基于AHP的智慧能源建设评价体系

李小龙

【摘  要】论文基于国家中心城市的特点，构建了国家中心城市智慧能源建设评价体系，利用层次分析法定量地分析符合国家中心城市智慧能源建设的指标，得到能源安全、能源质量、能源综合能耗、能源信息交互、能源用户体验和能源综合效益6个一级指标和对应划分的12个二级指标，为我国国家中心城市的智慧能源建设提供参考。

【Abstract】Based on the characteristics of national central cities， this paper constructs the evaluation system of smart energy construction in national central cities， and quantitatively analyzes the indicators in line with the smart energy construction of national central cities by using analytic hierarchy process， and obtains six first-level indicators of energy security， energy quality， comprehensive energy consumption， energy information interaction， energy user experience and energy comprehensive benefit， and 12 second-level indicators corresponding to the division， providing reference for the construction of smart energy in China's national central cities.

【關键词】智慧能源;AHP;国家中心城市

【Keywords】smart energy; AHP; national central city

【中图分类号】F299.2                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）12-0116-04

1 引言

国家中心城市是指居于国家战略要津、肩负国家使命、引领区域发展、参与国际竞争、代表国家形象的现代化大都市。国家中心城市作为全国城镇体系的核心城市，集中了经济中心、信息资源、服务管理等各个关键性职能，在经济、金融、管理、文化、交通、生活等方面都代表着城市发展程度的综合竞争力水平，是经济发展的增长极。然而，城市的快速集中发展，导致城市能源的消耗极速加快。据不完全统计，目前我国城市能耗的占比超过70%，预计在2030年将达到80%以上。这种状况会带来能源供应不足、能源浪费严重、能源供应安全等一系列问题。因此，寻求一个既能发展城市，又能合理高效利用能源的和谐发展之路就显得尤为重要。

2 国家中心城市发展分析

在经济全球化深度发展到一定阶段，便产生了国家中心城市，即在国家城镇体系中具有“顶级核心性”和区域内的“引领辐射性”特点的城市。国家中心城市在我国城镇体系中位于核心地位，不仅是我国的金融、管理、贸易、交通枢纽和文化中心，也是我国对外开放和进行国内外文化交流的门户。国家中心城市的建设离不开能源，同时也为能源的应用提供基础。在大数据、云计算、物联网等技术大力发展的条件下，国家中心城市的建设也可以获得更有力的支撑。因此，积极发展智慧能源建设，是国家中心城市建设与发展的必经之路。

3 基于AHP的智慧能源建设评价体系

智慧能源建设评价体系是以智慧能源为目标，通过体系化的指标对城市能源进行管理。通过分析城市能源建设的现状，指导城市能源的发展，为国家中心城市的管理者提供决策方案和依据。智慧能源评价体系的评价对象为国家中心城市的智慧能源发展程度，并对不同国家中心城市的智慧能源建设进行评价。

3.1指标选取

①系统性原则：指标体系要能反映充分的信息量，若干相互独立的指标构成完整的评价体系。

②可比性原则：评价体系中的每一个指标需要把握智慧能源不同区域、不同发展阶段的信息。

③可加性原则：所有指标需要量化。

基于以上原则得出国家中心城市的智慧能源建设评价体系主要集中在能源安全、能源质量、能源综合能耗、能源信息交互、能源用户体验、能源综合效益通过一级指标可以划分出二级指标，有利于更有效地量化国家中心城市的智慧能源建设情况。具体指标如表1所示。

3.2 AHP分析法

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称 AHP）是对一些较为复杂、较为模糊的问题作出决策的简易方法，它特别适用于那些难于完全定量分析的问题。它是美国运筹学家T. L. Saaty教授于20世纪70年代初期提出的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法。

层次分析法主要步骤：

第一步：建立递阶层次结构模型。

将决策的目标、考虑的因素（决策准则）和决策对象按它们之间的相互关系分为最高层、中间层和最低层，绘出层次结构图。最高层是指决策的目的、要解决的问题。最低层是指决策时的备选方案。中间层是指考虑的因素、决策的准则。对于相邻的两层，称高层为目标层，低层为因素层。

第二步：构造出各层次中的所有判断矩阵。

在确定各层次各因素之间的权重时，如果只是定性的结果，则常常不容易被别人接受，因而Saaty等人提出一致矩阵法，即不把所有因素放在一起比较，而是两两相互比较，对此时采用相对尺度，以尽可能减少性质不同的诸因素相互比较的困难，以提高准确度。如对某一准则，对其下的各方案进行两两对比，并按其重要性程度评定等级。

第三步：层次单排序及一致性检验。

对应于判断矩阵最大特征根的特征向量，经归一化（使向量中各元素之和等于1）的元素为同一层次因素对于上一层次因素某因素相对重要性的排序权值，这一过程称为层次单排序。能否确认层次单排序，则需要进行一致性检验。定义一致性指标为：

