基于G1-GRA的火电厂综合性能评价模型研究.pdf

第 4 1卷第 2期 2 01 4年 3月 华北 电 力 大 学 学报 J o u r n a l o f No r t h C h i n a E l e c t r i c P o w e r Un i v e r s i t y V0 1 ． 41． No ． 2 M a r ．， 2 01 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． I S S N ． 1 0 0 7～2 6 9 1 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 1 6 基 于 G 一 G R A的火 电厂 综合性能评价模型研 究 黄元 生 ，宋 河 ，汤新发 ，田丽霞 ，万有 为 华北 电力 大学 经济 与管理学 院北京 1 0 2 2 0 6 摘要 我 国燃煤电厂是 电力重要供应 商，也是 最大的煤 炭和水 资源 消耗 企 业 ，因此造 成 巨大的 S O ， ，N O 和 C O 排放 量。在 当前低碳 可持续发展 的大背景 下，为燃 煤 电厂 建立 一套科 学、合理 、可行的 综合评价 体 系， 以衡量其 热经济性和环境的协调发展就 变得 尤为重要 。提 出了基 于 G 一 G R A的组 合评价模 型 。在 确立燃煤 电厂 综合性 能评价指标 基础 上 ，采 用 G 法确 定指 标权 重 ，再根 据灰 色关联 G R A评 价 方法 对燃 煤 电厂 6 0 0 MW 机 组的综合性能进行评价 。结果对于复杂能 源利 用 系统的综合性 能评价 和 系统在 资源、经济、环境 因素 下的优 化和决策问题有一定的指 导作 用。 关 键 词 组 合 评 价 ；多 目标 评 价 ；火 电厂 ；灰 色 关联 ；G 法 中图分类 号T K 2 8 4 ． 1 文献标 识码 A 文章编 号1 0 0 7 2 6 9 1 2 0 1 4 0 2 0 0 9 9 0 3 Re s e a r c h o n G1一 GRA b a s e d c o m p r e h e n s i v e p e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n mo d e l f o r t h e r m a l p o we r p l a n t HUANG Yu a n s h e n g，SONG He， TANG Xi n f a，TI AN L i x i a，W AN Yo u we i S c h o o l o f Ec o n o mi c s a n d Ma n a g e me n t ，No r t h C h i n a El e c t r i c P o we r Un i v e r s i t y ，Be i j i n g 1 0 2 2 0 6，C h i n a Ab s t r a c tCo a l - fir e d p o we r pl a n t s i n o u r c o u n t r y a r e t h e ma i n s u pp l i e r o f e l e c t r i c i t y，a s we l l a s t h e l a r g e s t c o n s u me r o f co a l a n d wa t e r r e s o u r c e s a nd t h e b i g ge s t e mi t t e r o f S O2，NO ，a n d gr e e nh o us e g a s e s ．Th e r e f o r e，i t i s i mpo r t a n t t o e s t a b l i s h a s c i e n t i fi c ，r e a s o n a b l e，a n d f e a s i b l e c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n s y s t e m f o r c o a l - fi r e d p o we r p l a n t s t o g u i d e t h e m i n a c h i e v i n g mu hi o p t i mi s a t i o n o f t h e i r t he r ma l ，e n v i r o nme n t a l，a nd e c o no mi c pe r f o r ma n c e．