基于层次分析法分析我国弃风限电现象的主要原因及对策

王振宇

一、研究背景和意义

目前，由于环境的不断恶化和化石资源的日益枯竭，清洁能源在如今的科技发展中起到了越来越关键的作用，大力发展风力发电是一个具有前景的选择。风力发电是指把风的动能转为电能的过程。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电①。风电具有清洁，可再生并且含量大的特点，可以减小火力发电对环境的污染，减小化石资源开发及利用。在我国，风力发电机主要装备在北部地区等风能资源丰富的地区，风机以1.5MW、2MW的机型为主，占全国80%以上的新增装机容量②。

目前，我国已经成为全球风力发电规模最大、增长最快的市场。然而，我国风力发电行业，依然面临着很严重的问题，我国风力资源丰富地区远离负荷中心，需要远距离输电，但由于电网落后造成资源的大量浪费。我国风电机的容量较低，造成了风力资源和土地资源的浪费。我国大部分风机制造商通过购买国外的核心技术实现量产，核心技术缺乏、关键设备及材料依赖进口问题比较突出。风力发电本身非常具有发展前景，然而由于我国没能找到合理方法，导致其发展滞后，弃风现象严重，使风力发电并没有被我们很好的利用。因此本文期望能够建立科学的数学模型，帮助我国寻找出适合我国风电发展的方案。本文采用层次分析法，分析最适合我国解决弃风问题的合理政策。在层次结构模型中，以科技发展、市场结构、节能环保、政府补贴为准则层，以德国、美国、西班牙和丹麦的发展经验为方案层，来评价哪些策略最适合解决我国的弃风问题，从而为解决我国弃风问题提建议，为促进我国风电发展提供新的方案。

二、我国弃风限电现象背后的几大原因

我国目前弃风现象严重，2017年弃风电量295.5亿千瓦时，我国弃风比例远远超出典型国家的3%以下的弃风限电率。从所遇到的实际问题分析，其主要原因如下：

三、风电技术发达国家的发展经验

本文借鉴风电大国的发展经验，选择德国、美国、西班牙和丹麦这四个国家。其发展经验各具特色，具有参考价值，有助于本文分析。其具体内容如下：

图1 层次结构模型

四、基于层次分析法综合分析我国风电发展重点方向

1.建立层次结构模型

以解决我国风电弃风限电问题为目标层A1，以科技发展C1、市场结构C2、节能环保C3、政府补贴C4、为准则层，以德国经验P1、美国经验P2、西班牙经验P3、丹麦经验P4为方案层。层次结构分析，如图1所示。

2.构造两两比较判断矩阵

目标层与准则层的判断矩阵为：

准则层与方案层之间的判断矩阵为：

3.特征根法计算权重

求判断矩阵的最大特征根λmax及其对应的特征向量ω，将归一化后的特征向量作为排序权重向量：

4.模型检验

在构造比较矩阵时，只要求比较矩阵满足一定的一致性，即可以允许比较矩阵存在一定程度的不一致性，所以要进行一致性检验。查找相应的平均随机一致性指标RI，得到四阶RI=0.9。计算衡量对比矩阵不一致程度的指标CI如下所示，其中λ为矩阵的最大特征值：

从而，计算一致性比率：

上述一致性比率CR均小于0.1，可以判断矩阵具有满意的一致性，即证明模型是合理的，结果具有可信度。

5.计算各层元素对目标层的总排序权重

计算结果定性和定量相结合地比较了四个国家的风电发展经验对我国解决弃风问题的有效性。在解决我国弃风问题的经验中，德国经验的权值为0.204、美国经验的权值为0.232、西班牙经验的权值为0.211、丹麦经验的权值为0.354。其中丹麦的权值最高，方案最有效。德国，美国，西班牙的权值相差不大。所以在提建议时，丹麦的经验最有借鉴意义，其余三个国家可作为参考。

