基于层次分析法的燃煤发电企业低碳综合评价

杨磊，任健



基于层次分析法的燃煤发电企业低碳综合评价

杨磊1，任健2

（1．中国华电集团公司宁夏分公司，宁夏回族自治区 银川市 750000；2．华电电力科学研究院有限公司，浙江省 杭州市 310030）

根据燃煤发电企业低碳综合评价构建原则确立评价指标体系，然后基于层次分析法构建三层次指标体系结构模型，同时结合专家经验分层次确定不同指标间的重要程度关系，利用层次分析法软件确定各个指标权重，在明确指标基准值取值方法后，计算每一个指标得分并进行标准化，采用加权评分法对指标量化结果进行合成运算，实现燃煤发电企业低碳发展的综合评价。以区域内某2个电厂为例，比较低碳综合水平并对结果进行分析，最后结合分析结果对国内燃煤发电企业低碳发展给出相应的建议。

燃煤发电厂；层次分析法；低碳评价

0 引言

2017年年底，国家发改委召开新闻发布会，宣布全国碳排放交易体系已完成总体设计并正式启动，将以发电行业为突破口，率先启动全国碳市场，分阶段稳步推行碳市场建设。

我国70%以上电力由燃煤发电提供，但针对燃煤发电企业科学全面的低碳评价方法和体系缺失。通常情况下，大型发电集团及二级公司管理部门依据《温室气体排放核算与报告要求》第一部分：发电企业和《配额分配方法指南(讨论稿)》，计算出下属各个发电企业二氧化碳排放量和碳配量，然后根据配额盈缺量或者碳排放强度对火力发电企业进行低碳评价，这种评价方法简单易操作，但是存在明显的缺点：一方面没有把企业传统技术经济指标纳入考虑范围，低碳发展和提高

发电效率一直以来密可不分，针对不同容量参数、资源禀赋和外部条件，仅仅靠单一角度几个指标不能全面科学的对不同燃煤发电企业进行低碳评价；另一方面国内发电技术和能效水平已处于世界领先地位，进一步提高能源利用效率已经非常困难，燃煤发电企业的低碳管理也越来越受到人们的重视[1]。

目前燃煤发电企业低碳评价等方面研究较少，文献[2]选取供电煤耗、发电补给给水率等指标，通过建立基于物元分析理论的节能减排评价模型，指导火电机组节能减排改造；文献[3]通过层次分析法和专家经验相结合确定指标权重，实现火电企业运行状况的综合评价，提高调度机构的运行管理水平；文献[4]把低碳电源电网规划分为4个环节，运用层次分析法确定权重，同时对子系统基于距离协调度进行协调度和发展度进行评价，并对具体省域提出建议；文献[5]从微观和宏观角度运用全生命周期评价方法和驱动-状态-响应模型分析影响因子，详细说明了综合评价方法的具体步骤；文献[6]使用逼近理想解排序法和灰色关联度法相结合对5台600MW级机组进行综合评价并进行优劣排序；文献[7]通过构建火力发电企业低碳经济发展战略IAHP-SWOT量化模型，定位分析企业的优势和劣势，并提供低碳经济发展战略实施方案。

本文基于国内外现有研究，分别从技术经济分析和低碳管理角度，筛选出四大类20个关键小指标，通过层次分析法构建低碳评价模型，结合专家经验分析法确定指标权重，以区域某电厂为例进行评价，并给出相应建议。

1 评价指标体系的构建

1.1 构建原则

为确保燃煤发电企业碳评价的系统性、科学性、针对性、适用性及可操作性[8]，需要根据评价目的、评价外部环境和数据采集等条件，确立评价标准和原则[9]。

1）以国家、电力行业的相关技术标准，发电企业现行管理规范和办法以及现场操作实施流程为评价标准[10]。以评价科学准确、操作适用性强为原则，确定各项详细指标的基准值：优先选用国家或者电力行业对该项指标的发布值，如果国家或者电力行业没有该项指标的基准值，以集团或区域内同类型标杆机组最近几年来公布的历史最优值为指标基准值，对于同类型机组较少或者先进技术示范机组的指标基准值确定，采用主机设备厂商设计值或者国内外相关文献的实验参考值。