Th i s p a pe r pr e s e n t s a c o m bi n a t i o n o f G1一GRA b a s e d e v a l u a t i o n mo d e 1 ．Fi r s t ，G1 me t h o d i s u s e d t o d e t e r mi ne t h e i nd e x we i g ht ．Th e n．g r e y t e l e v a n t a n a l y s i s G R A m o d e l i s a p p l i e d f o r t h e c o m p r e h e n s i v e p e rf o r ma n c e e v a l u a t i o n o f c o a l fi r e d p o w e r p l a n t 6 0 0MW ．Th e r e s u l t s pr o v i de be n e f i c i a l g u i d a n ce for c o mp l e x i n t e g r a t e d e n e r g y s y s t e m p e rfo r ma nc e e v a l ua t i o n a n d s y s t e m r e s o ur c e s，e c o n o mi c a nd e nv i r o n me nt a l f a c t o r s i n o p t i mi z at i o n a n d d e c i s i o n ma k i n g． Ke y wo r d s c o mb i n e d e v a l u a t i o n；mu l t i o b j e c t i v e e v a l u a t i o n；t h e r ma l p o we r p l a n t s ；g r a y r e l e v a n t a n a l y s i s ；G1 0 引 言 能源 、 环境 和 气 候 问题 是 当今 世 界 关 注 的 焦 点之一 ， 低碳经济是全球经济发展 的大势所趋 ， 也 是我国经济发展 的必由之路 。电力工业作为能源 体 系 中 的重要 一 环 ， 低 碳 经 济 将 对 与 我 国 电力 工 收稿 日期 2 0 1 30 62 0 业 产 生 巨大 的影 响 。在 我 国 ， 燃 煤 电 厂 是 电力 主 要供应 商 ， 截止 2 0 0 8年底 ， 我 国火 电装 机 容 量 占 总装 机容 量 的 7 5 ． 7％ ， 有 超 过 5 0％ 的煤 炭 用 于 发 电 ， 造成 燃 煤 电厂 排 放 大量 的 污 染 物 和 温 室 气 体 ， 我 国成 为全球 二氧化 碳排 放量最 大 的国家。 2 0 0 8年 ， 燃煤电厂发 电量 占总发 电量 的 8 1 ． 2％， 其煤炭消费量 占全 国煤炭消费总量的 6 0％ ， 相应 的 S O ， N O 和 C O 排放量分别 占到的总排放量的 4 5 ． 8％ ， 5 0％ 和 4 8％ 。燃煤 发 电 ， 作 为 我 国的 “ 高碳” 排放源 ， 意味着在我 国低碳经济和低碳 电 1 0 0 华 北 电 力 大 学 学 报 力发展中要 承担重 大的责任 ， 我 国的火 电行业节 能减 排形势 严 峻 。 目前 我 国最 常用 的燃煤 电厂 的 评价标准是标 准煤耗率 ， 该 指标虽然可以反映发 电厂的主要经济经济性能 ， 但 是却 不能全 面反映 电厂 的性 能 ， 尤 其 是 环 境 污 染 等 方 面 。 此 外 ， 采用单指标评价会造成电厂各项环保和节约用水 设备效果不能获得公 正的评 价。因此 ， 建 立一个 科学、 合理、 可行的燃煤 电厂综合评价体 系势在必 行 。 近年来 ， 诸多学者进行 了火 电厂多 目标评价 研 究 。C h a t z i m o u r a t i d i s采 用 A HP方 法 对 发 电 厂进行了技术、 经济和可持续发展方面的评估 ， 但 是 A H P方法 是 一 种 主 观 评 价 方 法 ， 因此 ， 对 火 电 厂性能的评价缺乏客观性和可靠性 。