基于层次分析的火电行业节能减排评价体系研究.doc

基于层次分析的火电行业节能减排评价体系研究摘要能源与碳排放问题已成为目前全世界共同关注的焦点。我国相继出台了一系列的政策和措施来推进节能减排工作，并设定了相应的节能减排目标。火电行业决策者比较关心“十二五”节能减排目标的实现，企业则比较关心实现该目标需要投入的资金量。针对传统火力发电行业的特点，结合本题附件中发电机组的技术指标，我们根据各个方面对节能减排效果的不同影响程度建立层次分析模型.对于层次分析模型的结果，最终可采用百分制来评价我国火力发电行业节能减排的效果.，分别研究单个机组单位发电量耗能量、工业废水排放绩效值、二氧化硫（SO2）排放绩效值、工业烟尘排放绩效值指标对节能减排效果的横向评价体系，可由此得到每一项得分.根据模型求解评价等级的结果。对于问题一，我们运用层次分析法构建合理的评价指标体系，引进等级系数Q(0100)针对单台火电机组进行节能减排水平等级划分，并分析机组节能减排水平较低时的形成原因对于问题二，我们根据问题1的指标体系，参考模糊评价体系的等级系数值并引进更多因素的排序方法对附件中的火电机组进行节能减排水平排序，验证排序结果与问题1的评等级划分结果是否一致。若不一致则进一步查明是哪一个新引进的量产生 了上述影响。对于问题三，根据我们所建立的模型向有关部门推介成果，首先进行定性的论述，最后对评价体系中的各个相关量给出我们的推荐值。关键词：层次分析法评价指标体系模糊评价 LINGO MATLAB一、问题重述能源与碳排放问题已成为影响人类社会发展和全球政治经济格局的重大战略问题，是目前全世界共同关注的焦点。我国相继出台了一系列的政策和措施来推进节能减排工作，并设定了相应的节能减排目标：“十二五”期间单位GDP能耗降低16%，单位GDP二氧化碳排放量降低17%。我国工业行业能源能耗占全国一次能源消费的70%以上，其中高耗能行业占工业能耗的80%左右1。电力行业属于高耗能行业，我国的电力行业中火力发电的装机容量占发电总装机容量的70%以上2。要求在充分考虑该目标需要投入的资金量后，保证节能减排目标的实现。建立火电行业节能减排评估方案，所设计方案一方面可以从整体上进行节能减排评估，另一方面又能体现生产工序等环节的节能减排水平，从而为企业找到提高节能减排水平关键点提供支持。火电行业中，除了燃煤，油（主要用于点火，点火方式可在附件13中查询）和水资源的消耗仍然不容忽视。此外，火电机组产生大量地污染物。1)利用附件2的数据3或者其它互联网上的相关数据，构建合理的评价指标体系，建立针对单台火电机组进行节能减排水平等级（如优良中差）划分的数学模型，并分析机组节能减排水平较低时的形成原因。2）根据问题1的指标体系，选择合适的排序方法对附件中的火电机组进行节能减排水平排序，并说明排序结果与问题1的评等级划分结果是否一致，若不一致给出解释和处理方案。3）根据所建立的模型向有关部门推介成果。二、问题分析构建合理的评价指标体系，要考虑诸多因素。查阅全国火电燃煤机组效能对标及机组竞赛办法（2012版）。得出评价体系建立的详细指标项目，主要有供电煤耗()、厂用电率、发电油耗、发电综合耗水率、环保和技术监督指标。根据行业规范，对其中的各项指标进行权重分析，给出综合评价体系，建立针对单台火电机组进行节能减排水平等级（如优良中差）划分的数学模型。在选择合适的排序方法时，需要适当运用第一问中的评价体系确立的结果，分析新引入参考量，以及权重微小变化对排序结果与评价等级产生不同的影响。并进行详细的解释说明。从管理者，电厂企业的角度分析影响单个机组节能减排效能的原因，给出参考性的意见建议。三、模型假设与符号说明3.1模型假设（1）在构建单个火电机组节能减排时，仅考虑单位发电量能耗、污染两大方面；（2）模型中各项指标权重大致符合火电燃煤机组效能对标。（3）假设对于电力行业，二氧化硫（SO2）和工业烟尘的污染性大于工业废水的污染性；（4）假设供应到火电厂的煤质、油质不随时间的变化发生改变。（5）假设所给数据报表的各项数据准确，忽略偶然因素的影响。3.2符号说明Q:总评价得分：相对重要程度供电煤耗(gce/kWh)selfuse厂用电率（%）oil发电油耗（t/a）water发电综合耗水率Little小指标Environment环保和技术监督指标sox硫化物nox氮化物GW汽水品质HP热工保护EP继电保护F1等效可用系数定额完成率得分F2非计划停运定额完成率得分F3等效强迫停运率定额完成率得分F4机组长周期连续运行天数得分F5机组供电煤耗得分F6厂用电率得分；厂用电率最高得1分，包括外委脱硫脱硝厂用电部分。