基于物元综合评价法的高耗能企业电力能效评价

杨列銮，解 佗，张 刚,王维洲，刘福潮，李正远

(1.国网甘肃省电力公司，甘肃 兰州 730050;2.西安理工大学土木建筑工程学院，陕西 西安 710048;3.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃，兰州 730050;)

0 引言

能源短缺和环境污染已成为制约当今社会发展的重大难题。长期以来，我国的电力能效监测与评价工作进展缓慢，还没有进行大力的推广应用。在国际能源危机的背景下，我国需要推动电力能效评价技术，对企业能源利用方式近一步完善，帮助企业进行节能措施的实施，实现企业生产的优化，提高企业的综合竞争力。深入开展企业电力能效监测和评价工作，既可以帮助企业查找自身能耗方面的缺口，挖掘自身的节能潜力，不为了达到国家的节能目标而盲目地限闸拉电，又可以为政府管理部门核定节能效益提供科学依据[1]。而高耗能企业又是电力消耗的重点户，因此，对高耗能企业进行电力能效综合评价显的尤为重要。

目前常用的电力能效评价方法主要有层次分析法、模糊熵综合评价法、数据包络分析法[2-4]等，这些评价方法对实际工作虽有一定的指导作用，但普遍较强的依赖于主观性分析。为弥补这一缺陷，本文采用物元-可拓综合评价法。物元-可拓综合评价法[5-6]是由我国学者所研究构建的多元数据决策量化的新方法。它是以可拓学的模型集合和关联函数的理论为基础而构建的多指标的综合评价方法，在可拓模型中通过建立物元关联函数对事物由量变到质变的过程进行定量描述。目前已广泛应用于水质综合评价、水资源开发利用评价、土地生态安全评价、生态环境质量综合评价[7-9]等领域，但应用于高耗能企业电力能效综合评价领域较少。为探索高耗能企业电力能效综合效益评价，考虑到电力能效综合效益的评价指标的多样性和各单指标给出的评价结果的不相容性，其满足物元-可拓集解决不相容问题的基本原则。故本文通过建立高耗能企业电力综合能效指标体系并通过物元-可拓评价方法对典型高耗能企业进行实例分析，验证该方法的可行性，从而为尚处在探索发展阶段的高耗能企业电力能效综合评价方法提供一种新思路。

1 物元分析评价模型建立

事物N具有特征c，其值为v，则由N、c、q构成的有序三元组R=(N、c、q)作为描述事物的基本元，称其为物元。可拓集合是描述不具有某种性质的事物转化的集合，其主要用事物的关联函数来描述，通过定义的关联函数值来定量确定相关元素是属于正域、负域和临界域中的哪一个。事物的层次通过关联函数值的大小加以区分。

物元-可拓评价方法的思想：首先根据事物已有的数据对评价对象进行分级处理，并设定各等级的边界数据范围，再将评价对象的指标值代入相关等级的集合中进行多指标评价，将评价结果和各等级集合的关联度大小进行比较，关联度越大，表示它与其等级集合的契合程度就越佳。

1.1 物元的有序组

假定事物N具有多个特征，可用n个特征c1,c2,…,cn和相应的量值q1,q2,…，qn描述，则称物元R为n维物元，记为：

(1)

1.2 物元的有序组

确定经典域物元：

(2)

式中：Nj表示所划分的j个等级，c1,c2,…,cn是Nj的n个不同的特征，qj1,qj2,…，qjn分别是Nj关于c1,c2,…,cn所取值的范围，即各等级关于对应特征等级所取得数据范围 〈aji，bji〉。

确定节域：

(3)

式中：p待评对象等级全体；c1,c2,…,cn是p的全体特征，qp1,qp2,…，qpn分别是节域p关于特征c1,c2,…,cn的量值范围，qpi=〈aj1，bj1〉 ，且qpi∈qpi。

1.3 待评物元域

(4)

式中：P0为待评物元；q1,q2,…,qn分别是P0关于c1,c2,…,cn检测所得的具体数据。

1.4 指标权重

指标权重的确定直接影响到综合评价的可行性和评价结果。当前，权重确定方法主要可分为主观、客观和主客观相结合的赋权方法。三大类赋权方法立足点不同，在实际问题中应根据具体事物的指标评价体系及设计的因素进行选择[10-11]。

1.5 评价单元关于个评价等级的关联度

待评价物元各指标与各等级水平的关联函数值计算如下：

(5)

对于每个特征Ci取ωi为权值，则待评物元P0的综合关联度为：

(6)