五、基于分析结果对于我国弃风限电问题提出改进建议

通过层次分析法，我们可以看出哪些方法适合我国风电的发展。因此，本节基于上一节得出的结论，提出有助于解决我国弃风问题的建议。

（1）大力发展相关科学技术，加大对科技研发方面的投资，培养风电方面的人才。增强我国风电机组的水平，增强风电机的容量，更加高效的利用风电，增强土地的利用率、增强在并网和调峰等方面的技术，从此减少在风电运输时所产生的资源浪费，这样可以在根源处提高对风电的利用，减少弃风问题。

（2）应该加大发展海上风电。我国沿海地区风力资源较为丰富，适合发展风力发电。海上风电可以减少我国陆地资源的使用。可以使我国沿海发达地区使用海上风电，从而减少对内陆地区风电的依赖，减小风电的运输距离，减小资源亏损。

（3）我国政府应加大对风电市场的干预，调节市场结构。要增强对风电的利用，鼓励企业使用风电，减少使用火电。政府为使用风电的企业加以补助，从而避免我国风电的大量浪费。我国还应让风电企业放缓装机速度，提高风电质量，使其更加高效地被利用。减小我国风电供大于求的现状。

（4）我国应制定合理的长远目标，并且为不同的风电企业制定不同的目标，并给予按时完成目标的企业以奖励。这样可以促进企业发展风电的积极性，使我国风电行业产生良好的风气。

本章在推动科技发展加大教育投资、实行海上风电、政府干预调节风电市场、制定合理发展目标四个方面为我国解决弃风问题提供了针对性建议，希望为我国解决弃风问题和我国风电的发展提供新的思路，推动我国风电事业的发展。

六、总结

本文首先介绍我国风能利用的基本情况，具体叙述了风力发电的原理及其优点、我国的风力资源分布、技术及其市场结构以及我国风电的大致问题，从而分析了我国弃风的具体表现在技术、资源、市场结构以及政策方面的原因。文章调研德国、美国、西班牙、丹麦的风电发展经验，从而使用层次分析法分析哪些政策最适合于我国风电的发展，减少我国的弃风问题。最后为解决我国的问题提出合理的建议，包括推动我国科技发展加大教育投资、实行海上风电、政府干预调节我国的风电市场、制定发展目标。本文所提出的建议具有合理性和针对性，希望为我国解决弃风问题和我国风电的发展提供新的思路。

本文采用层次分析法综合考虑科技发展，市场结构，节能环保，政府补贴四个准则，定量分析每个因素对方案的影响程度，从而制定出适合我国解决弃风问题的方案，定性研究和定量计算相结合，使结论更具说服力。

引文

①徐洪亮,李强.风力发电原理及前景概述[J].民营科技,2016(12):14.

②周超,朱熀秋,魏杰,周令康,黄振跃.我国风力发电发展现状和问题分析[J].能源研究与信息,2012,28(02):69-75.

③李成良.风机叶片结构分析与优化设计[D].武汉理工大学,2008.

④董亮.天能重工上市后业绩连续承压[N].北京商报,2017-08-14(006).

⑤吕俊昌,杨小东,沈又幸.德国风电发展策略研究及对我国的借鉴[J].陕西电力,2007(11):40-43.

⑥刘林,尹明,杨方,关朋.德国海上风电发展分析及启示[J].能源技术经济,2011,23(08):47-52.

⑦要立荣.美国风电发展经验及启示[J].科技促进发展,2011(09):94-96.

⑧周原冰,王乾坤,方彤,张运洲,宋卫东.西班牙风电发展的经验与启示[J].能源技术经济,2010,22(04):9-14.

⑨沈又幸,郭玲丽,曾鸣.丹麦风电发展经验及对我国的借鉴[J].华东电力,2008,36(11):153-157.

⑩威廉•斯蒂尔,张玥.丹麦风电发展的前景[J].风能,2015(12):48-50.