光伏充电站环境效益综合评价

谷秀 赵志勇 李捍东

摘要：运用模糊综合评价法对光伏充电站的环境效益进行综合评价。通过构造区间互补判断矩阵等步骤计算模糊评价矩阵，并进行归一化计算，最后对照评语集得到评价结果。实证分析北京市铁路货场改造成为绿色物流配送中心及电动汽车充电站，用层次分析法确定4个方面（生态环境效益、环境质量效益、能源环境效益、社会环境效益）12项指标（增加土地利用率，促进资源开发利用，推动植被保护；减少CO2 排放，减少NOx排放，减少PM排放；促进新能源替代，降低车辆能耗成本，促进能源结构调整；改善居民生活水平，增加环保公众意识，减少征地拆迁矛盾），综合评价结果显示环境效益很好，评价结果为光伏充电站行业的健康发展，环境保护防治等方面提供一定依据。

关键词：模糊综合评价法；光伏充电站；环境效益

中图分类号：X820.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2016）04-0032-07

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2016.04.007

Abstract：：This thesis makes an environmental impact integrated assessment of PV-Based electric vehicle charging stations by means of fuzzy comprehensive assessment method. It first calculates fuzzy evaluation matrix with the procedure of constructing interval complementary judgment matrix； then， conducts normalization； and last， gets the result of environmental impact assessment by reference to remark set. This thesis empirically analyzes the transformation of Beijing railway freight yard into electric charging station and green logistics distribution center， and confirms four aspects including eco-environmental impact， environmental quality impact， energy environmental impact and social environmental impact， and twelve indexes by analytic hierarchy process. The twelve indexes contains raising land utilization rate， promoting the development and utilization of resources， promoting vegetation conservation； reducing carbon dioxide emission， reducing nitric oxide emission， reducing particulate matter emission； promoting new energy substitution， lowering the energy consumption of the vehicle， promoting the adjustment of energy structure； and improving peoples living standards， increasing the public environmental awareness， alleviating the conflict of land expropriation and housing demolition. The integrated assessment result shows that the environmental effect is positive， which provides a basis for PV-Based electric vehicle charging stations industrys healthy development along with environmental protection and pollution prevention.

Keywords：PV-based EV charging station；Fuzzycom prehensive assessment method；Environmental benefit

前言

根据世界国际铁路联盟的数据，运输业产生的二氧化碳排放量占全球总排放的23%[1]，世界各个国家都制定了相关法律措施来限制污染物的排放。汽车被誉为“改变世界的机器”，在带来快捷交通的同时产生了能源安全、环境污染等一系列问题[2，3]。我国在这两年虽然取得了一定的减排成果，但是按照“到2020年单位GDP的二氧化碳排放量减少 40%—45%”[4]的目标，距离还很远。发达国家通过研究开发电动汽车来解决能源和环境问题，在各方面给予大力支持[5-8]。在能源和环保的压力下，发展清洁、环保产业已迫在眉睫。因此，在这样的大背景下产生的电动汽车，其发展备受市场关注[9]。

各国政策大力推广电动汽车，其中不可忽视的环节就是充电系统的建设，而利用太阳能充电不仅节约了能源，还能减少污染物的排放。太阳能作为可再生资源，是保护生态环境的清洁能源，其特点是无处不在[10，11]。通过采用太阳能建设发电系统，达到使用电动汽车实现节能减排的目的[12]。Richard Lowenthal 表示：“太阳能和电动车是注定一对天生的伙伴，利用太阳能来为电动车充电是最环保最好的解决方案 [13]。”关于光伏充电站的建设在国外已经有一些成功案例和相关研究[14，15，16，17，18]。美国研究在各地住宅和商业建筑屋顶上安装光伏系统的减排潜力，计算每个光伏系统在减排二氧化硫，氮氧化物 ，二氧化碳方面的贡献[19]。我国对于太阳能光伏发产业的现状和问题也有想当研究[20，21，22]，光伏充电站已在我国襄樊建设，并在东莞、上海等地投入了使用[12]，其环境效益正在评价。建设光伏充电站不仅有利于电动汽车市场的发展，并且有利于提高群众健康生活指数。

