環(huán)保視角下的區(qū)域智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

段凱 田野 陳瑞

摘 要：隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，逐步形成了電網(wǎng)運(yùn)行新態(tài)勢(shì)，要建立低碳效益評(píng)估指標(biāo)模型，結(jié)合地區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行智能電網(wǎng)運(yùn)行效益的分析，以便制定智能電網(wǎng)效益實(shí)現(xiàn)路徑。本文針對(duì)地區(qū)智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)模型進(jìn)行研究，通過(guò)確定指標(biāo)權(quán)重大小，準(zhǔn)確分析不同地區(qū)智能電網(wǎng)在推動(dòng)低碳發(fā)展上的作用，為區(qū)域智能電網(wǎng)建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);組合權(quán)重;低碳效益評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TM715;F416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）05-0043-03

Construction of Low Carbon Benefit Evaluation Model for Regional Smart Grid from the Perspective of Environmental Protection

Duan Kai， Tian Ye， Chen Rui

（Luoyang Power Supply Company of Henan Electric Power Company，Luoyang 471000， China）

Abstract：With the rapid development of Chinas smart grid， a new situation of grid operation has gradually formed. It is necessary to establish a low-carbon benefit evaluation index model and analyze the benefits of smart grid operation in combination with the actual conditions in the region in order to formulate the path to achieve the benefits of smart grid. This paper studies the evaluation model of low-carbon benefits of regional smart grids. By determining the weight of indicators， it accurately analyzes the role of smart grids in different regions in promoting low-carbon development， and provides a reference for regional smart grid construction.

Key words：smart grid; combined weight; low-carbon benefit evaluation

0 前言

現(xiàn)代社會(huì)環(huán)境下，碳排放目標(biāo)為智能電網(wǎng)建設(shè)提出了約束，要通過(guò)地區(qū)智能電網(wǎng)發(fā)展，來(lái)達(dá)到較大低碳效益。由于智能電網(wǎng)具有高效、清潔、低碳等特性，在優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)方面有現(xiàn)實(shí)意義，能發(fā)揮輸配電多個(gè)環(huán)節(jié)中的低碳優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)我國(guó)電網(wǎng)行業(yè)主要發(fā)展方向。要想實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)低碳效益最大化，需要構(gòu)建低碳效益評(píng)價(jià)模型，以便保證智能電網(wǎng)建設(shè)合理化。

1 智能電網(wǎng)低碳效益

了解智能電網(wǎng)低碳效益內(nèi)涵，是保證低碳效益評(píng)價(jià)科學(xué)性的關(guān)鍵。智能電網(wǎng)推動(dòng)低碳發(fā)展是基于低碳經(jīng)濟(jì)觀念上的。通常來(lái)講，低碳經(jīng)濟(jì)是指具有低污染、低能耗等特征的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，旨在減少碳污染，是社會(huì)持續(xù)發(fā)展的前提條件，需要從能源節(jié)約角度出發(fā)，注重能源高效利用。

當(dāng)前我國(guó)智能電網(wǎng)規(guī)劃逐步落實(shí)，已經(jīng)形成低損耗、大容量的電網(wǎng)系統(tǒng)。隨著智能電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，能全面提高區(qū)域內(nèi)低碳發(fā)展水平。具體來(lái)說(shuō)，智能電網(wǎng)低碳效益內(nèi)涵包括以下2點(diǎn)：①低碳效益衡量關(guān)鍵為二氧化碳排放量減少程度;②低碳效益的實(shí)現(xiàn)包括直接和間接兩種途徑，直接途徑是指從發(fā)電側(cè)入手，減少煤炭等燃料的使用，間接途徑為提高電網(wǎng)輸電效益，減少電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程造成的電量損耗。

2 智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

2.1 關(guān)鍵指標(biāo)的選取

首先在發(fā)電側(cè)方面的低碳效益指標(biāo)選取上，主要考慮化石能源、清潔能源占比等，可準(zhǔn)確反映發(fā)電側(cè)低碳效益。其中清潔能源包括風(fēng)能、熱能、太陽(yáng)能等多個(gè)種類，實(shí)際建設(shè)智能電網(wǎng)時(shí)，要注重清潔能源在發(fā)電側(cè)的運(yùn)用，清潔能源占比的增多，可取得較好節(jié)能減排效果。計(jì)算公式為：

清潔能源占比=能源消費(fèi)/一次能源消費(fèi)