2）以为管理类指标评分细则为评价标准。针对燃煤发电企业管理类指标，为减少主观因素带来评价误差，建立管理类指标评分细则，充分结合调研访问和线下测评等方式得出该指标的实际评价值。

3）以被评价对象的同比(环比)值为评价标准，简单来说，相关指标相比去年同期有改进或者提高，则该指标被评为优良。

1.2 指标体系构成

根据上述指标构建原则，结合集团公司、区域公司及系统内电科院对下属燃煤发电企业日常经营管理和运行操作的要求，归类总结污染物排放、过程能源效率、过程碳排放水平和低碳管理水平四大类指标，四大类指标下面同时涵盖多个小指标，如图1所示。

图1 指标体系层次结构

1.3 关键指标释义

部分关键指标释义如表1所示。

2 评价模型

2.1 层次分析法

层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)是美国运筹学家、匹兹堡大学教授Saaty于20世纪70年代首次提出的，这种方法针对较为复杂或者较为模糊决策评价问题使用定性与定量相互结合的手段做出决策的简易方法，尤其是将专家的实际经验判断加以量化，将人类的思维过程科学层次化，对相关因素进行逐层比较，同时对结果的合理性进行科学检验，因此该方法具有较强的说服力。

表1 部分关键指标释义

2.2 构建层次结构模型

使用层次分析法将指标分解成若干层次形成层次结构模型。最上层为目标层，对应指标为燃煤发电企业低碳评价；中间为准则层，对应为污染物排放、过程能源效率等4个指标，最下层为方案层，对应为二氧化硫排放浓度、氮氧化物浓度、负荷率等20个小指标。

2.3 评价指标权重计算

本文运用AHP法确定各级指标的权重，一般分为4个步骤：1）建立层次结构模型；2）构造成对比较判断矩阵；3）层次单排序并对判断矩阵进行一致性检验；4）获得综合权重向量[11]。

判断矩阵使用成对比较法和1~9比较尺度构造。矩阵定义如下：

表2 平均随机一致性指标

当R<0.10时，说明判断矩阵构建合理；否则需要调整判断矩阵使其满足一致性。

经过一致性校验通过后，求出判断矩阵的最大特征向量，然后做归一化处理得到权重向量。权重向量反映了评价指标的重要程度。本文采用几何平均法计算，计算公式为

3 案例分析

3.1 评价过程

以区域某2个燃煤发电企业作为研究对象，比较2个对象的不同低碳发展水平。首先分别对4个准则层的各个指标进行赋值，有基准值指标，例如二氧化硫排放浓度、供电煤耗、供电碳排放强度等。取指标值与标准值的差值比上标准值，基准值优先选取国家或者行业的规定值，其次是同类型机组的标杆值或者同区域的最优值，优先级最后的为设备厂家提供的设计值。无标准的指标采用线下调研和测评，结合测评结果和专家打分的方法得出指标的评价值，涉及包括制定低碳发展战略、低碳管理体系等指标。指标层各个指标的权重系数采取专家打分的主观赋权AHP方法[12]。指标判断矩阵一致性校验结果如表3所示，指标评价值及权重如表4所示。

表3 判断矩阵一致性校验结果

A电厂机组情况：2台超临界600MW级热电联产燃煤机组，采用直接空冷。碳评价总得分为79.69，其中污染物排放环节为86.73分，过程能源效率环节为84.09分，过程碳排放水平环节为71.02分，低碳管理水平环节为74.34分。

B电厂机组情况：2台亚临界300MW级热电联产燃煤机组，采用闭式水冷循环。电厂碳评价总得分为81.15，其中污染物排放环节为80.73分，过程能源效率环节为75.08分，过程碳排放水平环节为90.83分，低碳管理水平环节为82.41分。根据计算结果，B电厂综合低碳发展水平要高于A电厂综合低碳发展水平。