Mo n t a n a r i 提 出了基 于 T O P S I S和 A H P相结合 的新方 法， 建立 基于火电厂 S O ， N O 和 C O 排放率指标的电厂环 保性能综合评价 ， 但是 T O P S I S法计算复杂， 需要 较多的样本数 据， 在应用过 程 中有 一定 的困难。 K i m 将新古 典 主义和 制 度经 济 学 运用 到 发 电 的环 境 和社会 影 响 评估 ， 采 用 社 会 成 本 分 析 和 多 准 则 决策 方法从 经 济学 的角 度对 各 种形 式 的 发 电对 环 境的影响进行评估。但是这种理论方法过度强调 经济理论 ， 理解上有较大的困难。 在火电厂性能综合评价 中， 评价指 标的权重 对 于评价 问题 的结果 也 会 造成 一 定 的影 响 。基 于 上述 考 虑， 本 文 提 出 了 一 种 新 型 组 合 评 价 模 型G ， 和灰色关联 G R A 评价方法 ， 并将其应 用 于火 电厂多 目标性 能评估 中。 1 G1 法 文献[ 6 ] 在分析 A H P法的主要缺点的基础上 提 出 G 法 ， 该 方法从 本 质上来 说 是 一种 序 关 系分 析 法 。A HP法 需 要 进 行 判 断 矩 阵 的一 致 性 检 验 ， 计算过程复杂 ， 且当矩阵不满足一致性要求时， 需 要重新修改判断矩阵 。 G 法确定指标权重时 ， 首先通过专家对评估 各指标的重要性程度做出判断，给出重要性排序 ； 然后 ， 根据相对重要程度不 同， 对相邻指标重要性 程度的比值给以恰当的赋值 ； 最后 ， 依据相关公式 计算各指标的权重 。具体包含以下主要步骤 1 确定序列关 系。记评价指标 对于某个 准则的重要性程度大于 或者不小于 指标 的情 况记为 。对于某评价问题 ， 假设选取 了 m 个 指标 ， 不失 一般性 ， 这 m个 指标 重要 性 程度 可 记 为 戈 1 2 ⋯ m。 2 确定相邻指标之间 的相对重要程度。评 价指 标 与 重要性 程 度之 比的理性判 断 为 ，k m， m 一1 ， ⋯ ， 3 ， 2 1 3 在前两步基础上 ， 计算指标权重系数 ∞ 。 其 中 ， 最大 指标权 重 为 小 ∞ 1 ∑n r i 2 其它指标权重可通过递推公式求得 ∞ 一1r k ， km， m 一1 ， ⋯ ， 3 ， 2 3 2 灰色关联分析法 G R A 灰色 关 联 分 析 是 灰 色 系 统 理 论 的一 个 分 支 。应用灰色关联分析方法对受多种因素影响 的事物和现象从整体观念出发进行综合评价是一 种被广为接受的方法。其主要步骤如下 1 根据评价 目的确定评价指标体 系， 收集评 价数据。设 n个数据序列形成如下矩阵 l ， 2 ⋯ ， l1 1 2 ● lm 21 2 2 ● 2m 1 2 ● m 2 确定参考数据列 参考 数据 列 是 一 个 理 想 的 比较 标 准 ， 可 以 以 各指标的最优值 或最劣值 构成参考数据列 ， 也 可根据评价 目的选择其它参照值 。记作 X o 0 1 ， 0 2 ， ⋯ ， 0 m 3 采 用均 值 法 或 初值 法对 指 标 数 据 进 行 无 量纲化 Xo ， X1， ⋯ ， X 01 o 2 ； o m l1 l2 i lm 1 2 m 4 逐个计算每个被评价对象指标序列 比较 序列 与参考序列对应元素的绝对差值 ， 得到差值 序列 ， 并确定两级最大和两级最小元素。 5 计算关联系数。由 4 式， 分别计算每个 比较序列与参考序列对应元素的关联系数 。 第 2期 黄元生 ， 等 基 于 G G R A的火 电厂综合性能评价模 型研究 1 O 1 ㈤ m n Ⅱ n J o 一 x i 居 } 0 ． 5。 m s x m J 0 一 f 居 ‘ ’ ‘ 0 后 一x i 1 0 ． 5。 m a x m a x 1 X 0 一 f ‘ ． 6 计算关联度。比较序列与参考序列 的关 联 程度 是通 过 m 个 关 联 系 数 来 反 映 的。 根 据 G 。 法确定的权重求加权算数平均即可得到它们之间 的关联 度 ’ r 。 ∑ i 1 ， 2 ， ⋯ n 5 1 3 G - GR A火 电厂综合性能评价 燃煤电厂综合性 能受 到诸多 因素 的影 响 ， 本 文从资源消耗 、 环境影响、 温室气体等方面选取 了 代表性 指标 煤耗率 、 耗水率、 飞灰 、 固体污染物 、 排气、 污水 、 C O 排放量 、 氮氧化物排放量 。并对 4 个典型的 6 0 0 MW 燃煤 电厂进 行综合评 价 ， 指标 和数据 如表 l 所 示 。 表 1 燃煤 电厂综合性 能评 价指标 T a b． 