清潔能源實(shí)際發(fā)電占比是指清潔能源在一定時(shí)間內(nèi)占區(qū)域發(fā)電總量的占比，需要將其看做是重要的發(fā)電側(cè)低碳效益評(píng)價(jià)指標(biāo)[1]。另外，在清潔能源減排量方面，可通過(guò)計(jì)算清潔能源在評(píng)價(jià)周期內(nèi)發(fā)電過(guò)程中減少的碳排放量求得。另外，還需要考慮電網(wǎng)側(cè)的低碳效益評(píng)價(jià)指標(biāo)，針對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和建設(shè)技術(shù)對(duì)低碳效益實(shí)現(xiàn)的影響，具體評(píng)價(jià)電網(wǎng)發(fā)電側(cè)碳排放效益。在全網(wǎng)綜合線損方面，應(yīng)考察電網(wǎng)線損率來(lái)判斷損失的電量。電網(wǎng)線損計(jì)算公式如下：

綜合線損率=（全地區(qū)電站輸入電網(wǎng)電量總和-用戶用電總和）/全地區(qū)電站輸入電網(wǎng)電量總和×100%

同時(shí)還要計(jì)算供電可靠率，是反映電網(wǎng)性能的重要指標(biāo)，要在加強(qiáng)電網(wǎng)可靠性的基礎(chǔ)上，促進(jìn)電網(wǎng)低碳發(fā)展。其中供電可靠率=（有效配電時(shí)間/統(tǒng)計(jì)時(shí)間）×100%。最后，從用戶側(cè)出發(fā)進(jìn)行電網(wǎng)低碳效益分析時(shí)，可選擇智能電表數(shù)、電動(dòng)汽車充電裝置數(shù)量以及平均用電負(fù)荷大小等評(píng)價(jià)指標(biāo)。具體的智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1所示。

2.2 指標(biāo)權(quán)重分析

為了保證智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性，在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)后，還要進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重分析。不同類型的評(píng)價(jià)指標(biāo)有不同量級(jí)和單位，需要進(jìn)行各個(gè)指標(biāo)的無(wú)量綱化處理，假設(shè)有n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，原始評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)X=（xij）m×n，進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)一處理時(shí)，可利用以下處理公式：

假設(shè)>0，可通過(guò)這一處理公式的運(yùn)用，進(jìn)行文本數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理。在主觀權(quán)重評(píng)價(jià)方面，本次主要利用層次分析法來(lái)判斷不同指標(biāo)的權(quán)重大小，由專家對(duì)準(zhǔn)則層、指標(biāo)層、目標(biāo)層元素間的權(quán)重關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，建立A-U評(píng)價(jià)矩陣，之后可進(jìn)行分析結(jié)果和實(shí)際情況的一致性檢驗(yàn)。另外，還需要確定客觀權(quán)重，利用熵權(quán)法來(lái)衡量系統(tǒng)內(nèi)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度。通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，可實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)對(duì)象信息的量化處理，從而簡(jiǎn)化指標(biāo)權(quán)重分析過(guò)程。對(duì)于有n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的方案，權(quán)重分析計(jì)算步驟如下：首先利用歸一化方法進(jìn)行指標(biāo)的規(guī)范化處理，之后進(jìn)行指標(biāo)的同度量化處理，計(jì)算某一指標(biāo)在總評(píng)價(jià)體系中的比重值。運(yùn)用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)，可采取以下計(jì)算公式：

在通過(guò)上述方法得到各項(xiàng)指標(biāo)的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重后，還要確定指標(biāo)綜合權(quán)重，可采取線性加權(quán)法，確定主觀權(quán)重和客觀權(quán)重對(duì)應(yīng)的系數(shù)?？偟膩?lái)說(shuō)，在進(jìn)行區(qū)域智能電網(wǎng)的低碳效益評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)做好指標(biāo)選擇工作，確定指標(biāo)體系建立原則和獲取需要，之后從電網(wǎng)側(cè)、發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)等角度出發(fā)，進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)的解釋和權(quán)重分析，采用層次分析、熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，方便之后電網(wǎng)低碳效益的評(píng)價(jià)。

