基于能源监管信息的新能源接入系统能效评估方法研究

田茂君，薛惠锋,2

(1.西安理工大学 经济与管理学院,陕西 西安710054;2.西北工业大学 自动化学院,陕西 西安 710072)



基于能源监管信息的新能源接入系统能效评估方法研究

田茂君1，薛惠锋1,2

(1.西安理工大学 经济与管理学院,陕西 西安710054;2.西北工业大学 自动化学院,陕西 西安 710072)

基于政府能源监管角度，综合分析了目前新能源开发和节能减排面临的问题。构建了以安全可靠、供需平衡、节能减排和经济高效为关键指标的评价指标体系，采用模糊层次分析和综合权重方法对比分析了各级指标权重及其对评估结果的影响，可以实现对区域电网新能源发展综合能效进行评估。对我国西部某省进行的实证分析表明，目前新能源开发建设在低压配电等环节存在不足，对提高节能减排综合能效有一定的不利影响，针对分析结果给出了相关的政策建议。

能源监管；新能源；评价指标体系；层次分析法；模糊判断；对比分析

能源安全和电力可靠供应事关国家安全，并直接影响到公众生活和社会稳定。在清洁化、低碳化、高效化的新要求下，欧美等发达国家普遍加快了新能源、新材料、信息网络技术、节能环保等高新技术的研究和新兴产业的发展，并对能源系统的运行开展监测和预警[1]。随着我国新能源相关科研和生产投入规模不断加大，如何配合电能输送网络的建设，对新能源开发建设、节能减排效果进行评估，为政府管理工作提供经验和依据，成为新能源发展面临的问题，因此，提出一套可以涵盖主要监管信息的能效评价指标体系是非常必要的。另一方面，也需要全面科学的评价能源供给系统的综合效益，及时发现风、光等新能源发展过程中的问题，实现技术进步和社会效益均衡发展，保障新能源可持续发展[2]。

在国内外已有的针对新能源供给系统评价标准体系的研究成果中，具有代表性的方法有：基于清洁发展机制制定的新能源项目量化评价体系[3]、以城市运行环境和经济负担为主要影响因素的区域新能源项目量化评价体系[4]、欧盟针对促进和发展高效网技术和设备的电网收益评估体系[5]，这些方法都对新能源的开发利用和低碳发展给予了特别关注。比较而言，欧美电网评价体系侧重于配电和用电，注重电网建成后的效果，而我国电网处于建设提升阶段，侧重于输电和配电方面，所以评价体系也倾向于电力建设相关专业领域，例如国家电网公司建立的电网安全与效益综合评价指标体系[6]，针对“两型电网”(资源节约型、环境友好型)的城市电网评价指标体系[7]。

由于从不同专业领域的角度对能源供需某一方面进行评估时，都存在不能充分反映全社会实际用能效益的问题，所以本文从政府能源监管角度，综合分析了目前节能减排面临的形势，构建了基于层次分析和综合加权平均的评估方法及评估模型，提出了可以充分涵盖现有能源监管主要信息的新能源并网系统能效评价指标体系。通过进行实证分析，验证了评价方法的有效性，并根据分析结果提出了相关政策建议。

1　能效评估指标体系

1.1关键指标选取原则

关键指标的选取采用各国政府部门普遍采用的评价指标体系准则——SMART准则，即满足特定 (Specific)、可观测(Measurable)、可得到(Attainable)、相关(Relevant)和可跟踪(Trackable)等五项基本要求。根据该准则，结合新能源并网系统评价主要目标，本文在提取关键性指标时确定如下原则：①数据全面，应能够充分反映目前新能源并网系统运行特点；②客观公正，关键性指标数据应来源于公共监测信息，可以反映各个环节实际情况；③直观实用，关键性评价指标数据应可以直接获取并进行计算分析；④典型有效，关键性评价指标数据应反映新能源并网系统运行重点问题，使得公共监管部门可以把握问题的主要方面。

