面向低碳的海上风电可持续性评价研究

中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 徐秋磊

在《巴黎协定》的框架之下，作为全球碳排放量最多的国家，中国提出2030年的单位GDP 碳排放要比2005年下降60%～65%，非化石能源占比要提升到20%左右。为了加快清洁能源大规模开发和高效利用，中国提出到2030年清洁能源发电装机占比达到59%，发电量占比达到48%。

凭借海风资源的稳定性、发电功率大和环境影响小的特点，海上风电近年来正在作为核心电源来推动未来全球低碳经济发展。截至2019年底全球已投运海上风电场共146个、累计装机容量27.2GW，2020年全球海上风电总容量超过35吉瓦，在过去5年中增长106%。据统计，一个装机100MW、年利用小时数2000h 的风电场一年可大约节约煤炭15.22万t，大约减少碳排放30.44万t。因此，贯彻落实国家的低碳发展战略部署，发展可再生能源、特别是海上风电，加快实施低碳建设与发展，是实现清洁高效可持续目标的重要途径。

现有的海上风电评价研究主要聚焦于单一的经济性、可靠性等单一目标。比如在经济性方面，文献[1]采用控制单一变量法，研究上网电价、发电量、建设周期等因素对风电项目整体经济效益的影响。在可靠性方面，文献[2]通过度电成本分析建立成本-效益模型，发现风电设备的可靠性、可利用率决定了海上风电的运维成本和度电成本的水平。文献[3]分析了海上风电的运维系统开发需求和可靠性特点，最后提出了对海上风电运维管理系统的开发建议。

参考以上文献，本文结合海上风电的经济性和可靠性，对面向低碳的海上风电可持续性评价展开研究。从经济性、可靠性、环保性和安全性四个方面入手，建立合理的海上风电可持续性评价体系。同时创新性的提出了基于G2法-CRITIC法的混合交叉赋权方法。最后采用贴近度代替原物元可拓中的隶属度函数，其评价结果更具合理性与真实性。

1 海上风电可持续性评价指标体系及模型

首先，与陆上风电相比海上风电的运维成本较高，同时海上风电的施工时间要根据海况、潮位等确定；其次，海上风电所处的环境是强风、高盐、高湿环境，风电的设计、选材等都需充分考虑其可靠性；然后，随着风电布局逐步向中东部和南方地区转移，海上风电开发建设的环保问题日益重要；最后，根据最新报告显示，2019年全球海上风电行业共发生252起“高风险事故”和62起人身伤害事故，数量大幅上升。基于以上各种因素，海上风电必须均衡发展，本文从经济性、可靠性、环保性和安全性出发，分别选取具有代表性的海上风电可持续性评价指标如下：经济性（A）。单位度电成本A1，财务净现值A2，投资回收期A3；可靠性（B）。风电机组年平均可利用率B1，海上风电群体参与度B2，能量可利用率B3；环保性（C）。综合能耗率C1，约束煤炭资源消耗量C2，减少温室气体排放量C3；安全性（D）。海上风电机组适应性D1，海上风电技术成熟度D2，平均无故障运行时间D3。

基于G2法-CRITIC 法的混合交叉赋权方法。为避免G2法或CRITIC 法单独确定权重无法反映实际数据客观信息或决策者主观意图的弊端，本文通过评价指标包含的信息量确定指标间的重要程度之比代替G2法中的专家主观判断，创新性的提出了基于G2法-CRITIC 法的混合交叉赋权方法。

改进物元可拓综合评价模型。物元可拓理论通过建立经典域、节域和评价等级，根据指标的实际数据来确定评价对象的等级[4]。原物元可拓模型采用隶属度函数，但在评价过程中可能丢失大量信息，导致一些评价结果与实际不符。本文采用贴近度代替隶属度函数，分析各指标对工程建设的集化程度。第k个指标在第t 个等级下的贴近度计算公式如下：

2 案例研究

本文结合J 省现有的S 海上风电案例背景利用本文建立的评价指标体系和评价模型进行实证研究，并就评价结果进行简要的分析。

S 海上风电可持续性评价指标数据收集。向海上风电运行单位收集S 项目可持续性评价指标数据，由相关领域根据项目经验将收集到的评价指标数据进行打分，其指标、指标数据及归一化结果为：A1，1.12元/kWh，0.71；A2，12.37亿元，0.87 ；A3，10.5年，0.68 ；B1，99.25%，0.88 ；B2，92.43%，0.82；B3，97.84%，0.91；C1，0.14吨 标 煤/万 元，0.59；C2，1425.34亿t，0.74；C3，3746.85亿t，0.77；D1，84分，0.84；D2，86分，0.86；D3，3726h，0.93。

S 海上风电可持续性评价指标权重计算。经过10位有经验的相关专家集中讨论，最终确定海上风电可持续性评价中最不重要的一个指标：能量可利用率B3。研究引入15个已建设投运的类似项目案例的相关数据，获得第k 个指标的信息量进行计算（表1），根据指标信息量可得到第k 个指标的混合交叉权重wk（表2），可看出对海上风电可持续性影响最大的指标是海上风电群体参与度，权重为0.1977，因为全社会只有充分了解海上风电才会使得项目可持续。由于本文研究的是面向低碳的海上风电可持续性评价，所以海上风电的环保性指标也占有很大的比重，环保性指标权重总和为0.1965。

表1 S 项目可持续性各指标信息量

表2 S 项目可持续性评价各指标的权重

S 海上风电可持续性评价指标等级确定。将海上风电的可持续性评价等级划分为5个不同的层次：差N1、较差N2、一般N3、较好N4、好N5。经过10位有经验的海上风电运行管理人员和海上风电相关领域专家的经验判断，获得海上风电可持续性评价的经典域Rt。采用公式（1）计算第k 个指标在第t 个等级下的贴近度，结果如表3。结合已计算的指标权重结果和公式计算该项目可持续性评价等级的综合贴近度为式2～6。因为K4(p0)=max{Kt(p0)}，表明该项目可持续性对应的评价等级为“较好”。本文评价指标体系和评价模型的建立为即将建设的海上风电的投资决策提供了参考。

表3 第k 个指标在第t 个等级下的贴近度

综上，凭借海风资源的稳定性、发电功率大和环境影响小的特点，海上风电正在推动未来全球低碳经济发展。本文在这样的背景下对面向低碳的海上风电可持续性评价与分析进行了研究，主要结论如下：结合项目特点，从经济性、可靠性、环保性和安全性建立海上风电可持续性评价体系；从权重结果可看出，对海上风电可持续性影响最大的指标是海上风电目群体参与度和财务净现值，环保性指标也占有很大的比重；采用贴近度代替原物元可拓评价模型的隶属度函数，使得评价结果更具合理性，同时也为即将建设的海上风电的投资决策提供了参考。