2.3 智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

2.3.1 灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)模型

進(jìn)行智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)模型構(gòu)建時(shí)，可選擇灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)模型，能總結(jié)數(shù)據(jù)間的客觀規(guī)律，利用數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，得到最終評(píng)價(jià)結(jié)果。不同數(shù)據(jù)間存在一定內(nèi)部規(guī)律，這一方法是比較樣本方案中數(shù)據(jù)序列的曲線相似性，根據(jù)數(shù)據(jù)序列曲線間的相似程度，來(lái)衡量不同數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)程度。關(guān)聯(lián)性越大則曲線相似性越大?；疑P(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)模型在一些小容量的樣本方案和難以定量化處理的評(píng)價(jià)指標(biāo)上有較強(qiáng)適用性，使其能很好應(yīng)用在智能電網(wǎng)的低碳效應(yīng)評(píng)價(jià)上。傳統(tǒng)的灰色關(guān)聯(lián)度方法還存在一定局限，主要體現(xiàn)在各指標(biāo)重要程度沒(méi)有考慮到曲線關(guān)聯(lián)度比較上，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果容易出現(xiàn)偏差[2]。從智能電網(wǎng)低碳排放效果進(jìn)行分析時(shí)，低碳效益涉及的影響因素較多，包括需求側(cè)管理、輸配電質(zhì)量、終端接入的充電設(shè)施數(shù)量、清潔能源發(fā)電占比等，不同因素產(chǎn)生的影響程度不同。而改進(jìn)后的灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，加大對(duì)了評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重關(guān)系的考慮，可確保評(píng)價(jià)結(jié)果有較高參考價(jià)值。

另外，如果數(shù)據(jù)序列是根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算得出的，則全部指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)總和是一個(gè)固定值，盡管不同指標(biāo)對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)發(fā)生變化，但是評(píng)價(jià)方案之間關(guān)聯(lián)度是不變的，這種評(píng)價(jià)不符合智能電網(wǎng)運(yùn)行效益評(píng)價(jià)規(guī)定。在采用灰色關(guān)聯(lián)度方法時(shí)，曲線間關(guān)聯(lián)大小和各個(gè)指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)有關(guān)，當(dāng)忽視這一問(wèn)題時(shí)，會(huì)造成評(píng)價(jià)結(jié)果不準(zhǔn)確。而利用改進(jìn)后的灰色關(guān)聯(lián)度法評(píng)價(jià)智能電網(wǎng)低碳效益時(shí)，可構(gòu)建指標(biāo)矩陣，將原始矩陣進(jìn)行歸一化，之后建立加權(quán)矩陣，可由加權(quán)矩陣得到理想解，計(jì)算樣本方案理想解和對(duì)應(yīng)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)。根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)比較參考序列數(shù)列曲線和比較序列相似度，還能對(duì)比不同曲線關(guān)于某個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性。關(guān)聯(lián)度大小可通過(guò)以下公式求得：

按照上述公式計(jì)算各方案的關(guān)聯(lián)度大小，之后進(jìn)行關(guān)聯(lián)度值的比較，一般來(lái)講關(guān)聯(lián)系數(shù)越大，說(shuō)明方案越好。

2.3.2 逼近理想法評(píng)價(jià)模型

理想法評(píng)價(jià)模型原理是計(jì)算各預(yù)選方案和理想解間的差距，比較差異大小進(jìn)行方案排序，其中最為接近正理想解的方案為最優(yōu)方案。這一評(píng)價(jià)模型在多目標(biāo)決策方案對(duì)比分析上有較好應(yīng)用。在智能電網(wǎng)低碳效應(yīng)分析方面，可利用理想法分析不同方案對(duì)智能電網(wǎng)運(yùn)行效益產(chǎn)生影響的大小。傳統(tǒng)理想法是在計(jì)算歐氏距離后，判斷理想方案和預(yù)選方案間的差異性，實(shí)際計(jì)算結(jié)果容易出現(xiàn)和正負(fù)距離點(diǎn)相差不大的現(xiàn)象，不能保證分析結(jié)果準(zhǔn)確反映不同方案間的排列順序。

本文在利用逼近理想評(píng)價(jià)法時(shí)，確定了一個(gè)假設(shè)的負(fù)理想點(diǎn)來(lái)代替原有負(fù)理想點(diǎn)，再次進(jìn)行理想方案和預(yù)選方案間貼合度的計(jì)算[3]。假設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)方案，選定n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)不同評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值，可建立原始矩陣，之后采用指標(biāo)無(wú)量綱化處理方式進(jìn)行矩陣規(guī)范處理，可得到?jīng)Q策矩陣。各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)各自的權(quán)重系數(shù)，還要結(jié)合指標(biāo)權(quán)重系數(shù)構(gòu)建加權(quán)矩陣，同時(shí)還要計(jì)算方案的正負(fù)理想解。之后確定虛擬理想點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算歐式距離，假設(shè)不同樣本到理想樣本間距為D1和D2，通過(guò)計(jì)算虛擬理想點(diǎn)到?jīng)Q策點(diǎn)的距離求得。計(jì)算公式為：

而在貼合度計(jì)算上，可通過(guò)公式C=D1/D1+D2計(jì)算，貼合度越大，說(shuō)明決策樣本更加貼合理想樣本，應(yīng)優(yōu)先選擇這類方案。根據(jù)貼合度大小來(lái)進(jìn)行智能電網(wǎng)建設(shè)方案的排序，能得到最佳決策方案，確保電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中能取得較好低碳效益。實(shí)際利用逼近理想法進(jìn)行電網(wǎng)系統(tǒng)低碳效益評(píng)價(jià)時(shí)，需要結(jié)合地區(qū)實(shí)際情況確定虛擬理想點(diǎn)，保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性。