1 T h e c o mp r e h e n s i v e e v e l u a t i o n i n d e x o f c o a l fir e d p o we r p l a n t 评价指标 A B C D 置 煤耗蓦 苤 ／ g k w h I 1 耗水 m 3 k w h c 0 2 排放量／ g k W h I 1 一 五氮氧化物排放量／ g k w h 飞灰／ t k W h 瓦 固体污染物／ t k W h I 1 - 1 X 排气／ g k w h 3 1 1 ． 8 3 3 1 5 ． 4 5 3 3 7 ． 0 5 3 2 0 4 2 29 8 3 ． 3 7 n 8 8 3 ． 1 6 9 5 3 ． 7 5 3 9 4 6 ． 7 5 1 0 1 ＆ 4 8 9 4 8 ． 2 4 9 5 ． 23 4 5 ， 48 5 ， 8 0 9 5 ． 6 0 2 0 ． 0 4 4 0． 0 4 0 0． 0 38 0 ． 0 3 5 O ． 38 O ． 3 1 O ， 3 5 0 ． 3 5 8 ． 7 3 0． 4 2 0． 4 5 0 ． 5 2 X 8 污水／ mg k W h ～ 6 8 5 ． 7 1 3 0 ． 0 1 3 1 ． 5 6 3 2 ． 4 3 根据 G 。 法可确定评价指标权重 归一 化后 得 到权重 向量 4 再 根据 灰色 关联 分 析 法对 比这 4个 燃 煤 电厂 的综合性能好坏 ， 由于选取 的指标均为逆 向指标 ， 所 以参 考序 列 数 值 为 各 个 指 标 的 最 小 值 ， 构 造 原 始 数据 矩 阵 3 1 1 ．8 3 3 1 1 ．8 3 3 1 5 ．4 5 3 3 7 ． 0 5 3 2 0 ． 4 2 0 ． 8 8 2 ．98 3．3 7 0 ． 8 8 3 ． 1 6 9 4 6．7 5 9 5 3 ．7 5 3 9 4 6 ．7 5 1 0 1 6 ．4 8 9 48 ．2 4 9 5 ．2 3 4 5．2 3 4 5 ．48 5．8 0 9 5 ．6 0 2 0 ． 0 3 5 0 ． 0 4 4 0 ． 0 4 0 0 ． 0 3 8 0 ． 0 3 5 0 ． 3 1 0 ． 3 8 0 ． 31 0 ． 3 5 0 ． 3 5 0 ． 4 2 8 ． 7 3 0 ． 4 2 0 ． 4 5 0 ． 5 2 3 0 ． 0 l 6 8 5 ． 7 1 3 O ． O 1 31 ． 5 6 3 2 ． 4 3 采用初值化处理后的矩阵 1 l 1 3 ． 3 8 6 1 1 ． 00 7 1 1 l 1 ． 2 2 9 1 1 ． 2 2 5 l 2 0． 7 8 5 1 2 2 ． 8 4 9 绝 对差 值序 列 O 2 ． 3 8 6 0 ． 0 0 7 0 0 ． 2 2 9 0 ． 2 2 5 1 9． 7 8 5 2 1 ． 8 4 9 1 ． 0l 1 3 ． 8 2 9 1 1 ． 0 4 7 1 ． 1 3 9 1 l 1 O． Ol l 2 ． 8 2 9 0 0 ． 0 4 7 0． 1 3 9 0 0 0 1 ． 0 8 0 1 1 ． 0 73 1 ． 1 O9 1 ． 0 6 4 1 ． 1 2 9 1 ． 0 71 1 ． O 5 1 0 ． 0 8 0 0 0 ． 0 73 0 ． 1 0 9 0 ． 0 6 4 0 ． 1 2 9 O ． O 71 0． O 5l 1 ． 0 2 7 3 ． 5 9 O 1 ． 0 0l 1 ． 0 7 0 l 1 ． 1 2 9 1 ． 2 3 8 1 ． 0 8 0． 0 2 7 2． 5 9 0 0． 0 01 0 ． 0 7 0 O 0 ．1 2 9 0． 2 3 8 0 ． 0 8 0 根据公式 4 计算关联系数， 得到如下矩阵 1 0． 9 01 0 ． 9 9 9 l 0 ． 98 9 0． 9 8 9 0． 5 2 4 O． 5 0 ． 9 9 4 0 ． 8 8 5 1 0 ． 9 9 7 0 ． 9 9 3 l l l 0 ． 9 9 6 l 0 ． 9 9 6 0 ． 9 9 4 0 ． 9 9 7 0 ． 9 9 4 0 ． 99 6 0 ． 9 9 7 0 ． 9 9 8 0 ． 8 9 3 0 ． 9 9 9 0 ． 9 9 6 1 0 ． 9 9 4 0 ． 9 8 9 0 ． 9 9 6 由公式 5 可计算得到关联度 0 ． 8 3 4 0 ． 9 7 1 0 ． 9 9 7 0 ． 