表4 指标评价值及权重

3.2 评价分析及建议

3.2.1 评价结果分析

A电厂机组参数和容量高于B电厂，但是低碳发展水平却低于B电厂，主要原因是：1）A厂过程碳排放水平环节中部分指标得分较低。《配额分配方法指南(讨论稿)》对百万级空冷机组定的供电碳排放强度基准过低，机组碳排放配额降低，同时机组排放量核算时单位热值含碳量取实测值，机组碳排放量增加[13]，配额盈余量占比为负数，导致“碳配额盈余量占比”指标得分较低。另外，由于B厂处于工业园区，有固定的用热客户，机组供热比较高，相对于同类型机组供电碳排放强度和供热碳排放强度基准值较低，这2个指标得分高于A厂；2）A厂低碳管理管理水平环节得分较低。尤其是员工低碳认识程度处于较低水平，另外厂内虽然制定了低碳管理体系，但是碳排放管理办法落实不到位，笔者认为一部分原因在于厂里领导片面的认为全国碳市场的到来对自身企业不会造成较大的成本上升，没有引起足够的重视。

3.2.2 相关建议

积极实施节能技术改造，提高机组能源利用效率[14]，有效降低单位产能(供电量、供热量)二氧化碳排放量，减轻节能减排压力；强化低碳科技创新[15]，积极开展低碳科技项目申报工作，依托相关科技项目，开展碳排放在线监测相关标准研究和制定，做好低碳技术储备，助力公司通过科技手段实现二氧化碳减排；完善碳排放相关制度，健全碳排放管理体系，加快制定企业碳排放统计核算、碳交易和履约等管理办法，规范和指导企业有序开展碳排放工作，从容应对国家对各级企业的碳管控要求；加强碳排放管理能力建设，做好碳排放专业人员储备积极追踪碳市场建设进度，科学研判碳市场相关政策，依托碳排放专业机构，积极组织火电企业相关人员进行针对性专业培训，做好人才储备，切实提高企业应对全国碳市场的能力。

4 结论

从污染物排放、过程能源效率、过程碳排放水平和低碳管理水平4个方面多个小指标构建了燃煤发电企业低碳综合评价指标体系。运用层次分析法建立指标体系的三层结构，并结合专家经验确立各项指标的权重，同时结合电厂实际情况确定不同类别的小指标基准值。针对燃煤发电企业构建了简单高效的低碳综合评价体系和使用方法，弥补了目前国内低碳综合评价在燃煤发电行业领域的缺失，同时有助于提高发电集团总部及分公司的低碳管理水平。

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Low Carbon Comprehensive Evaluation of Coal-Fired Power Plants Based on Analytic Hierarchy Process

YANG Lei1, REN Jian2

(1. China Huadian Corporation Ningxia Branch, Yinchuan 750000, Ningxia Hui Autonomous Region, China; 2. Huadian Electric Power Research Institute Co., Ltd., Hangzhou 310030, Zhejiang Province, China)

A low carbon comprehensive evaluation index system was established for coal fired power generation enterprises according to the evaluation principle. The three-tier index system structure model was built based on analytic hierarchy process(AHP)，and the importance degree of different indicators could be determined at different levels according to the experience of experts. The weight of each index was determined by using AHP software，each index score was calculated and standardized after determining the benchmark value method. Finally, the comprehensive evaluation of low carbon development of coal-fired power generation enterprises was realized by using weighted scoring method to synthesize the quantitative results of indicators. The low carbon comprehensive level were compared and the results were analyzed taking two power plants in the region as an example.Combined with the analysis results, the corresponding suggestions for low carbon development of coal-fired power generation enterprises in China were given.

coal-fired power plant; analytic hierarchy process; low carbon evaluation

10.12096/j.2096-4528.pgt.18200

2018-10-16。

杨磊(1987)，男，硕士，助理工程师，研究方向为低碳环保，448155955@qq.com； 任健(1988)，男，硕士，助理工程师，研究方向为低碳技术、富氧燃烧，jian-ren@chder.com。

杨磊

中国华电集团有限公司科技项目(CHDKJ18-02-30)。

Project Supported by Science and Technology Projects of China Huadian Group Co., Ltd. (CHDKJ18-02-30).

(责任编辑 辛培裕)