3 智能電網(wǎng)低碳效益實(shí)現(xiàn)路徑

為了提高智能電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的低碳效益，需要采取以下實(shí)現(xiàn)路徑：一是發(fā)電環(huán)節(jié)，要積極采用熱能、風(fēng)能等清潔能源，推動(dòng)核電、水電、風(fēng)電等發(fā)電形式的大規(guī)模發(fā)展，有利于提高發(fā)電側(cè)清潔能源的使用占比。在清潔能源大量使用的情況下，實(shí)現(xiàn)集中式發(fā)電，能達(dá)到減少二氧化排放量的效果。二是在輸配電環(huán)節(jié)，應(yīng)通過(guò)智能調(diào)度技術(shù)的使用，按照二氧化碳排放情況進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的排序，在保障供電穩(wěn)定的條件下，優(yōu)先選擇清潔能源的發(fā)電方式[4]。三是在配電環(huán)節(jié)，應(yīng)采取分布式發(fā)電方式來(lái)提高電力資源利用率，在終端接入更多利用清潔能源的分布式電源。同時(shí)還要提供電力調(diào)度靈活性，適當(dāng)增加清潔能源在電網(wǎng)體系中的占比，以便提高供電網(wǎng)絡(luò)低碳效益。四是從輸電環(huán)節(jié)入手，提供提高輸電網(wǎng)絡(luò)可靠性，利用先進(jìn)的輸電技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電力實(shí)時(shí)輸送，降低電力輸送過(guò)程中產(chǎn)生的線損，有利于提高輸電效率，發(fā)揮供電系統(tǒng)運(yùn)行功能?？偟膩?lái)講，智能電網(wǎng)建設(shè)方案較多，要求技術(shù)人員能結(jié)合地區(qū)具體供電情況，以提高電網(wǎng)低碳效益為目的，科學(xué)選擇電網(wǎng)建設(shè)方案，通過(guò)以上智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)方法的運(yùn)用，可幫助工作人員選出最優(yōu)方案，達(dá)到預(yù)期建設(shè)目的。

4 結(jié)論

綜上所述，智能電網(wǎng)在區(qū)域低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展上有促進(jìn)作用，加大對(duì)智能電網(wǎng)低碳效益的評(píng)價(jià)，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)電力系統(tǒng)減排目標(biāo)有重要意義，有利于區(qū)域經(jīng)濟(jì)良好發(fā)展。當(dāng)前我國(guó)智能電網(wǎng)涉及面廣，不同地區(qū)智能電網(wǎng)對(duì)應(yīng)的低碳效益不同，因此，需要建立智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)模型，旨在提高評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性，提高低碳發(fā)展效益，保證智能電網(wǎng)建設(shè)可行性及合理性。

參考文獻(xiàn)

[1]羊靜，盧思瑤，唐勇.基于三階段DEA模型的智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)[J].社會(huì)科學(xué)家，2019（10）：60-67.

[2]張汝佳.基于隨機(jī)森林算法的智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)[D].北京：華北電力大學(xué)，2018.

[3]周黎莎，李晨.基于結(jié)構(gòu)熵—因子分析的智能電網(wǎng)低碳效益關(guān)鍵指標(biāo)選取[J].華東電力，2014，42（01）：150-156.

[4]周黎莎，余順坤.考慮環(huán)境因素的智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)模型研究[J].華東電力，2013，41（02）：275-280.

[5]李凌云.電網(wǎng)企業(yè)促進(jìn)低碳發(fā)展的能力與效益評(píng)估模型研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2014.

[6]周黎莎，余順坤.考慮環(huán)境因素的智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)模型研究[J].華東電力，2013，41（02）：275-280.

[7]陳安偉，樂(lè)全明，曹洪.我國(guó)智能電網(wǎng)的低碳效益分析[J].統(tǒng)計(jì)與決策，2012（08）：71-74.

[8]陳敏娜.智能電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行控制的柔性評(píng)價(jià)及方法[J].通信電源技術(shù)，2018（12）：222-223+226.

[9]徐志芬.區(qū)域智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2014.

[10]周黎莎.智能電網(wǎng)低碳效益關(guān)鍵指標(biāo)選取與評(píng)價(jià)模型研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2013.

[11]周黎莎，余順坤.考慮環(huán)境因素的智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)模型研究[J].華東電力，2013，41（02）：275-280.