基于AHP 的环保设备降碳技术差异性分析模型研究

郑 健 彭 伟 李 永 金明雨

（1.国网上海市电力公司，上海 200122；2.国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200052；3.上海久隆企业管理咨询有限公司，上海 200000）

1.层次分析法（AHP）

层次分析法（AHP），是多目标决策理论中重要的方法。它是通过分析复杂系统所包含的因素及相关关系，将问题条理化、层次化，构造一个层次分析结构模型，将每一层次的各要素两两比较，按一定的标度理论，得到相对重要程度的比较标度并建立判断矩阵，计算判断矩阵的特征值及特征向量，得到各层次要素对上层次某要素的重要性次序，从而建立权重向量[1]。AHP 要求决策者对每一个标准的相对重要性做出判断，并利用每个标准做出他对每种决策方案的偏好程度。AHP 的输出就是一个按优先级排列的决策方案列表，它是在决策者的总体评价的基础上形成的。

2.环保设备降碳技术差异性分析模型

2.1 运用波士顿及技术成熟度理论构建模型框架

为详细了解环保设备和在运设备之间的差异性，以及不同设备制造商同类型环保设备之间的技术差异，基于波士顿及技术成熟度相关理论研究，从环保效益和技术成熟度角度，建立环保设备降碳技术差异性分析模型。如图1 所示。

图1 环保设备降碳技术差异性分析模型

本模型横轴代表技术成熟度，由低到高划分；纵轴代表环保效益，也是由低到高划分，二者形成环保设备矩阵，矩阵中的图形代表每个设备所处的位置。

环保效益指围绕生产、使用、处置全过程环保绿色目标，从原材料本身及设备生产、使用、处置全过程角度，分析设备在生产阶段是否使用低碳原材料、改进生产流程、从源头遏制碳总量上升；在使用阶段是否保障环保设备运行安全节能高效，无额外碳排放产生，无有害物质泄漏；在报废处置阶段是否没有额外碳排放产生，易做无害化回收和处理，从而判断设备是否达到更低的碳排放、更少的能耗或更轻的污染。

本文对技术成熟度评判标准，是根据美国国防先进研究计划局（DARPA）对技术的定义，并结合电网实际形成。DARPA 认为应从技术应用性、认证、装配、结构、材料、制造、维修保障等角度理解。

2.2 环保设备差异性分析指标权重设置

为了确保环保设备差异性分析指标权重设置更为科学严谨，通过采用AHP 层次分析法来确定各层指标的权重分配。在使用1 ～9 标度法逐层确定指标间的相对重要程度时，本文选取6 人进行打分，给出判断矩阵，逐层确定指标的相对重要程度。下文将详细叙述使用AHP 层次分析法的步骤。

2.2.1 建立层次结构模型

经过以上研究及模型建立，从环保设备目标出发，建立层次结构模型。本文仅以环保效益维度为例说明，技术成熟度维度方法以此类推。该模型一共分为3 层，第一层是目标层，中间层为一级指标层，最下方是二级指标层，具体如图2 所示。

图2 环保效益指标层次结构模型

其中，目标层为环保效益；中间层包括生产、使用、处置绿色三项一级指标。在每个一级指标下包含多个二级指标。原材料的环保性能、碳减排贡献度等属于生产项；运行中污染排放水平等属于使用项；回收便利性等属于处置项。

2.2.2 构造判断矩阵

层次分析法第一步就是要构造判断矩阵，通过各因素之间的两两比较确定合适的标度。在建立层次结构模型之后，需要比较因子及下属指标的各个比重，为实现定性向定量转化需要有定量的标度，此过程需要结合人员打分最终得到判断矩阵表格。首先构建1 个一级指标判断矩阵和一级指标下的3 个二级指标判断矩阵，之后组织人员对各判断矩阵用1 ～9 标度进行相关重要度评分。指标权重评分的标度范围如表1 所示。

表1 指标权重评分标度范围

判断矩阵具体如表2 所示，以其中一人的一级指标判断矩阵（见表2）和生产二级指标的判断矩阵（见表3）为例。

表2 一级指标判断矩阵

表3 二级指标判断矩阵

以一级指标中的生产为例，从上述判断矩阵中可以发现，使用绿色比生产绿色明显重要，生产绿色比处置绿色稍微重要。

以一级指标生产绿色下的原材料的环保性能为例，从上述判断矩阵可以发现，碳减排贡献度比原材料的环保性能稍微重要，生产过程节能水平比原材料的环保性能明显重要，原材料的环保性能比生产企业环保认证稍微重要。

2.2.3 一致性检验

对每个成对比较矩阵计算最大特征值及其对应的特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过，特征向量（归一化后）即为权向量；若不通过，需要重新构造成对比较矩阵[2]。

以一级指标生产下的二级指标矩阵A 一致性检验为例，具体数学推导过程如下。

平均随机一致性指标RI在1 ～9 阶段判断矩阵中的取值如表4 所示。

表4 平均随机一致性指标RI在1～9阶段判断矩阵中的取值

判断矩阵A 的层级分析结果（见表5）及一致性检验结果（见表6）如下。

表5 二级指标判断矩阵A的层次分析结果

表6 二级指标判断矩阵A的一致性检验结果

计算CI值为0.059，RI值查表为0.890，因此计算得到CR值为0.066<0.1，满足一致性检验，计算所得权重具有一致性。以此类推，基于该人员在判断矩阵中的打分情况，计算出每一个判断矩阵的一致性比率CR的值都小于0.1，因此判断矩阵全部通过一致性检验。

2.2.4 权重确定

在完成上述步骤之后，对所有的一级和二级判断矩阵进行权重设置，进行算术平均，得到最终的指标权重，具体如表7 所示。

表7 评价指标权重设置

其中，一级指标权重占比从大到小依次为使用绿色、生产绿色、处置绿色；以生产绿色二级指标为例，权重占比从大到小依次为生产过程节能水平、碳减排贡献度、原材料的环保性能、生产企业环保认证。

2.3 模型应用

以上所有指标权重确定后，选择相关专业的专家对环保设备的环保效益指标进行打分，可设置每个指标满分10分，所得分数在与指标权重相乘，得到每个指标最终分数，将相应二级指标分数相加，再与生产、使用、处置权重相乘，从而得到其最终分数，生产、使用、处置绿色分数之和，即为环保效益分数。以此类推，可以得到技术成熟度分数，从而可以确定某环保设备在差异性分析模型的位置，然后选择技术成熟度和环保效益综合评价最优的设备进入公司环保设备备用库，以供未来环保设备替代选择。

3.结语

随着国家“双碳”战略的落实，绿色低碳发展在城市电网发展中位置越来越重要，环保设备逐步全面替代必然成为未来发展趋势之一。开展环保设备替代，逐步使用环保设备，提高公司电网绿色低碳发展是电网企业未来重点发展方向，构建环保设备降碳技术差异性分析模型，是企业进行环保设备替代选择的基础和前提。本文中，基于AHP 方法建立的环保设备差异性分析模型，经过调研和研究，提取了影响设备环保的关键因子，对电网环保设备替代选择具有实际参考价值和应用意义。