1.2关键指标选取方法

目前我国的能源监管信息系统基本是在原电力监管信息系统基础上进一步拓展监管范围形成的，其主要监控内容包含对电力供需、电煤信息、节能减排、受电通道、电力运行概况、供需平衡、电力运行、电力安全等情况进行统计、监控、监测和预警。

本文分析关键指标的基础数据均来自该监管系统的监测数据。

1.3运行环境分析

从全球范围来看，火力发电在电力结构中仍占有重要位置。

对我国而言，燃煤发电在未来较长时间内仍将在电力工业中发挥主导作用。但是，过多依赖煤炭的能源结构不仅不利于满足我国未来的能源需求，同时也将对环境造成巨大压力，故解决煤电为主和节能减排这一矛盾，使煤电清洁发电，成为今后发展的主要途径。

另一方面，电网作为电力行业和能源行业中的重要能源传输部门，是联系发电侧和用电侧的桥梁。但长期以来电网建设中存在“重输电、轻配电”的问题，因此，本文在确定电网通道监控指标时，分输、配电及相应不同电压等级确定评价指标。再者，我国城市和农村供电可靠性差异较大，而人们对电能质量的要求日益提高，因此也需要进行差异化评估。

在科学用电方面，通过移峰填谷，改变需求负荷特性，可以提高电能利用效率，减少一次能源的消耗，从而减少或延缓对新增发电装机容量的需求。

在有序用电方面，可通过行政和技术手段，缓解供需矛盾，促进电能资源优化配置。各地正在积极制定和完善有序用能预案，在保障经济发展和群众生活合理用电需求的同时，坚决抑制“两高”行业用电的过快增长，促进节能减排目标的实现。

1.4新能源并网系统能效评估指标体系

根据上述电力生产、消费环境分析，结合评价目标要求[8]，本文构建了新能源并网系统能效评估指标体系，其中二级指标9个，三级指标19个，具体指标如图1所示。

安全可靠指标主要描述电网各级输电通道在实际运行方式的限制条件下可以为全社会提供的安全保障，是反映技术进步和社会效益的核心关键指标。

供需平衡指标描述的是调度区域内电力供应对负荷需求的相应裕度，为调整能源配置提供预警信息。

节能减排指标反映燃煤机组燃料消耗、碳排放情况以及电网的运行环保水平。

经济高效指标描述社会经济运行成本中电力消费部分以及电网建设的合理性。各分级指标的详细定义见表1。

图1　新能源并网系统能效评估指标体系Fig.1　The index system for power system with new energy

指标名称指标含义指标测度N-1校验通过率检验电网结构强度和运行方式是否满足安全运行要求。满足N-1的元件数量(个)/总元件数量(个)城市供电可靠率反映城市用户的平均非停电时间所占比例。(1-城市用户平均停电时间/统计期内时间)×100%农村供电可靠率反映农村用户的平均非停电时间所占比例。(1-农村用户平均停电时间/统计期内时间)×100%电压合格率实际运行电压在允许电压偏差范围内的累计运行时间和对应的总运行时间的百分比。(1-电压超限时间/总运行统计时间)×100%频率合格率电网频率在允许偏差内的时间与统计时间的百分比。(总合格时间/总运行统计时间)×100%常规能源电厂反映水、火、核电机组实际利用率,本文重点针对火电机组。年平均运行小时数新能源电厂反映风、光发电机组实际利用率。年平均运行小时数发电权交易以市场方式实现发电机组、发电场之间电量替代的交易行为,也称替代电量交易。电力市场中发电权交易的电量统计值,kW·h大用户直购电电厂和终端购电大用户之间通过直接交易的形式协定购电量。统计区域内大用户直购电量及占比跨省区交易省区间通过直接交易的形式协定购电量执行情况。统计跨省区的交易电量及其年增长率水平新能源发电占比风、光发电上网电量占区域内年销售电量的比例。%煤电节能减排火电机组脱硫装置投运率、脱硫效率等。%线损率电网的综合线损率水平。综合线损下降指标/最大用电负荷节电率节电量占电网企业售电营业区内上年售电量的比例。实际节约电量/年度电力电量节约指标全社会用电量统计区域内在一定时间段内的全社会用电总数。kW·h