1.6 等级的评定

关联度的大小表示事物符合标准事物等级的程度。若Kj(p0)=max{Kj(p0)}(j=1,2,…n)，则表示待评物元P0属于j等级。令：

(7)

(8)

式中：j*为待评价物元偏向相邻等级的程度。

2 高耗能企业电力能效评价体系

指标评价体系是进行高耗能企业电力能效综合评价的重要工具和手段，建立科学合理的评价指标体系，是开展高载能企业电力能效综合评价的核心任务之一[12]。基于各典型高耗能企业的生产模式、技术工艺、用能结构、产品结构、能源管理等特点，结合我国能源审计与统计相关的法规、标准。最终确定高耗能企业电力能效评价体系由电力能耗技术指标、电力能耗经济指标、电力能耗管理指标三个一级指标和若干个二级指标构成。高耗能企业电力能效指标体系如图1所示。

图1 高耗能企业电力能效评价指标体系

电力能耗评估技术指标主要分为：C1变压器效率；C2电压总谐波畸变率；C3电动机运行效率；C4电热设备电能利用率；C5电能配送线损率；C6单位产品工序电力能耗、单位产品间接电力能耗；C7单位产值综合电力能耗；C8节电率；C9为供电系统测量及监控完备率；C10为节能规划指标；C11为规章制度与日常管理指标。

3 实例应用

基于高耗能企业电力能效指标体系和物元-可拓综合评价法，本文以甘肃某高能耗企业为例进行高耗能企业电力能效综合评价。本文将电力能效等级分为4个等级，分别为“优、良、中、差、”。下面对其评价过程进行分析。

3.1 数据规范化处理

对不能通过量化得到的指标，一般采取主观打分法来确定具体指标的优劣；对可以通过量化得到的指标，则应根据实际量化值的大小进行评分[13]。规范化处理后能效评价等级标准及个指标实际计算值如表1所示。

表1电力能效评价等级标准

评价指标极值分级标准值Q1Q2Q3Q4实际值C110.920.80.6500.941C200.120.30.5510.448C310.920.80.6500.847C410.90.770.5800.875C510.90.750.600.62C610.90.750.600.894C710.90.70.500.871C810.950.70.400.82C910.950.820.6800.927C1010.90.780.5700.775C1110.950.840.700.87

3.2 确定评价等级的标准物元集、节域物元集、待评物元集

以有序三元组R=(N,c,q)来描述电力能效的基本元，按照本文能效等级划分，确定评价标准的经典域。

3.3 确定权重系数

在电力能效评价体系中，由于评价指标体系不仅层次多，且每级中涉及的因素也很多，故本文选用模糊层次分析法确定各指标的权重。

3.4 关联度计算与评价等级确定

运用式(5)计算高能耗企业电力能效评价系统中各二级指标在各等级下的关联度表2所示。

应用式(6)进行综合关联度计算，结果表明：即该企业电力能效等级应于标准等级“良”接近，由式(7)和式(8)计算可知该企业电力能效准确评价等级为2.16级，即处在良偏中16%的位置处。

3.5 评价结果比较

用文献[3]提出的模糊综合评价法与本文采用的物元评价法对该企业电力能效评价结果进行比较，结果如表3所示。通过上表可以看出：两种方法对各指标评价等级基本相同，但由于物元综合评价法引入关联度函数，权重确定为主客观相结合，所以其评价结果更加精细、客观、合理。

4 结语

(1)物元-可拓评价法中，函数关联度取负值能够全面分析待评价物元的等级程度，使得评价结果更加精细化。

(2)物元分析模型在电力能效评价中，计算简便，可结合计算机软件设计算法，实现输入原始数据既得评价结果，数据获取容易，通过定量法描述各待评指标，进行客观赋权综合关联度评价，使得评价结果客观性更强。

表2电力能效评价指标关联度

评价指标权重ω优良中差C10.1630.263-0.263-0.705-0.831C20.050-0.500-0.399-0.673-0.552C30.291-0.395-0.1150.200-0.343C40.114-0.2780.417-0.350-0.629C50.092-0.424-0.2550.133-0.050C60.078-0.404-0.1620.400-0.225C70.063-0.2730.300-0.467-0.680C80.049-0.463-0.1430.200-0.400C90.036-0.3470.150-0.086-0.467C100.033-0.2580.400-0.343-0.617C110.031-0.1050.100-0.514-0.717

表3评价结果比较

评价指标C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11综合电力能效等级糊综合评价优良中良中中良中良良良良物元综合评价优良中良中中良中良良良良偏偏偏偏偏偏偏偏偏偏偏偏良中良优差良优良中优优中46%12%25%5%18%6%13%25%23%7%26%16%

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