基于物元可拓模型的光伏發(fā)電綜合效益評價研究

鄧健，王壯壯，袁在忍，冀傳留

（1.吉林財經(jīng)大學(xué)亞泰工商管理學(xué)院，吉林長春　130117；2.山東國研電力技術(shù)有限公司，山東濟南　250000）

基于物元可拓模型的光伏發(fā)電綜合效益評價研究

鄧健1，王壯壯2，袁在忍2，冀傳留2

（1.吉林財經(jīng)大學(xué)亞泰工商管理學(xué)院，吉林長春130117；2.山東國研電力技術(shù)有限公司，山東濟南250000）

為避免人為主觀因素的影響，運用熵權(quán)法對層次分析確定描述指標體系各層級指標相對重要程度的權(quán)重進行修正；通過物元可拓模型從經(jīng)濟效益、技術(shù)效益、社會效益和環(huán)境效益4個方面，全面系統(tǒng)分析新能源光伏發(fā)電項目綜合效益，并對蒙陰光伏發(fā)電項目進行綜合效益評價，得出了相應(yīng)結(jié)論，為客觀評價光伏發(fā)電綜合效益提供方法。

指標體系；熵權(quán)法；物元可拓模型；綜合效益

截止到2014年年底，中國光伏累計裝機容量約達32.851 2 GW，占全球光伏累計裝機容量的17.40%。中國新增裝機容量全球排名第一，新增裝機容量約達13.019 GW，占全球新增裝機容量的27.7%，繼續(xù)保持全球最大的光伏市場地位［1］。中國光伏發(fā)電項目發(fā)展迅猛，但光伏發(fā)電項目效益評價方法不甚明確。國內(nèi)多數(shù)是單一對光伏發(fā)電項目經(jīng)濟性或低碳性進行評價研究［2-4］，少數(shù)對光伏發(fā)電綜合效益研究，但評估方法多采用層次分析法以及模糊評估法［5-7］，人為主觀影響較大；如何客觀評估光伏發(fā)電綜合效益是今后研究重點。

本文總體研究流程如圖1所示，其關(guān)鍵點在于評價指標的構(gòu)建，熵權(quán)法修正權(quán)重，評價標準的選擇以及物元可拓模型的應(yīng)用。

圖1　總體流程圖Fig.1　Overall flowchart

1　光伏發(fā)電項目綜合評價的物元可拓模型

1.1物元可拓分析的基本概念

物元可拓分析法［8-10］是利用物元模型和可拓集合把系統(tǒng)研究中的實際問題轉(zhuǎn)化為形式化的問題模型以及描述問題解決過程的模型，從而有效解決矛盾、為決策提供依據(jù)的方法。利用這種方法進行的研究不是單純考慮數(shù)量關(guān)系的迭代，而是最大限度滿足主系統(tǒng)、主條件，并采取系統(tǒng)物元變換、結(jié)構(gòu)變換等方法處理其他系統(tǒng)，化不相容問題為相容問題，使問題得到合理解決，這個過程通常是依托物元可拓模型來完成。

1.2經(jīng)典域和節(jié)域

物元可拓分析中所描述的事物M及其特征C和量值v組成物元R=（M，C，v），同時把事物的名稱、特征和量值稱為物元三要素。由事物的特征及其標準量值范圍組成為物元矩陣稱為經(jīng)典域物元矩陣，記為Ri：

式中：Ni為所劃分的i個評價等級；C1，C2，…，Cn，代表評價指標；v1，v2，…，vn為評價指標對于第i評價等級的取值范圍，即經(jīng)典域。由經(jīng)典物元、可以轉(zhuǎn)化為經(jīng)典物元的事物及其特征和此特征相應(yīng)拓展了的量值范圍組成的物元矩陣稱為節(jié)域物元矩陣，記為Rp：

式中：P為全體評價等級的；Vp1，Vp2，…，Vpn為評價指標對于所有評價等級的取值范圍，即節(jié)域。

1.3待評物元矩陣

依據(jù)待評物元的各個評價指標的相應(yīng)數(shù)據(jù)和資料，構(gòu)建待評物元矩陣，記為R0：

式中：P0為待評物元；V1，V2，…，Vn為評價指標的具體取值。

1.4關(guān)聯(lián)系數(shù)計算

關(guān)聯(lián)系數(shù)為被評價單元與某評價等級的關(guān)聯(lián)程度的函數(shù)，其計算應(yīng)根據(jù)不同評價事物的特征，在下列公式中選取：

