面向農(nóng)村微能網(wǎng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建及應(yīng)用

張 新，楊建華，王維洲，井天軍，張 漫

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京100083；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院，包頭014010；3.國(guó)家電網(wǎng)甘肅省電力公司，蘭州730050）

0 引 言

隨著煤炭、石油等化石能源的日益枯竭和環(huán)境污染的不斷加重，如何實(shí)現(xiàn)可再生能源的穩(wěn)定應(yīng)用，提高能源的綜合利用率，減少環(huán)境污染，保障能源的安全供應(yīng)，成為世界各國(guó)的重要研究課題[1-3]。因此，綜合能源網(wǎng)絡(luò)的概念應(yīng)運(yùn)而生[4]，它由供能網(wǎng)絡(luò)（電力網(wǎng)、天然氣網(wǎng)絡(luò)和冷熱力網(wǎng)絡(luò)）、能量交換環(huán)節(jié)（冷熱電三聯(lián)供機(jī)組，空氣源熱泵等）、能量存儲(chǔ)環(huán)節(jié)（蓄電池，冷熱蓄能裝置等）和大量的終端綜合能源單元構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)冷-熱-電-氣能流的多向互動(dòng)和可再生能源在多網(wǎng)絡(luò)間的共享和穩(wěn)定應(yīng)用，滿足人民日益增長(zhǎng)的優(yōu)質(zhì)能源服務(wù)需求[5]。在農(nóng)村地區(qū)配置的綜合能源網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)稱為農(nóng)村微能網(wǎng)，是一種用戶側(cè)能量綜合利用單元。中國(guó)農(nóng)村地區(qū)廣闊，生物質(zhì)資源和可再生能源豐富，通過(guò)農(nóng)村微能網(wǎng)的研究可以實(shí)現(xiàn)上述各類資源的就地綜合利用，對(duì)新農(nóng)村的建設(shè)具有重要意義[6]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于綜合能源網(wǎng)絡(luò)的建模、規(guī)劃和優(yōu)化運(yùn)行方面進(jìn)行了大量研究[7-20]。例如，文獻(xiàn)[9]針對(duì)中小型區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題，提出雙層優(yōu)化調(diào)度模型，采用自適應(yīng)遺傳算法進(jìn)行求解，取得較好的優(yōu)化結(jié)果。文獻(xiàn)[12]運(yùn)用多場(chǎng)景理念對(duì)北方某綜合能源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃并分析了綜合能源網(wǎng)絡(luò)具有的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。文獻(xiàn)[19]針對(duì)綜合能源網(wǎng)絡(luò)的建模問(wèn)題，提出多時(shí)序仿真模型，運(yùn)用MATLAB-EXCEL VBA工具進(jìn)行仿真模擬，實(shí)現(xiàn)電力、熱力和燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)的綜合分析。文獻(xiàn)[20]以伊朗德黑蘭東部某住宅小區(qū)為例，規(guī)劃用戶側(cè)綜合能源網(wǎng)絡(luò)，建立混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，并對(duì)規(guī)劃結(jié)果的優(yōu)越性進(jìn)行了闡述。

但是，在綜合能源網(wǎng)絡(luò)的評(píng)價(jià)方面國(guó)內(nèi)外的研究成果較少[21-25]。例如，文獻(xiàn)[21-22]建立適用于單體建筑的多種分布式能源網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化配置模型并對(duì)配置結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，但指標(biāo)設(shè)置較少，未能全面的評(píng)價(jià)分布式能源網(wǎng)絡(luò)的配置結(jié)果。文獻(xiàn)[23]構(gòu)建了從規(guī)劃到運(yùn)行具有普適性的區(qū)域綜合能源網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并采用實(shí)際算例驗(yàn)證其指標(biāo)和方法的有效性，但指標(biāo)適用面過(guò)于寬泛，對(duì)沼氣、冷熱能方面的指標(biāo)考慮較少。文獻(xiàn)[24]提出了綜合能源網(wǎng)絡(luò)的典型物理架構(gòu)并綜述了當(dāng)前綜合能源網(wǎng)絡(luò)的效益評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)方法。文獻(xiàn)[25]運(yùn)用能量樞紐的方法針對(duì)意大利卡利亞里地區(qū)Brotzu醫(yī)院的綜合能源網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了評(píng)估。綜上所述，在農(nóng)村微能網(wǎng)的規(guī)劃評(píng)價(jià)研究方面存在以下問(wèn)題：1）現(xiàn)階段針對(duì)綜合能源網(wǎng)絡(luò)建模、規(guī)劃和運(yùn)行方面的研究成果較多，涉及評(píng)價(jià)方面的文章較少，