9 7 1 从计算结果可 以看出 ， A 电厂 的综合 性能优 于其它电厂 ， 对于该 电厂其煤耗 率和耗水率 占有 1 O 2 华 北 电 力 大 学 学 报 2 0 1 4年 明显优势， 采取了明显的环境保护措施 ， 温室气体 排 放量相 对 较少 ， 但 是 污水 排 放 量较 多 ， 考 虑 到各 个 指标 所 占权 重 的 差 异 ， 最 终 评 价 该 电 厂综 合 性 能较优 。 4 结论 本 文提 出 G 一 G R A组合评 价模 型 ， 并 应用 于燃 煤 电厂综 合 性 能 评 价 问 题 中。采 用 G ． 确 定 评 价 指 标 的权 重 ， G R A对 比分析 不 同电厂 的综 合性 能 。 该评价模型能够考虑负责系统主观和客观 因素 ， 避免了采用传统的单一指标评价模 型的信息丢失 问题 。同时该组合评价模型简单、 易操作 ， 避免常 用 的 A H P方 法 中判 断 矩 阵往 往 产 生 不 一 致 的 问 题 ， 使得评价效率大大提高。该模 型应用 于 4个 燃煤 火 电厂 评 价 问题 中 ， 评 价 结 果 对 于 复 杂 能 源 利用系统的综合性能评价和系统在资源、 经济、 环 境因素下的优化和决策问题有一定的指导作用。 参考文献 [1]中国电力企业联合会 ，美 国环保协会 ．中国燃 煤 电 [2] 厂大气污染物控 制现状 2 0 0 9 [ M] ．北京 中国 电 力 出版社 ，2 0 0 9 ． Gr e e n i ng，L． A．， Be r no w， S． De s i g n o f c o o r di n a t e d e n e r g y a n d e n v i r o nme n t a l po l i c i e su s e o f mul t i c r i t e r i a d e c i s i o n - m a k i n g [ J ] ．E n e r g y P o l i c y ，2 0 0 4 ，3 2 ，7 2 1 7 3 5． [3]C h a t z i m o u r a t i d i s ， A．I ． ， P i l a v a c h i ， P ．A ． ，O b j e c t i v e a n d s u b j e c t i v e e v a l u a t i o n o f p o we r p l a n t s a n d t h e i r n o n r a d i o a c t i v e e mi s s i o ns u s i n g t h e a na l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s[ J ] ．E n e r g y P o l i c y ，2 0 0 7 ， 3 5 ， 4 0 2 74 0 3 8 [ 4]Mo n t a n a r i ，R ． E n v i r o n m e n t a l e f f i c i e n c y a n a l y s i s f o r E N E L t h e r m a l p o w e r p l a n t s [ J ] ．J o u r n a l o f C l e a n e r Pr o du c t i o n，2 0 0 4，1 2，4 0 3 41 4． [ 5]K i m， S ．H．E v a l u a t i o n o f n e g a t i v e e n v i r o n me n t a l i m p a c t s o f e l e c t r i c i t y g e n e r a t i o nn e o c l a s s i c a l a n d i ns t i t u t i o n a l a p p r o a c h e s[ J ] ．E n e r g y P o l i c y ，2 0 0 7 ， 3 5 ， 4 1 3 4 23． [ 6]郭亚军．综合评 价理 论 、方 法及应 用 [ M] ．北京 科学出版社 ，2 0 0 7 ． [ 7]黄德才 ，郑河荣 ．A H P方法 中判断矩阵 的标度扩展 构造 法[ J ] ．系 统 工 程 ，2 0 0 3 ，2 1 1 1 0 5 1 09． [ 8]雷 中英 ， 严守德 ．基于 G 1 法 的高校财务风 险预警指 标体 系权重确定 [ J ] ．价值工 程 ，2 0 1 0 2 3 8 39． [ 9]L i u ，S ．F ． ， e t a 1 ．