1.5確定綜合關(guān)聯(lián)度

綜合關(guān)聯(lián)度表述所有評價指標符合各評價等級的程度，計算公式如公式：

式中：Ki（P）為待評物元關(guān)于第i等級的關(guān)聯(lián)度；wi為各個評價指標的權(quán)重。某等級的關(guān)聯(lián)度值越大，則評價對象對某等級的隸屬度就越高，若Ki0=max｛ki（p）｝，則待評物元P屬于等級i0。

2　光伏發(fā)電項目熵權(quán)法確定綜合權(quán)重

目前，在實際評價應(yīng)用中，常用的定權(quán)方法多采用專家評分法、層次分析法等主觀賦權(quán)法，這往往會使評價結(jié)果受人的主觀性影響較大。為避免主觀因素造成評價結(jié)果的偏差，本文引入熵值法［11-13］確定權(quán)重系數(shù)。在信息系統(tǒng)中的信息熵是信息無序度的度量，信息熵越大，信息的無序度越高，其值越小，系統(tǒng)無序程度越小，故可用信息熵評價所獲系統(tǒng)信息的有序度及其效用，由評價指標值構(gòu)成的判斷矩陣來確定指標權(quán)重，它能盡量消除各指標權(quán)重計算的人為干擾，使評價結(jié)果更符合實際。本文采用熵權(quán)法對層次分析法權(quán)重進行修正，具體計算方法如下：

1）AHP分析法中判斷矩陣為P′mn標準化處理后為

2）第n項指標的熵值en

3）計算第n項指標的差異系數(shù)

4）第n項指標的信息權(quán)重值

5）以第n項指標的信息權(quán)重值wn修正AHP法得出的指標權(quán)重yn，得出最終綜合權(quán)重。

3　光伏發(fā)電綜合效益評價實證研究

3.1實證項目基本概況

3.1.1項目基本簡介

山東蒙陰縣某鎮(zhèn)30 MW光伏發(fā)電項目項目建設(shè)地點選址在蒙陰縣某鎮(zhèn)，項目大至范圍為北緯35° 53′50.88″-北緯35°53′32.96″，東經(jīng)118°07′16.53′-東經(jīng)118°07′26.39″。蒙陰縣位于泰沂山脈腹地，是純山區(qū)，地勢南北高，中間低，由西向東逐漸傾斜。山地丘陵占總面積的94%，座落著較大山峰520余座，其中海拔1 000 m以上的有12座。蒙山綿延百余里，是山東省第二高山，云蒙峰海拔1 108 m，已被列為國家級森林公園。

3.1.2項目基本情況

1）經(jīng)濟效益

項目計劃總投資24 000萬元；安裝工程費3 857.96萬元；工程建設(shè)其他費用合計1 367.85萬元；建設(shè)期利息1 239.84萬元；工程預(yù)備費859.83萬元。資金來源為銀行貸款16 800萬元，占總投資額的70%，其余資金為企業(yè)自籌資金，占總投資額的30%。

營業(yè)收入主要為年均3 129.06萬kW·h電力的銷售收入，本項目建成后，將形成良性的資金鏈循環(huán)，項目完全運營后年均收入為3 904.23萬元；計算期內(nèi)年均實現(xiàn)利潤總額2 339.45萬元，年均實現(xiàn)凈利潤1 864.91萬元。

經(jīng)對項目投資現(xiàn)金流量表進行分析計算，所得稅后項目投資財務(wù)內(nèi)部收益率為13.88%；項目所得稅后投資回收期為6.30年（不含建設(shè)期）。

2）技術(shù)效益

本項目光伏組件采用固定式支架安裝方式，光伏組件為多晶硅。全年總輻射量4 779.61 MJ/m2。從年內(nèi)變化量來看，有明顯的單峰趨勢，以夏季最大，冬季最小，總輻射比較大的月份分布在5、6、7、8月，其中7月最大，總輻射比較小的月份分布在12月、2月、1月，其中2月份最小。