尤其是本文研究農(nóng)村微能網(wǎng)的規(guī)劃評(píng)價(jià)。2）已有文獻(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)置簡(jiǎn)單或指標(biāo)設(shè)置繁雜，計(jì)算困難，無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)對(duì)微能網(wǎng)規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)。3）已有文獻(xiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)適用面過(guò)于寬泛，未根據(jù)農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的特點(diǎn)，建立科學(xué)合理的規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法，無(wú)法客觀評(píng)價(jià)各規(guī)劃方案的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)上述研究問(wèn)題，

本文提出了包含可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性效益性4個(gè)一級(jí)指標(biāo)、7個(gè)二級(jí)指標(biāo)和14個(gè)三級(jí)指標(biāo)的農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)體系，并運(yùn)用熵權(quán)法和專家經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃方案的客觀、全面評(píng)價(jià)。

1 農(nóng)村微能網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

農(nóng)村微能網(wǎng)主要由能量生產(chǎn)、傳送、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存和利用等單元構(gòu)成。冷-熱-電-氣各類能量通過(guò)能量轉(zhuǎn)換裝置、電力網(wǎng)絡(luò)和冷熱力管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)能量流的多向互動(dòng)和相互支撐，最終實(shí)現(xiàn)多種能源綜合高效利用的目標(biāo)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1）能量生產(chǎn)單元，是指將風(fēng)能、光能和天然氣等能源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需冷-熱-電能量的裝置。主要包含風(fēng)機(jī)、光伏、光熱、微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)忮仩t等。

2）能量傳送單元，是指各類能量與負(fù)荷點(diǎn)之間的傳送通道，主要包含電能網(wǎng)絡(luò)、冷熱能網(wǎng)絡(luò)、沼氣網(wǎng)等。

3）能量轉(zhuǎn)換單元，是指實(shí)現(xiàn)冷-熱-電-氣各能量互相轉(zhuǎn)換的裝置，主要包含電-熱轉(zhuǎn)換裝置（空氣源熱泵）、電-冷轉(zhuǎn)換裝置（空氣源熱泵）、熱-冷轉(zhuǎn)換裝置（溴化鋰吸收式制冷機(jī)）和熱-熱轉(zhuǎn)換裝置（余熱鍋爐）。

4）能量?jī)?chǔ)存單元，是指實(shí)現(xiàn)冷-熱-電能儲(chǔ)存的裝置，包括各類蓄電池（鋰電池）、冷熱儲(chǔ)能罐。其主要作用為平抑風(fēng)電、光伏等可再生能源的出力波動(dòng)性，在系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)削峰填谷的作用。

5）能量利用單元，是指系統(tǒng)內(nèi)部冷-熱-電負(fù)荷點(diǎn)。

圖1 農(nóng)村微能網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 System frame of rural micro-energy-grid

2 農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)

本研究以客觀和全面為評(píng)價(jià)指標(biāo)建立準(zhǔn)則，以創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放和共享發(fā)展理念為指導(dǎo)，以為人民提供優(yōu)質(zhì)能源服務(wù)為目標(biāo)，建立包含可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和效益性4個(gè)一級(jí)指標(biāo)、7個(gè)二級(jí)指標(biāo)和14個(gè)三級(jí)指標(biāo)的農(nóng)村微能網(wǎng)評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)體系如表1所示。

表1 農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)體系Table 1 Evaluation system of rural micro-energy-grid

2.1 可靠性指標(biāo)

農(nóng)村微能網(wǎng)可靠性指標(biāo)集主要包含供電可靠性和供冷熱可靠性2個(gè)二級(jí)指標(biāo)和電能缺供率、冷能缺供率、熱能缺供率3個(gè)三級(jí)指標(biāo)。

1）系統(tǒng)電能缺供率

式中s為系統(tǒng)電能缺供率；T為系統(tǒng)運(yùn)行周期，h；ΔPeload(t)為系統(tǒng)電能在t時(shí)刻的缺供功率，Peload(t)為系統(tǒng)電能負(fù)荷在t時(shí)刻的需求功率，kW。

2）系統(tǒng)冷能缺供率

式中ν為系統(tǒng)冷熱能缺供率；ΔPcload(t)為系統(tǒng)冷能在t時(shí)刻的缺供功率，kW；Pcload(t)為系統(tǒng)冷能負(fù)荷在t時(shí)刻的需求功率，kW。

3）系統(tǒng)熱能缺供率

式中h為系統(tǒng)熱能缺供率；ΔPhload(t)為系統(tǒng)熱能在t時(shí)刻的缺供功率，kW；Phload(t)為系統(tǒng)熱能負(fù)荷在t時(shí)刻的需求功率，kW。