F7发电油耗得分（单位变化）；最高得分1分，油耗单位t/a。F8发电综合耗水得分（中水折算）F9主要运行小指表F10烟尘排放浓度得分F11二氧化硫排放得分（效率）F12氮氧化物排放得分（效率）F13化学监督指标得分F14热控监督指标得分F15继电保护监督指标得分四、模型的建立与求解4.1 评价体系模型的建立与求解4.1.1 分层模型分层为了有效评价单个机组节能减排效果，并制定一个综合了单位发电量耗煤量、污染排放、小指标等各方面的指标，我们根据各个方面对节能减排效果的不同影响程度建立层次分析模型.这是T.L.Saaty等人提出的一种能有效处理这类问题的实用方法层次分析法（AHP）3，这是一种定性和定量相结合的系统化、层次化的分析方法. 将目标问题评价我国火力发电行业节能减排效果的决策分解为3 个层次（如图），最上层为目标层，即评价节能减排效果得分，记为O层；中间层为准则层，即能源消耗量与污染物排放量、小指标、厂用电量等各准则，记为A 层；最下层为方案层。图1 层次分析模型示意图通过相互比较确定各准则对于目标的权重，及各方案对于每一准则的权重.再将方案层对准则层的权重及准则层对目标层层的权重进行综合，最终确定方案层对目标层的权重. 指标可分为效益型、成本型所谓效益型指标是指指标值愈大愈好的指标，成本型指标是指指标值愈小愈好的指标由于不同的指标往往具有不同的量纲和量纲单位，为了消除它们带来的不可度量性, 在评价之前首先应将指标指标作无量纲化处理为比较A 层各准则对O 层目标影响的权重，我们认为污染物排放量对节能减排效果的评价结果影响比能源消耗量对节能减排效果的评价结果影响稍强.Saaty等人提出了层次分析法中的1-9 尺度，即取比值分别为影响相同到影响绝对的强，取比值为影响之比介于上述相邻等级之间.以Saaty等人提出的1-9 尺度为比较依据，建立成对比较矩阵。（1）由矩阵（1）给出的的特点，如这样的成对比较矩阵可以称为正互反矩阵，显然必有， .同样，比较层各方案对层能源消耗量准则影响的权重。主观划分出尺度等级，建立成对比较矩阵比较B 层各方案对A 层A2 污染物排放量准则影响的权重，考虑到工业废气、废液与工业烟尘的污染性前两者较大，且单位发电量煤耗不能反映污染物排放量，建立成对比较矩阵下面对矩阵（2）（3）分别计算权向量并做一致性检验.矩阵C21 的最大特征值为，归一化的特征向量为，则一致性指标此时随机一致性指标RI=0.90，一致性检验通过. 同理，矩阵的最大特征值为，归一化的特征向量为，则一致性指标l-=-此时随机一致性指标，一致性检验通过。下面计算组合权向量并做一致性检验.由矩阵显然可得A 层各准则对O 层目标影响的权向量为，令，则层各方案对O 层目标影响的组合权向量.检验B 层的组合一致性，定义，则组合一致性比率,检验得以通过。Matrix(i,n_max)n_max = k;endendtemp = Matrix(i,j);Matrix(i,j) = Matrix(i,n_max);Matrix(i,n_max) = temp;endendz = 0,0,0,0,0;fori = 1:mforj = 1:nz(i) = z(i) + cof(j)*Matrix(i,j);endendend问题二求解程序model: sets: xueke/1.9 /:x,y,p,m,z,c; ren/1.3 /:; link(xueke,ren):a,b; endsetsmax=sum(xueke:(1-abs(x-c)/c)*m*x);for(xueke(i):x(i)=(0.5*y(i);for(xueke(i):x(i)=x(i);data: c=70.4 40 148.8 85.2 45.6 39.8 21 24 25.2; z=305.794 1079.6 2815.25 442.951 5260.2 724.882 520.994 593.05 556.994; m=0.161550.16192 0.84215 0.127890.033354 0.8359 0.683350.87098 0.96008; y=110 66 222 118 72 76 40 40 40; p=25.875 29.09 25.37 29.5