3）社會效益

本項目的實施有利促進當?shù)亟?jīng)濟的增長，有力地推動地區(qū)的發(fā)展，并為當?shù)貏?chuàng)造利稅，促進當?shù)刎斦鲩L，促進當?shù)氐慕ㄔO(shè)發(fā)展做出積極貢獻。對促進當?shù)鼐蜆I(yè)，拉動地方經(jīng)濟和財政收入增長有積極的作用。大力發(fā)展太陽能發(fā)電，將改善能源結(jié)構(gòu)，有利于增加再生能源的比例。

4）環(huán)境效益

本項目總裝機容量為30 MW，運行期多年平均發(fā)電量為3 129萬kW·h。若按照火電煤耗（標準煤）326 g/kW·h，項目建設(shè)投運每年可節(jié)約標煤1.02萬t，相應(yīng)每年可減少多種大氣污染物的排放，其中減少二氧化碳（CO2）約3.07萬t，一氧化碳（CO）約2.69 t，二氧化氮（NO2）約117.92 t，煙塵237.11 t。有害物質(zhì)排放量的減少，減輕了大氣污染。

3.2實證項目綜合評價指標體系構(gòu)建

新能源光伏發(fā)電項目綜合效益評價指標體系建立，以實現(xiàn)綜合經(jīng)濟效益為目標，同時輔以追求項目技術(shù)內(nèi)容先進、社會環(huán)境效益顯著，這4個方面的指標能較為全面地涵蓋光伏發(fā)電項目的整體效益。將經(jīng)濟效益指標、技術(shù)效益指標、社會效益指標、環(huán)境效益指標作為一級指標，下設(shè)9個二級指標，二級指標下包含26個三級指標。具體光伏發(fā)電綜合效益評價指標體系詳見表1。

表1　光伏發(fā)電綜合效益評價指標體系Tab.1　Evaluation index system of comprehensive benefits of photovoltaic power generation

3.3實證項目綜合評價指標權(quán)重確定

3.3.1層次分析法初步確權(quán)

按照層次分析法的思路和操作步驟，首先確定目標層的相對權(quán)重，計算結(jié)果如表2所示。

表2　目標層判斷矩陣Tab.2　Target layer judgment matrix

對判斷矩陣進行歸一化處理，即可得規(guī)范化判斷矩陣：

矩陣特征向量W=（0.569 4，0.254 6，0.06 6，0.11），最大特征根λmax=4.058 6，CR=0.02＜0.1滿足一致性校驗。

3.3.2熵權(quán)法修正權(quán)重

由于目標層指標都是越大越好的指標，所以按公式對AHP分析法構(gòu)造的準則層對目標層的判斷矩陣各元素進行標準化處理，結(jié)果表示為Pmn，即表4所示矩陣，矩陣中所有元素都處于［0，1］區(qū)間。

表3　目標層規(guī)范化判斷矩陣Tab.3　Target layer normalized judgment matrix

表4　目標層標準化判斷矩陣Tab.4　Target layer standardization judgment matrix

計算A1、A2、A3、A4四項指標的熵值e1、e2、e3、e4，運用公式計算結(jié)果e1=0.471 2、e2=0.445 8、e3=0.647 7、e4=0.615 5；差異系數(shù)g1=0.290 6、g2=0.304 6、g3=0.193 6、g4=0.211 3；信息權(quán)重值W與差異系數(shù)g—致即w1= 0.290 6、w2=0.304 6、w3=0.193 6、w4=0.211 3；以信息權(quán)重值wn修正AHP法得出的指標權(quán)重，得到最終的綜合權(quán)重。

由上述方法可計算得出S2=0.277 9，S3=0.045 8，S4=0.083 3。

3.3.3權(quán)重最終計算結(jié)果

通過熵權(quán)法確定的光伏發(fā)電綜合效益評價指標體系指標權(quán)重結(jié)果詳見表5。

3.4實證項目綜合效益評價

3.4.1確定經(jīng)典域和節(jié)域

在物元可拓模型中，評價指標的實際值都需要和依據(jù)評價標準所確定的經(jīng)典域進行比較得到相應(yīng)關(guān)聯(lián)系數(shù)，所以正確的確定評價標準，是評價的關(guān)鍵。本文在評價標準時一是參照《企業(yè)績效評價標準值》；二是達成共識、得到公認的標準，有些標準雖然沒有以規(guī)范、規(guī)程等形。式規(guī)定下來，但卻在科學(xué)研究中被廣泛使用、得到絕大數(shù)人認可的也可以作為參考標準；三是其他標準，對一些還沒有定論的標準，可根據(jù)評價要求，自行設(shè)計或采用專家咨詢方法來獲得。