2.2 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

農(nóng)村微能網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)集包含系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性1個(gè)二級(jí)指標(biāo)和系統(tǒng)投資費(fèi)用、系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用、系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格和使用年限之比3個(gè)三級(jí)指標(biāo)。

1）系統(tǒng)投資費(fèi)用

式中Cin為微能網(wǎng)投資費(fèi)用，元；N為微源的類型數(shù)目；Cmd為第d種微源的初始投資成本，元/kW；l為折現(xiàn)率；nd為第d種微源的使用年限，a；Pd為第d種微源的額定功率，kW。

2）系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用

式中Cmaintain為微能網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，元；Cmad為微能網(wǎng)各供能設(shè)備單位維護(hù)費(fèi)用，元；Pd(t)為第d種微源在t時(shí)刻的運(yùn)行功率，kW。

3）系統(tǒng)設(shè)備的價(jià)格和使用年限之比

式中H為微能網(wǎng)各設(shè)備的使用年限與價(jià)格之比的和；ad為微能網(wǎng)第d種設(shè)備的使用年限，a。

2.3 環(huán)保性指標(biāo)

農(nóng)村微能網(wǎng)環(huán)保性指標(biāo)集包含供能設(shè)備環(huán)保性和儲(chǔ)能設(shè)備環(huán)保性2個(gè)二級(jí)指標(biāo)，污染物排放量、可再生能源裝機(jī)比例、冷熱電聯(lián)供機(jī)組的裝機(jī)比例、儲(chǔ)電設(shè)備更換周期率、儲(chǔ)熱設(shè)備更換周期率、儲(chǔ)冷設(shè)備更換周期率6個(gè)三級(jí)指標(biāo)。

1）污染物排放量

在微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)忮仩t工作的時(shí)候會(huì)釋放NOx和CO2等對(duì)環(huán)境有害的氣體，公式如下：

式中Cpo為微能網(wǎng)各污染物的總排放量，kg；sk為微能網(wǎng)第k種污染物的排放系數(shù)，kg/（kW·h）；U為污染物的類型數(shù)目。

2）儲(chǔ)電-冷-熱設(shè)備更換周期率

式中μ為微能網(wǎng)儲(chǔ)電-冷-熱設(shè)備更換周期率；Gstore為微能網(wǎng)儲(chǔ)電-冷-熱設(shè)備更換周期，a；Genergy為微能網(wǎng)設(shè)計(jì)運(yùn)行期限，a。

3）可再生能源的裝機(jī)比例

本研究所指可再生能源為光伏和風(fēng)電，其裝機(jī)比例定義為光伏和風(fēng)電的裝機(jī)容量與系統(tǒng)總裝機(jī)容量的百分比，公式如下：

式中β為可再生能源的裝機(jī)比例；x為可再生能源機(jī)組的種類；c為微能網(wǎng)其余發(fā)電設(shè)備的種類；PDE,i為光伏/風(fēng)電機(jī)組的額定容量，kW；PGE,j為微能網(wǎng)其余發(fā)電設(shè)備的額定容量，kW。

4）冷熱電聯(lián)供機(jī)組裝機(jī)比例

式中α為冷熱電聯(lián)供機(jī)組滲透率；PCCHP為冷熱電聯(lián)供機(jī)組的功率，kW。

2.4 效益性指標(biāo)

農(nóng)村微能網(wǎng)效益性指標(biāo)集包含穩(wěn)定效益和環(huán)境效益2個(gè)二級(jí)指標(biāo)，與配電網(wǎng)功率交換費(fèi)用和環(huán)境污染懲罰費(fèi)用2個(gè)三級(jí)指標(biāo)。

1）環(huán)境污染懲罰費(fèi)用

式中為第k種污染物的環(huán)境價(jià)值，元/kg；wk為第k種污染物的罰款，元/kg。

2）微能網(wǎng)與配電網(wǎng)功率交換費(fèi)用

微能網(wǎng)在自身電能供應(yīng)量大于內(nèi)部電負(fù)荷需求時(shí)，可以向上級(jí)配電網(wǎng)售電獲得收益，微能網(wǎng)在自身電能供應(yīng)量小于內(nèi)部電負(fù)荷需求時(shí)，需要向上級(jí)配電網(wǎng)購(gòu)電補(bǔ)充滿足系統(tǒng)內(nèi)部電負(fù)荷需求。但是，目前中國(guó)農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)相對(duì)薄弱，微能網(wǎng)與配電網(wǎng)的頻繁交換勢(shì)必會(huì)影響配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此設(shè)計(jì)微能網(wǎng)與配電網(wǎng)功率交換費(fèi)用這一指標(biāo)來(lái)反映微能網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行造成的影響，如式（12）所示：