续表1

2　分析模型

层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)是一种通过构建一个层次结构模型，再根据较少的定量信息来求解多目标、多准则和无结构特性的复杂决策问题的较为简便的决策方法[9-13]。在实际应用中，由于综合判断一致性与判断矩阵一致性的差异及检验方面存在困难，且缺乏科学依据来表述一些指标的定量关系，因此基于模糊判断的层次分析法(FAHP)更适用于那些人在定性判断中起主要作用且对决策结果不能直接准确度量的场合[14-19]。采用模糊层次分析的主要步骤简述如下[20-21]。

2.1构造模糊判断矩阵

首先设定包含n个评价指标的一组评价指标集合X：

(1)

式中，n为指标个数，xi元素为评价指标。

通过对其中第i个和第j个指标进行两两比较，可以构造n阶模糊判断矩阵(δij)n×n：

(2)

式中，矩阵元素δij为表示第i个和第j个指标相互间影响的重要性标度。当i = j时，δij= 0.5；当i ≠ j时，δij= 1- δji，与其它指标(例如第k个)关联δij= δik- δjk+ 0.5,其中i,j,k = 1,2,…,n。

2.2确定评价模糊关系

不同的指标取值可以形成不同的评价等级，从而形成模糊评价结果集合V：

(3)

式中，元素vi为各指标组合对应的评价方案。

采用模糊分析时，对每一个指标评价可用隶属程度函数μMi使得vi的元素取值在[0,1]区间，本文采用的模糊数Mi是一个三参数 (li,mi,ui)定义的三角模糊数。这里mi为Mi的隶属度为1时xi中值；li和ui分别为评价取值下界和上界。当li≤xi≤mi时，μMi(xi)= xi/(mi-ui)- li/(mi-li)；当mi≤xi≤ui时，μMi(xi)=xi/(mi-ui)- li/(mi-ui)；xi取其它值时，μMi(xi)均为0。

2.3权重计算

每个指标的初始权重，即其模糊值Mi为:

(4)

我们将一个模糊数大于其它模糊数的可能性P作为同其它模糊数比较后得到的最终权重。任意两个模糊数如M1≥M2的可能性P定义为：

(5)

而一个模糊数大于其它模糊数的可能性定义为：

minP(M≥Mi)

(6)

其中，M为Mi中任意一个模糊数。

3　实证分析

本文以西北地区某省2013年新能源接入电网系统和工业运行监测面板数据为评估对象，选取3种评估方案：方案一给定安全可靠、供需平衡、节能减排和经济高效四个一级关键指标相同的权重；方案二进行综合层次分析；方案三采用模糊分层分析法进行评估。

3.1数据预处理

以模糊层次分析为例，四个一级关键指标的一致性判断矩阵为：

(7)

经计算后得到权重系数向量(0.396 0,0.174 0,0.210 5,0.219 5)。对各级指标进行类似分析，得到不同方案指标的总目标权重值，见表2。

表2　评估指标权重

3.2评估计算

首先利用之前得到的权重评估得到各指标层指标及类别层指标的值，之后由专家按照表1、2中各级指标打分，例如某个典型值依次为：(100,100,90,85,90,60,80,60,80,60,100,80,90,100,80,60,60,60,70,60)，加权求和后即可得到总体评价情况，见表3。

表3　评估结果

3.3数据分析

该地区新能源开发建设效果综合评价较好。其中，采用不同分析方法时，安全可靠指标评价均良好，供需平衡和经济高效指标表现一般，节能减排指标在不同方案中的评估结果差异较为明显。现分别讨论如下：

