性檢驗；4）獲得綜合權(quán)重向量[11]。

判斷矩陣使用成對比較法和1~9比較尺度構(gòu)造。矩陣定義如下：

表2 平均隨機一致性指標

當R<0.10時，說明判斷矩陣構(gòu)建合理；否則需要調(diào)整判斷矩陣使其滿足一致性。

經(jīng)過一致性校驗通過后，求出判斷矩陣的最大特征向量，然后做歸一化處理得到權(quán)重向量。權(quán)重向量反映了評價指標的重要程度。本文采用幾何平均法計算，計算公式為

3 案例分析

3.1 評價過程

以區(qū)域某2個燃煤發(fā)電企業(yè)作為研究對象，比較2個對象的不同低碳發(fā)展水平。首先分別對4個準則層的各個指標進行賦值，有基準值指標，例如二氧化硫排放濃度、供電煤耗、供電碳排放強度等。取指標值與標準值的差值比上標準值，基準值優(yōu)先選取國家或者行業(yè)的規(guī)定值，其次是同類型機組的標桿值或者同區(qū)域的最優(yōu)值，優(yōu)先級最后的為設(shè)備廠家提供的設(shè)計值。無標準的指標采用線下調(diào)研和測評，結(jié)合測評結(jié)果和專家打分的方法得出指標的評價值，涉及包括制定低碳發(fā)展戰(zhàn)略、低碳管理體系等指標。指標層各個指標的權(quán)重系數(shù)采取專家打分的主觀賦權(quán)AHP方法[12]。指標判斷矩陣一致性校驗結(jié)果如表3所示，指標評價值及權(quán)重如表4所示。

表3 判斷矩陣一致性校驗結(jié)果

A電廠機組情況：2臺超臨界600MW級熱電聯(lián)產(chǎn)燃煤機組，采用直接空冷。碳評價總得分為79.69，其中污染物排放環(huán)節(jié)為86.73分，過程能源效率環(huán)節(jié)為84.09分，過程碳排放水平環(huán)節(jié)為71.02分，低碳管理水平環(huán)節(jié)為74.34分。

B電廠機組情況：2臺亞臨界300MW級熱電聯(lián)產(chǎn)燃煤機組，采用閉式水冷循環(huán)。電廠碳評價總得分為81.15，其中污染物排放環(huán)節(jié)為80.73分，過程能源效率環(huán)節(jié)為75.08分，過程碳排放水平環(huán)節(jié)為90.83分，低碳管理水平環(huán)節(jié)為82.41分。根據(jù)計算結(jié)果，B電廠綜合低碳發(fā)展水平要高于A電廠綜合低碳發(fā)展水平。

表4 指標評價值及權(quán)重

3.2 評價分析及建議

3.2.1 評價結(jié)果分析

A電廠機組參數(shù)和容量高于B電廠，但是低碳發(fā)展水平卻低于B電廠，主要原因是：1）A廠過程碳排放水平環(huán)節(jié)中部分指標得分較低。《配額分配方法指南(討論稿)》對百萬級空冷機組定的供電碳排放強度基準過低，機組碳排放配額降低，同時機組排放量核算時單位熱值含碳量取實測值，機組碳排放量增加[13]，配額盈余量占比為負數(shù)，導(dǎo)致“碳配額盈余量占比”指標得分較低。另外，由于B廠處于工業(yè)園區(qū)，有固定的用熱客戶，機組供熱比較高，相對于同類型機組供電碳排放強度和供熱碳排放強度基準值較低，這2個指標得分高于A廠；2）A廠低碳管理管理水平環(huán)節(jié)得分較低。尤其是員工低碳認識程度處于較低水平，另外廠內(nèi)雖然制定了低碳管理體系，但是碳排放管理辦法落實不到位，筆者認為一部分原因在于廠里領(lǐng)導(dǎo)片面的認為全國碳市場的到來對自身企業(yè)不會造成較大的成本上升，沒有引起足夠的重視。

3.2.2 相關(guān)建議

積極實施節(jié)能技術(shù)改造，提高機組能源利用效率[14]，有效降低單位產(chǎn)能(供電量、供熱量)二氧化碳排放量，減輕節(jié)能減排壓力；強化低碳科技創(chuàng)新[15]，積極開展低碳科技項目申報工作，依托相關(guān)科技項目，開展碳排放在線監(jiān)測相關(guān)標準研究和制定，做好低碳技術(shù)儲備，助力公司通過科技手段實現(xiàn)二氧化碳減排；完善碳排放相關(guān)制度，健全碳排放管理體系，加快制定企業(yè)碳排放統(tǒng)計核算、碳交易和履約等管理辦法，規(guī)范和指導(dǎo)企業(yè)有序開展碳排放工作，從容應(yīng)對國家對各級企業(yè)的碳管控要求；加強碳排放管理能力建設(shè)，做好碳排放專業(yè)人員儲備積極追蹤碳市場建設(shè)進度，科學研判碳市場相關(guān)政策，依托碳排放專業(yè)機構(gòu)，積極組織火電企業(yè)相關(guān)人員進行針對性專業(yè)培訓(xùn)，做好人才儲備，切實提高企業(yè)應(yīng)對全國碳市場的能力。

4 結(jié)論

從污染物排放、過程能源效率、過程碳排放水平和低碳管理水平4個方面多個小指標構(gòu)建了燃煤發(fā)電企業(yè)低碳綜合評價指標體系。運用層次分析法建立指標體系的三層結(jié)構(gòu)，并結(jié)合專家經(jīng)驗確立各項指標的權(quán)重，同時結(jié)合電廠實際情況確定不同類別的小指標基準值。針對燃煤發(fā)電企業(yè)構(gòu)建了簡單高效的低碳綜合評價體系和使用方法，彌補了目前國內(nèi)低碳綜合評價在燃煤發(fā)電行業(yè)領(lǐng)域的缺失，同時有助于提高發(fā)電集團總部及分公司的低碳管理水平。

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Low Carbon Comprehensive Evaluation of Coal-Fired Power Plants Based on Analytic Hierarchy Process

YANG Lei1, REN Jian2

(1. China Huadian Corporation Ningxia Branch, Yinchuan 750000, Ningxia Hui Autonomous Region, China; 2. Huadian Electric Power Research Institute Co., Ltd., Hangzhou 310030, Zhejiang Province, China)

A low carbon comprehensive evaluation index system was established for coal fired power generation enterprises according to the evaluation principle. The three-tier index system structure model was built based on analytic hierarchy process(AHP)，and the importance degree of different indicators could be determined at different levels according to the experience of experts. The weight of each index was determined by using AHP software，each index score was calculated and standardized after determining the benchmark value method. Finally, the comprehensive evaluation of low carbon development of coal-fired power generation enterprises was realized by using weighted scoring method to synthesize the quantitative results of indicators. The low carbon comprehensive level were compared and the results were analyzed taking two power plants in the region as an example.Combined with the analysis results, the corresponding suggestions for low carbon development of coal-fired power generation enterprises in China were given.

coal-fired power plant; analytic hierarchy process; low carbon evaluation

10.12096/j.2096-4528.pgt.18200

2018-10-16。

楊磊(1987)，男，碩士，助理工程師，研究方向為低碳環(huán)保，448155955@qq.com； 任健(1988)，男，碩士，助理工程師，研究方向為低碳技術(shù)、富氧燃燒，jian-ren@chder.com。

楊磊

中國華電集團有限公司科技項目(CHDKJ18-02-30)。

Project Supported by Science and Technology Projects of China Huadian Group Co., Ltd. (CHDKJ18-02-30).

(責任編輯 辛培裕)