式中Cgrid為微能網(wǎng)與配電網(wǎng)之間購(gòu)電費(fèi)用和售電費(fèi)用的差值，元；Csell(t)為微能網(wǎng)向上級(jí)配電網(wǎng)售電價(jià)格，Cbuy(t)為微能網(wǎng)向上級(jí)配電網(wǎng)購(gòu)電價(jià)格，元/(kW·h)；Pgrid(t)為微能網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的功率交換值，kW。

3 綜合評(píng)價(jià)方法

熵權(quán)法[26-28]是一種客觀賦權(quán)重的方法。微能網(wǎng)評(píng)價(jià)體系中某個(gè)指標(biāo)的熵值越大，則表明該指標(biāo)包含較少的信息，進(jìn)而推得該指標(biāo)所占評(píng)價(jià)體系的權(quán)重值較??；反之，當(dāng)某個(gè)指標(biāo)的熵值越小，表明該指標(biāo)包含較多的信息，推得該指標(biāo)所占評(píng)價(jià)體系的權(quán)重值較大。熵權(quán)法不受主觀因素影響，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，是一種方便、實(shí)用的評(píng)價(jià)方法，因此，本研究采用熵權(quán)法進(jìn)行農(nóng)村微能網(wǎng)的評(píng)價(jià)。

熵權(quán)法的計(jì)算步驟如下：

1）建立農(nóng)村微能網(wǎng)評(píng)價(jià)矩陣。假設(shè)參評(píng)的系統(tǒng)方案數(shù)為m，評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)為n，則評(píng)價(jià)矩陣如下所示：

式中 為農(nóng)村微能網(wǎng)評(píng)價(jià)矩陣；yij為農(nóng)村微能網(wǎng)評(píng)價(jià)第i個(gè)方案中的第j個(gè)指標(biāo)。

2）歸一化農(nóng)村微能網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。將農(nóng)村微能網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)yij進(jìn)行歸一化，得到歸一化后的農(nóng)村微能網(wǎng)評(píng)價(jià)矩陣如下所示：

式中F為歸一化后的農(nóng)村微能網(wǎng)評(píng)價(jià)矩陣；fij為歸一化計(jì)算后的農(nóng)村微能網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)值；zij為歸一化計(jì)算過(guò)程中的中間值；maxyi和minyi為歸一化前農(nóng)村微能網(wǎng)同一評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大值和最小值。

3）計(jì)算農(nóng)村微能網(wǎng)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵。

式中aj為農(nóng)村微能網(wǎng)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值。

4）計(jì)算農(nóng)村微能網(wǎng)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值。

式中xj為農(nóng)村微能網(wǎng)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值。5）計(jì)算各方案的評(píng)價(jià)值

式中bv,i為農(nóng)村微能網(wǎng)第i種規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)值。

運(yùn)用熵權(quán)法對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)價(jià)的流程圖如圖2所示。

圖2 熵權(quán)法評(píng)價(jià)流程圖Fig.2 Evaluation flow chart of entropy method

4 算 例

4.1 算例相關(guān)參數(shù)

本文選取中國(guó)西部某村莊為例驗(yàn)證所提規(guī)劃指標(biāo)的合理性。該地區(qū)四季分明，冬季進(jìn)行熱能和電能的供應(yīng)，夏季進(jìn)行冷能和電能的供應(yīng)，春秋兩季只供應(yīng)電能。冷熱電負(fù)荷數(shù)據(jù)采用蒙特卡洛模擬的方法求得，具體參考文獻(xiàn)[29-30]。冬季典型日光伏、風(fēng)電和熱電負(fù)荷曲線如圖3a所示，夏季典型日光伏、風(fēng)電和冷電負(fù)荷曲線如圖3b所示，春秋季典型日光伏、風(fēng)電和電負(fù)荷曲線如圖3c所示。該村莊擬采用的供能和儲(chǔ)能裝置包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、溴化鋰吸收式制冷機(jī)、余熱鍋爐、燃?xì)忮仩t、蓄電池、冷熱儲(chǔ)能罐、空氣源熱泵、光伏和風(fēng)電等?，F(xiàn)有3種不同的農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃方案，如表2所示。微能網(wǎng)各裝置參數(shù)[31-33]如表3所示，微能網(wǎng)規(guī)劃方案所在地分時(shí)電價(jià)[6]如表4所示。污染物排放系數(shù)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[34]如表5所示。