系统在安全可靠方面评价较好，但在农村的供电可靠性和电能质量方面存在不足，故应加强农村电网建设与改造，提高农村供电水平。系统在供需平衡方面和经济高效方面均表现一般，该地区电力市场发展水平较低，且工业生产体系以重工业为主，轻工业和农业对该地区的经济发展有一定影响，使得一方面用电量增长较慢，另一方面对经济增长的贡献还主要体现在以原材料为主的重工业和资源密集型基础工业上。

该地区电力能源输送通道运行状况良好，但电网运行灵活性相对较差，用户参与度中的智能用电互动服务指数较低。

在评估结果中特别注意到,不同评估方法在节能减排方面的评估结果出现了一定的差别，可以看到该地区电网环保水平较高，而发电环保水平较低，这使得该地区电力运行数据中火电机组年运行小时数偏低，削弱了“上大压小”等节能改造措施的实际应用效果。因此，在积极引导燃煤发电企业加大技术投入、升级改造的同时，应深化网源协调调度工作，提高机组综合节能运行水平。

4　结论与建议

本文针对从不同专业领域的角度对能源供需某一方面进行评估时，不能充分反映全社会实际用能效益的问题，从电源、电网和用户侧等方面综合分析了目前新能源开发与节能减排面临的形势，以安全可靠、供需平衡、节能减排和经济高效为关键指标，确定了可以充分涵盖我国现有省级能源监管主要信息的新能源接入系统能效评价指标体系，构建了基于模糊层次分析的评估方法及评估模型。实证分析表明，目前新能源开发建设在低压配电等环节存在一定不足，对节能减排综合能效的提高存在一定的不利影响。依据评估分析结果，对新能源建设提出如下政策建议。

1)新能源消纳机制要反映电力供给成本和市场需求，为保障整体经济的可持续发展，应建立合理的上网-输配-消纳联动机制。进一步鼓励西部新能源集中开发地区发展优势产业，为风、光电消纳促销的低谷电价等方案试点提供政策支持，促进就地消纳。

2)积极推动电力金融市场的建设，进一步完善电力市场交易规则和交易系统功能，稳步扩大市场交易份额，并加强电网外送通道的建设，使跨区域外送不再受制于通道限制。特别是应促进挖掘现有系统的调节能力，逐步推进辅助服务的市场化。

3)在制定提升新能源消纳的政策时，积极采用市场规则代替强制的管制手段，给参与新能源消纳的电力市场交易主体更多的选择权，促进低谷时期风电的消纳，提升全社会节能减排综合能效。

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(责任编辑周蓓)

Analysis of evaluation method for new energy development in power grid based on energy regulatory authority information

TIAN Maojun1,XUE Huifeng1,2

(1.School of Economics and Management,Xi’an University of Technology,Xi’an 710054,China；2.School of Automation,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China)

Based on energy regulatory anthority information,real situation and existing problem of new energy development,energy conservation and reduction of carbon dioxide emission are analyzed.A rational evoluation index system concerning main information of energy regulatory,order of safty,balance of production and consumption,energy saving and carbon emission reduction,economy is constructed.The combination of analytic hierarchy process and comprehensive weighted average method is used to analyze the weight of the index at various levels and the effect of evaluation results so as to achieve the comprehensive energy effective evaluation of new energy development of regional power grid.A posotive analysis of some province in west china indicates that there exist some deficiencies in low-voltage power distribution links of the present-day new energy development and construction,being likely to have some unfavorable effect on the improvement of comprehensive effectiveness of energy saving and emission reduction.With an aim to analysis results,this paper presents some suggestions concerning relevant policies.

energy regulatory; new energy; evaluation index system; analytic hierarchy process; fuzzy judgment; comparison analysis

10.19322/j.cnki.issn.1006-4710.2016.01.022

2015-08-20

国家高技术研究发展计划资助项目(2012AA052903)

田茂君，男，高级工程师，博士生，研究方向为经济管理研究。E-mail：tmj1972@sina.com

薛惠锋，男，教授，博导，研究方向为系统工程与管理科学研究。E-mail：xhf0616@163.com

F206

A

1006-4710(2016)01-0120-07