現(xiàn)將光伏發(fā)電綜合效益評價標準分為5個等級，即差、較差、一般、良好、優(yōu)秀。各指標對應(yīng)不同級別的詳細評價標準，評價標準詳見表6。

表5　光伏發(fā)電綜合效益評價指標體系指標權(quán)重表Tab.5　Table of weights of the index system for comprehensive benefit evaluation of photovoltaic power generation

3.4.2構(gòu)造經(jīng)典域物元矩陣和節(jié)域物元矩陣

指標體系中的定量指標，就直接以定量的數(shù)值確認經(jīng)典域和節(jié)域；定性指標結(jié)合項目區(qū)特征分5個等級轉(zhuǎn)換為數(shù)值，范圍為［0，100］，再確定經(jīng)典域和節(jié)域。據(jù)此方法，構(gòu)造的光伏發(fā)電綜合效益評價的經(jīng)典域物元矩陣R1、R2、R3、R4、R5和節(jié)域物元矩陣Rp。

3.4.3構(gòu)建待評物元矩陣

依據(jù)光伏發(fā)電項目綜合效益評價待評物元的各個評價指標的實際值，構(gòu)建待評物元矩陣，記為R0。

表6　評價標準Tab.6　Evaluation criteria

3.4.4計算關(guān)聯(lián)系數(shù)

結(jié)合所構(gòu)建的光伏發(fā)電項目綜合效益評價經(jīng)典域、節(jié)域以及待評物元矩陣和公式，可獲得所有指標相對不同評價等級的關(guān)聯(lián)系數(shù)，結(jié)果詳見表7。

3.4.5計算綜合關(guān)聯(lián)度

計算各指標關(guān)于不同評價等級的關(guān)聯(lián)系數(shù)可以得到各評價指標關(guān)于不同評價等級的關(guān)聯(lián)度，并匯總成經(jīng)濟效益、技術(shù)效益、社會效益、環(huán)境效益以及綜合效益對應(yīng)不同評價等級的綜合關(guān)聯(lián)度，詳見表8。

3.4.6綜合分析

利用物元可拓評價模型，結(jié)合構(gòu)建的光伏發(fā)電綜合效益評價指標體系對蒙陰光伏發(fā)電項目評估結(jié)果如下：

1）在所選的26個指標中財務(wù)凈現(xiàn)值、財務(wù)內(nèi)部收益、投資回收期、總資產(chǎn)報酬率、資產(chǎn)負債率、流動比率、總資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率、流動資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率、太陽總輻射、日照小時數(shù)、并網(wǎng)與消納條件、設(shè)備技術(shù)可靠性、太陽能陣列安裝形式、促進就業(yè)情況、節(jié)能減排、植被保護共計16個指標與評價等級“優(yōu)”的關(guān)聯(lián)程度最高，說明本文評價的光伏發(fā)電項目能在這些方面取得的效益較優(yōu)；系統(tǒng)運維水平、生態(tài)改善、地區(qū)資源合理利用與評價等級“良好”的關(guān)聯(lián)程度最高，說明光伏發(fā)電項目能在這些方面取得的效益良好；地貌地質(zhì)穩(wěn)定、帶動經(jīng)濟發(fā)展、居民生活質(zhì)量改善、公眾意識與支持、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整與評價等級“一般”的關(guān)聯(lián)程度最高，說明光伏發(fā)電項目能在這些方面取得的效益一般；凈資產(chǎn)收益率、區(qū)域環(huán)境質(zhì)量與評價等級“較差”的關(guān)聯(lián)程度最高，說明光伏發(fā)電項目在這些方面取得的效益較差。

