基于AHP的海上风电场选址方案研究

2018-11-29孙启硕刘三明王致杰

科技与创新 2018年23期

孙启硕，刘三明，王致杰

基于AHP的海上风电场选址方案研究

孙启硕，刘三明，王致杰

（上海电机学院电气学院，上海 201306）

随着陆上风电场建设的稳步有序发展，海上风电场的发展也进入了新的阶段。影响海上风电场选址的因素众多，简单定性分析无法完成系统化定量评价，因此，采用AHP（层次分析法）进行评价研究与决策，分析影响海上风电场的各个因素，整理归纳，进而确定海上风电场选址的评价指标体系；采取AHP建立对海上风电场选址的评价模型；对相应实例进行量化分析和评价，验证该评价模型的有效性，而采用AHP有利于优化选址决策。

层次分析法；海上风电场；海洋风资源；海洋环境

在对新能源的开发与利用不断深入研究的背景下，海洋风资源得到了更广泛的关注，建立海上风电场势在必行[1-5]。在以往开发海洋风资源的过程中，海上风电场带来了诸如影响沿海地区后续各项海洋开发活动、与生态自然保护区重叠冲突等问题，海上风电场的运行维护等也与其所在的海洋环境密切相关[6-9]。这些问题凸显了海上风电场选址的重要性，要求提出一种合理的评判方法进行海上风电场选址决策。本文采用的层次分析法是一种权重决策分析方法[10]，通过划分因素层次、构建判别矩阵、求权重向量并计算一致性3个环节[11]，实现对比、判断、评价及决策，为最佳方案的选择提供了更加科学、直观的依据[12]。其决策关键在于将影响海上风电场的各个因素层次化并以此确定各因素的权重。

1 确定海上风电场选址评价指标

海上风电场具有风力资源较为丰富、不占用土地资源与在空间上具有排他性等特点；而在选址方面既与陆上风电场选址有相近之处，又因地处海洋而具有独特的要求。分析影响海上风电场选址的具体因素，以此构建海上风电场选址评价指标体系，如表1所示。对于具体海上风电场工程的选址情况，构建海上风电场选址适合度评判集{非常适合，比较适合，一般，比较不适合，非常不适合}，并分别赋值得海上风电场选址适合度向量（100，50，0，－50，－100）。

2 建立海上风电场选址评价模型

2.1 确定各指标权重

为了确定各个指标对于系统评定过程中所对应的重要程度，邀请相关专家对各指标元素之间按重要性由1～9赋值，相应倒数表示“如果选取的两指标相比，前者较后者为以上整数，则后者较前者为其倒数”。

由此得目标层-准则层判别矩阵与4个指标层间判别矩阵，如表2、表3、表4、表5和表6所示。

表1海上风电场选址评价指标体系

目标层准则层（一级指标）因素层（二级指标）海上风电场选址A规划海上风电场规模B1风机数量C11 风电场总容量C12 计划占地面积C13 经济性因素B2风能资源C21 并网条件C22 城市发展C23 建设条件C24 规模化C25 排他性因素B3生态环境C31 通信电缆等C32 航船航线C33 其他因素C34 环境因素B4地质条件C41 水文条件C42 灾害可能性C43

表2判别矩阵-

AB1B2B3B4 B111/91/81/6 B29123 B381/212 B461/31/21

表3判别矩阵-

B1C11C12C13 C1111/32 C12314 C131/21/41

表4判别矩阵-

B2C21C22C23C24C25 C2115417 C221/511/31/52 C231/4311/42 C2415417 C251/71/21/21/71

表5判别矩阵-

B3C31C32C33C34 C3111/41/51/7 C32411/21/3 C335211/2 C347321

表6判别矩阵-

B4C41C42C43 C4111/21/5 C42211/3 C43531

当矩阵阶数为3，4，5时，平均随机一致性指标分别取值为0.52，0.89，1.12[13]，如果一致性指标与平均随机一致性指标比值小于0.1，则满足一致性，近似权向量可以应用于综合评价；如果不满足一致性，则需要专家重新赋值评分指标重要性，修正判别矩阵，使其满足一致性。

2.2 综合评价

根据层次分析法，先对每一级指标进行综合，可得每一级所对应的评价指标权重向量，分别为=（0.039 4，0.484 3，0.298 0，0.178 3）；1=（0.238 5，0.625 0，0.136 5）；2=（0.379 3，0.070 6，0.121 3，0.379 3，0.049 5）；3=（0.055 7，0.173 2，0.285 1，0.486 0）；4=（0.122 0，0.229 7，0.648 3）。

计算得一致性比值分别为0.024 9，0.017 5，0.027 9，0.017 0，0.003 5，均符合相应的一致性检验标准。

2.3 建立海上风电场选址评价矩阵

为了检验海上风电场选址评价模型的有效性，选取坐标约为N21°42′，E112°04′的广东川山群岛沿岸海区一海域进行评价分析，相关情况概况如下。

规划总装机容量80 MW，单机容量2.5/3 MW，装机台数30台[14]，用海面积约为315 hm2。年平均风能密度充足。靠近阳江市，有利于满足该市对于电能的需求，同时有利于地区经济发展。该选址避开航线密集珠江口外沿岸海区，航线相对较少，避开了水产养殖区域与当地渔船的捕捞区域，减小了风电场对当地渔业的影响。该海域平缓坚实的岩层，不存在严重淤积现象，对建设条件需求较低。由离岸距离推测得需要铺设的海底电缆长度约为16 km。该海域夏季偶有台风经过，历史上无其他严重自然灾害的发生。

由多位专家对14项指标进行评估，通过得到的评估结果明确各指标评价等级，进而完成归一化处理，并建立广东川山群岛沿岸海区一海域海上风电场指标评价矩阵，如表7所示。

表7广东川山群岛沿岸海区一海域海上风电场指标评价表

一级指标二级指标评价等级wiw 非常适合比较适合一般比较不适合非常不适合 B1C110.830.170000.238 50.039 4 C120.670.330000.625 0 C130.170.660.17000.136 5 B2C210.830.170000.379 30.484 3 C220.500.330.17000.070 6 C230.670.330000.121 3 C240.330.500.17000.379 3 C250.170.330.50000.049 5 B3C3100.330.500.1700.055 70.298 0 C320.500.330.17000.173 2 C330.170.500.33000.2851 C3400.500.50000.486 0 B4C410.500.330.17000.122 00.178 3 C420.330.500.17000.229 7 C43000.330.500.170.648 3

2.4 评价结果分析

由表7中的相关数据对该海域建设海洋风电站的适合度进行综合评价。通过将适合度评价等级和对应的每一个指标层内权重向量及目标层与准则层间权重向量耦合，可得多级综合评价权重向量=（0.363 5，0.340 0，0.216 3， 0.060 6，0.019 7）。该海域建设海上风电场适合度数值=×（100，50，0，－50，－100）=48.350 0.该数值在5个适合度等级中靠近较为适合的等级，说明该海域仅较为适合建设海上风电场。工程中应用本方法对海上风电场进行选址时，可对多个备选方案进行综合评价，选取最合适的方案。