CI=0，有完全的一致性;CI接近于0，有满意的一致性;CI越大，不一致越严重。

其中，随机一致性指标RI和判断矩阵的阶数有关，一般情况下，矩阵阶数越大，则出现一致性随机偏离的可能性也越大，其对应关系如表3所示。

考虑到一致性的偏离可能是由于随机原因造成的，因此在检验判断矩阵是否具有满意的一致性时，还需将CI和随机一致性指标RI进行比较，得出检验系数CR，公式如下：

第四步：层次总排序及一致性检验。

3.3 指标体系设计

智慧能源建设评价体系是一个庞大的评价系统，它由许多评价要素构成，并且是一个协同高效的评价体系。根据国家中心城市的特点以及智慧能源建设的目标，设计出针对国家中心城市的智慧能源建设的评价体系。

本指标体系从能源安全、能源质量、能源综合能耗、能源信息交互、能源用户体验、能源综合效益6个方面作为一级指标进行评价，如图1所示。

3.4 评价指标的内涵

3.4.1 能源安全

能源安全问题是包括能源供应安全、需求安全、价格安全和使用安全在内的综合性风险与威胁。对于城市能源安全而言，必须重视能源安全系统，保证能源生产安全、传输安全、使用安全，实现能源安全的智慧化管理。

3.4.2 能源质量

能源质量包括所利用能源的类型和所供应能源的品质。在构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系政策要求下，尽可能选用可再生能源是必须的要求。此外，用户侧对于能源供应的参数、质量等稳定性也是智慧能源体系的基本要求。

3.4.3 能源综合能耗

能源综合能耗包含整个能源供应系统的多能互补综合效率和各子系统的实时运行能耗。通过对各能源生产和消费环节的智能化监测和预测，可以有效提高能源系统的运行效率，对于提高能源利用率、实现低碳生活具有重要意义。

3.4.4 能源信息交互

能源信息交互包括能源信息的发布系统和能源使用互动系统。通过友好的交互模式，连接生产侧和消费侧，提供能源负荷情况发布以及能源使用指导建议。

3.4.5 能源用户体验

用户对能源使用的满意度包括安全性、质量、成本、便捷度等方面。用户对环境质量的满意度指用户对城市环境污染治理和监控，以及突发事件等方面的信息化监控满意程度。

3.4.6 能源综合效益

能源综合效益包含经济效益和社会效益。经济效益主要有总投入、总收入、招商引资影响、企业经营指标等。社会效益主要有带动上下游产业发展程度、增加就业情况等。

4 AHP求解过程

为了确保数据结果的可靠性，通过向智慧能源领域的专家和相关人员投放调研问卷，对各项指标进行两两比较，得到准则层和指标层判断矩阵，并利用Python软件计算出各判断矩阵的最大特征值和特征向量。

以下对能源安全、能源质量、能源综合能耗、能源信息交互、能源用户体验、能源综合效益进行两两比较得到判断矩阵，如表4所示。

得到判断矩阵后，利用Python软件进行矩阵计算，得到判断矩阵的最大特征值λmax=6.1235和最大特征向量W=（0.173，0.453，0.33，0.1143，0.253，0.123）。为了避免人为因素带来的主观性和片面性，对构成的判断矩阵进行一致性检验。

CI=（λmax-n）/（n-1）=（6.1235-6）/（6-1）=0.0247

判断矩阵的维度为6，基于平均随机一致性指标查询表，得到RI=1.24，因此得到CR=CI/RI=0.0199<0.1，因此判断矩阵一致性检验通过，为有效矩阵。同理，构建二级指标的判断矩阵并计算相应的权重，均通过了一致性检验，结果如表5所示。

从表3可以看出，一级指标的排序为：能源质量0.453，能源综合能耗0.33，能源用户体验0.253，能源安全0.173，能源综合效益0.123，能源信息交互0.1143。由此可以看出，在对智慧能源建设评价时，能源质量权重排在第一位，表明在国家中心城市的建设中，最重要的支撑是能源质量，积极选用绿色的可再生能源，确保用户的能源使用稳定性，对于提升国家中心城市人民生活的幸福指数具有重要影响。

二级权重排在前3位的是能源互补供应0.1556，用户对能源使用的满意度0.1125和能源类型0.056。这表明在城市智慧能源建设过程中，高效的多能互补能源供应系统，安全、经济、便捷的能源使用体验，以及清洁绿色的可再生能源比重是城市智慧能源建设需要重点关注的指标。

5 结语

通过建立针对国家中心城市的智慧能源建设评价体系模型，对城市的智慧能源建设水平进行评定，一方面，能够为城市管理者提供详细的数据支撑，辅助其重新认识智慧能源建设的力度和方向，相应调整政策导向;另一方面，通过智慧能源对经济、社会和环境的影响分析与量化，以数据化的指标展示智慧能源给城市发展和城市居民生活带来的切身利益，提高城市形象和城市居民对智慧能源建设的热情與支持力度。

【参考文献】

【1】张庆丰.迈向环境可持续的未来——中华人民共和国国家环境分析[M].北京：中国财政经济出版社，2012.

【2】刘建平，陈少强，刘涛.智慧能源——我们这一万年[M].北京：中国电力出版社，2013.

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