G r a y S y s t e m T h e o r y a n d i t s A p p l i - c a t i o n [ M] ．B e i j i n g C h i n a S c i e n c e P r e s s ，2 0 0 0 ． 作者简介 黄元生 1 9 5 8一 ， 究方向为优化理论 ；宋河 1 9 7 0 方向为优化理论 。 教授 ，博 士生导 师，研 男 ，教授 级高工 ，研究 上接 第 9 8页 [ 5 8 ] [ 5 9 ] [ 6 O ] D a n i s h e l e c t r i c i t y m a r k e t s[ C]／ ／P r o c e e d i n g s o f t h e 2 01 0 As i a P a c i f i c Po we r an d En e r g y En g i n e e r i n g Co n f e r e n e e A P P EE C，C h e n g d u，C h i n a 2 0 1 014． Mu l d e r M ，S c h o l t e n s B．Th e i mpa c t o f r e ne wa b l e e ne r g y o n e l e c t r i c i t y p r i c e s i n t h e N e t h e r l a n d s[ J ] ．R e n e w a b l e En e r g y，201 3，579 41 00． Z h a o Q，Wa n g P ，G o e l L ，e t a 1 ．I m p a c t s o f r e n e w a b l e e n e r g y p e n e t r a t i o n o n no da l p r i c e a n d no d a l r e l i a b i l i t y i n d e r e g u l a t e d p o w e r s y s t e m [ C]／ ／P r o c e e d i n g s o f t h e 2 01 1 I EEE P o we r a nd Ene r g y S o c i e t y Ge ne r a l Me e t i ng， De t r o i t Mi c h i g a n，US A2 01 116． S 6e n z d e Mi c r a G，De l Ri o P，i z c a l n o I ．An a l y s i n g t he i mp a c t o f r e n e wa bl e e l e c t r i c i t y s u pp o r t s c he me s o n p o w c r p r i c e s T h e c a s e o f w i n d e l e c t r i c i t y i n S p a i n[ J ] ． En e r g y P o l i c y ，2 0 0 8，3 6 9 3 3 4 53 3 5 9 ． [ 6 1 ] S e n s f u t3 F ，R a g w i t z M，G e n o e s e M．T h e m e r i t o r d e r e f f e c t A de t a i l e d a na l y s i s o f t h e p r i c e e f f e c t o f r e ne w a b l e e l e c t r i c i t y g e n e r a t i o n o n s p o t ma r k e t p r i c e s i n Ge r m a n y[ J ] ．E n e r g y p o l i c y ，2 0 0 8 ，3 6 8 3 0 8 6 3 09 4． 作者简介 陈政 1 9 7 7一 ，男，高级工程 师，研究方 向为 能源经济 ，电力规划 ，电力市场；杨 甲甲 1 9 8 9一 ，男 ， 硕 士研 究生 ，研究方向为电价体 系，新能 源参 与电力市 场 ，计及新 能源 接人影响 的电力系统规划 ；金小 明 1 9 6 3一 ， 男 ，教授级 高级工 程 师，研究方向为电力系统规 划 ，电力 系统分析 ；文福拴 1 9 6 5 一 ，男 ，特聘教授 ，博士生导 师，研究方 向为电力系统故 障诊断 与系统恢复 ，电力经济与电力市场 ，智能电网与电动汽车 。