结合国内外研究动态，当前电动汽车和光伏利用已被进行了广泛的研究，然而对光伏充电站的建设及其环境效益的综合评价研究尚不多见。本文将基于以往相关研究在总结和创新的基础上，系统地提出光伏充电站环境效益综合评价指标体系，并通过案例进行环境效益的综合评价，以期为环保产业的发展提供些许依据。

1 研究方法

1.1 方法介绍

光伏充电站环境效益综合评价以模糊层次分析法（Fuzzy AHP） [23-25]为基础，通过确定评价对象的指标体系、因素集和评价集，获得模糊评价矩阵；将模糊评价矩阵与因素权集进行归一化运算，得到模糊评价结果。综合评价具有一定的主观性，因此，在进行综合效益评价时，须以客观性为基础，保证评价结果的有效性。

1.2 构建综合效益评价模型

1.2.1 区间数的引入

由于专家认识信息的模糊性，文章引入区间数[26]，是对模糊综合评价法的一种改进[27]，因为光伏充电站的环境效益作为评价对象，具有一定的模糊性，为了使评价结果更具真实性，引入[0，1]区间数表示这种模糊性。

1.2.2 光伏充电站环境效益综合评价模型的构建

1.2.2.1 因素集的确定

记第一层因素集为，第二层因素集为，单个指标的等级评定设S个等级，记评语集为。

1.2.2.2 权重向量的确定

第一，根据指标划分，专家采用0.1-0.9九标度法[28]对指标两两比较，确定区间数互补判断矩阵Q。0.1-0.9度标如表1所示。

……………………………………（1）

……………………………（2）

式中，——互补判断矩阵；

——以区间数形式表示互补判断矩阵中第i行第j列个元素；第i个因素相比第j个因素的重要程度；

——区间数左端点数；——区间数右端点数；

需满足：+=+=1…………………（3）

第二，计算互补判断矩阵的行和并做归一化，求出其区间数权重向量：

…………………………（4）

……………………………………（5）

式中，——以区间数形式表示的权重向量的第i个分量；

——以区间数形式表示的的左端点数；

——以区间数形式表示的的右端点数；

第三，对所有的区间数进行两两比较，并利用公式（7）建立可能度矩阵：

……………………………………（6）

………………………………………………（7）

式中，P——可能度矩阵；

——可能度矩阵第i行第j列个元素；

——的长度，；

——的长度，；

第四，将矩阵P的行和归一化求出权重向量：

………………………（8）

………………………………（9）

式中——以实数形式表示的的第个分量。

1.2.2.3 确定单项指标对评语集的隶属度，得到评判矩阵

…………………………………（10）

式中Ri，——评判矩阵；

——评判矩阵中第i行第j列个元素；

需满足 …………………………（11）

1.2.2.4 环境效益的综合评价

将第二层评价指标的权重矩阵与单因素评价矩阵相乘，得到总模糊综合评判矩阵。将总模糊综合评判矩阵与第一层因素集的权重作合成运算 ，做归一化处理，得到模糊综合评价结果，根据最大隶属度原则，得到光伏充电站环境效益综合评价的结果。

2 示范评价

2.1 项目简介

项目将北京市门头沟区三家店铁路货运站改造为电动车绿色物流配送及配套电动车充电中心，依托北京地区铁路现有货场所处地理条件，以铁路货场屋顶作为光伏充电来源，建设光伏充电桩。项目提出了“光伏+储能+充电桩”的光伏储能充电站模式，将电动汽车与光伏发电相结合，电动汽车在作为负载的同时，也相当于是一种储能装置，配以部分储能蓄电池来实现削峰填谷，构成智能微网系统，为北京市多种形式电动车充电配套设施建设提供实践。通过使用电动货车代替传统货车以及建设光伏充电设施，并形成规模化示范基地，解决电动车充电桩不足的问题，通过双电动力[29]的结合，减少进京大货车的数量。