表7　各指標關(guān)于不同評價等級的關(guān)聯(lián)系數(shù)計算結(jié)果Tab.7　The correlation coefficient calculation result of each index at different evaluation grades

表8　指標關(guān)于各評價等級關(guān)聯(lián)度及綜合關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果Tab.8　The calculation results of the correlation degree and the comprehensive correlation degree of each index

2）子待測物元經(jīng)濟效益、技術(shù)效益、社會效益、環(huán)境效益中經(jīng)濟效益、技術(shù)效益、環(huán)境效益與評價等級“優(yōu)”的關(guān)聯(lián)程度最高，說明光伏發(fā)電項目經(jīng)濟可行，技術(shù)先進，低碳環(huán)保；社會效益與評價等級“一般”的關(guān)聯(lián)程度最高，說明光伏發(fā)電項目的實施能一定程度上有利于農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展、縮小貧富等，但效果不夠顯著。總體綜合效益評價為優(yōu)，說明光伏發(fā)電項目綜合效益較優(yōu)，項目可實施性強。

4　結(jié)論

本文建立了光伏發(fā)電評價指標體系，該體系包含經(jīng)濟效益、技術(shù)效益、社會效益、環(huán)境效益共4個一級指標；下設(shè)9個二級指標，二級指標下包含26個三級指標。運用熵權(quán)法對層次分析確定描述指標體系各層級指標相對重要程度的權(quán)重進行修正，采用物元可拓模型全面系統(tǒng)分析新能源光伏發(fā)電項目綜合效益，并進行實證研究，結(jié)論如下：

1）經(jīng)熵權(quán)法修正權(quán)重得出重要程度排名前五的指標為財務(wù)凈現(xiàn)值、總資產(chǎn)報酬率、凈資產(chǎn)收益率、資產(chǎn)負債率以及太陽總輻射，對于光伏發(fā)電項目綜合效益來說，經(jīng)濟效益十分重要。

2）根據(jù)評價結(jié)果單因素評價中除凈資產(chǎn)收益率、區(qū)域環(huán)境質(zhì)量與評價外，其余效益評價優(yōu)良，蒙陰光伏發(fā)電項目綜合效益評價等級為“優(yōu)”，項目可實施性強。

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（編輯黃晶）

Comprehensive Benefit Evaluation of Photovoltaic Power Generation Based on Matter Element Extension Model

DENG Jian1，WANG Zhuangzhuang2，YUAN Zairen2，JI Chuanliu2
（1.Yatai School of Business Administration，Jilin University of Finance and Economics，Jilin Changchun 130117，Jilin，China；2.Shandong Guoyan Electric Power Technology Co.，Ltd.，Jinan 250000，Shandong，China）

To avoid the influence of subjective factors，this paper uses the entropy method to modify the relative important degrees of weight at all levels of indicators as determined and described in the hierarchy analysis process of the index system；and the comprehensive benefits of the new energy photovoltaic power generation project are analyzed comprehensively and systematically by the matter element extension model from four aspects of economic benefits，technical benefits，social benefits and environmental benefits.The comprehensive benefit evaluation of Mengyin Photovoltaic Power Generation Project is conducted and the corresponding conclusions are drawn to provide the proper method for objective evaluation of comprehensive benefits of the photovoltaic power generation.

index system；entropy weight method；matter element extension model；comprehensive benefit

1674-3814（2015）11-0117-09

TM615

A

2015-03-10。

鄧?。?975—），女，教授，研究方向為能源戰(zhàn)略、公司治理；

王壯壯（1987—），男，中級工程師，從事電力咨詢及電網(wǎng)整體解決方案研究；

袁在忍（1990—），男，助理工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃、光伏接入系統(tǒng)研究；

冀傳留（1986—），男，助理工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃、分布式電源接入系統(tǒng)研究。

教育部項目：產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移視角下的中國風(fēng)電利用問題研究（14YJA790007）資助；國家自然科學(xué)基金：電力市場管制與解制程度的測度與優(yōu)化策略研究（71403098）資助。

Project Supported by Wind Power Utilization in China：A Study from Perspective of Industrial Transfer，Ministry of Education of China（14YJA790007）；A Study on Evaluation and Optimization Strategy of Regulation and Deregulation of Electric Power Market，the National Natural Science Foundation of China（71403098）.