2.2 综合效益评价

2.2.1 构建综合评价模型

综合评价中最重要的一步是构建科学、合理的综合评价指标体系。光伏充电站属于绿色产业，能带来广泛的环境效益。根据光伏充电站实际情况进行环境效益的分析界定，在此基础上构建环境效益综合评价指标体系。本文提出光伏充电站项目环境效益包括四个方面，即生态环境效益、环境质量效益、能源环境效益和社会环境效益。

光伏充电站的生态环境效益主要表现在增加土地利用率、促进资源开发利用和推动植被保护三个方面；环境质量效益是光伏充电站代替传统汽车后，所能减少的典型污染物排放量，包括温室气体二氧化碳，氮氧化物和颗粒物；能源环境效益是指由光伏充电桩技术带来的太阳能新能源，包括促进新能源替代、降低车辆能耗成本和促进能源结构调整；社会环境效益主要表现在改善居民生活水平、增加公众环保意识和减少征地拆迁矛盾三个方面。

本文构建了光伏充电站环境效益综合评价指标体系，共包括三层：第一层为目标层，评估光伏充电站环境效益的综合等级；第二层为要素层，包含生态环境效益、环境质量效益、能源环境效益和社会环境效益四个要素；第三层为指标层，共包含12个二级指标，如图1所示。

2.2.2 确定因素集和评语集

由上文可知，评价对象为光伏充电站的综合环境效益，因素集分为两层：

（1）第一层因素集为={ 生态环境效益，环境质量效益，能源环境效益，社会环境效益}，

（2）第二层因素集，包括四个方面，分别为：

{ 增加土地利用率，促进资源开发利用，促进植被保护}；

{ 减少CO2排放，减少 NOx排放，减少PM排放}；{促进新能源替代，降低车辆能耗成本，促进能源结构调整}；{增加公众环保意识，改善居民生活水平，减少征地拆迁矛盾}；

评语集{很好，较好，一般，较差，很差}。

2.2.3 确定权重集

根据指标划分，专家采用0.1-0.9九标度法对指标进行两两对比，给出下面区间数互补判断矩阵B1（生态环境效益）、B2（环境质量效益）、B3（能源环境效益）、B4（社会环境效益）为：

利用（4）、（5）式计算区间互补判断矩阵B的行和并归一化，求出矩阵B的区间数权重向量（生态环境效益）、（环境质量效益）、（能源环境效益）、（社会环境效益）为：

对所有的区间数进行两两比较，利用公式（6）、（7），建立可能度矩阵（生态环境效益）、（环境质量效益）、（能源环境效益）、（社会环境效益）为：

通过可能度矩阵P的行和归一化，求出权重向量（生态环境效益）、（环境质量效益）、（能源环境效益）、（社会环境效益）为：

2.2.4 确定总模糊评判矩阵

基于光伏充电站环境效益的因素集及评语集，根据专家打分，得出光伏充电站环境效益模糊综合评判矩阵Ri，如表2所示。

作一级模糊综合评价，得到总模糊评判矩阵，即：

2.2.5 综合评价结论

作二级模糊综合评价，取一级指标权重为=（0.2，0.3，0.3，0.2），通过计算=o并将归一化，得出最后的评价结果为：C=（0.29，0.23，0.20，0.19，0.10）。

根据最大隶属度原则，光伏充电站的环境效益综合评价等级为最高级“很好”，即光伏充电站的综合环境效益十分可观。

3 结论

应用模糊综合法对铁路货场光伏充电站的环境效益进行综合评价，评价过程包括确定因素集和评语集、确定权重集、确定总模糊评判矩阵和多层次模糊综合评价四个步骤。评价结果显示铁路货场光伏充电站的综合效益等级为最高级“很好”，说明铁路货场光伏充电站的环境效益可观。希望本文的研究成果能够为北京市乃至全国各地光伏充电站的发展提供借鉴意义。

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收稿日期：2016-05-18

作者简介：谷秀（1983-），女，硕士，主要从事化学品风险评估与环境影响评价技术研究.