圖3 不同季節(jié)典型日光伏、風(fēng)電和冷-熱-電負(fù)荷曲線Fig.3 Photovoltaic,wind power and electricity-heating-cooling loads curves of typical day in different season

表2 農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃方案中各裝置的功率和能量值Table 2 Power and energy value of each device in planning scheme of rural micro-energy-grid

表3 農(nóng)村微能網(wǎng)各裝置參數(shù)[31-33]Table 3 Device parameters of rural micro-energy-grid

表4 農(nóng)村微能網(wǎng)分時(shí)電價(jià)[6]Table 4 Time-of-use electrical price of rural micro-energy-grid元·（kW·h）-1

表5 農(nóng)村微能網(wǎng)污染物排放系數(shù)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[34]Table 5 Pollutant emission coefficient and evaluation standard of rural micro-energy-grid

4.2 農(nóng)村微能網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)仿真結(jié)果

經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性中的部分三級(jí)指標(biāo)，如系統(tǒng)設(shè)備的價(jià)格與使用年限之比、可再生能源的裝機(jī)比例和冷熱電聯(lián)供機(jī)組的裝機(jī)比例等，采用算例所給參數(shù)進(jìn)行直接計(jì)算，其余指標(biāo)基于MATLAB平臺(tái)運(yùn)用粒子群算法編寫農(nóng)村微能網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度程序進(jìn)行求解。模擬間隔時(shí)間Δt為1 h，總模擬時(shí)間為1 a。本研究設(shè)定冬季（供暖季）為11月至次年3月，夏季（供冷季）為6月至8月，春秋季（不供應(yīng)冷暖）為4月至5月和9月至10月。可靠性指標(biāo)采用序貫蒙特卡洛法進(jìn)行模擬計(jì)算。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本研究假設(shè)每個(gè)季節(jié)中每日的負(fù)荷需求相同。

農(nóng)村微能網(wǎng)各指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果如表6所示。通過(guò)表6可得，從污染物排放量方面看，由于方案3規(guī)劃的微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)忮仩t容量最小，所以污染物排放量最低，方案3是最優(yōu)選擇；從可再生能源和冷熱電聯(lián)供機(jī)組的裝機(jī)比例方面看，方案1為最優(yōu)選擇。為了充分評(píng)估各指標(biāo)對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)系統(tǒng)的影響程度，需要采用合理的評(píng)估方法對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)各指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)估。

表6 農(nóng)村微能網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果Table 6 Calculation results of evaluation indexes of rural micro-energy-grid

4.3 基于熵權(quán)法得到農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃方案評(píng)價(jià)結(jié)果

本研究采用熵權(quán)法對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)各規(guī)劃方案指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，得到各指標(biāo)的熵權(quán)如圖4所示。通過(guò)圖4可知，指標(biāo)C12、C13、C21、C22和C23的權(quán)重值最大，對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)各規(guī)劃評(píng)價(jià)方案的最終評(píng)估結(jié)果影響最大；A22的權(quán)重值最小，對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)各規(guī)劃評(píng)價(jià)方案的最終評(píng)估結(jié)果影響最??；其余指標(biāo)的權(quán)重值處于中間位置，對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)各規(guī)劃評(píng)價(jià)方案的最終評(píng)估結(jié)果有較大影響。

圖4 農(nóng)村微能網(wǎng)各指標(biāo)熵權(quán)值Fig.4 Entropy weight of each index of rural micro-energy-grid

本研究采用熵權(quán)法得到農(nóng)村微能網(wǎng)各規(guī)劃方案的最終評(píng)價(jià)結(jié)果如下：方案1的評(píng)價(jià)值為1.32，方案2的評(píng)價(jià)值為1.14，方案3的評(píng)價(jià)值為2.47。在可再生能源的裝機(jī)比例和冷熱電聯(lián)供機(jī)組的裝機(jī)比例方面，方案2為最優(yōu)結(jié)果，但是，綜合考慮可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和效益性方面的14個(gè)三級(jí)指標(biāo)對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃方案的影響程度，最終得到方案3是農(nóng)村微能網(wǎng)最優(yōu)規(guī)劃方案。

4.4 基于熵權(quán)法與專家評(píng)價(jià)法得到農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)結(jié)果

熵權(quán)法是一種客觀的指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，它主要根據(jù)各指標(biāo)的數(shù)值差異計(jì)算求得各指標(biāo)的熵權(quán)值，進(jìn)而求得各方案的綜合評(píng)價(jià)值。但是，在項(xiàng)目的實(shí)際規(guī)劃過(guò)程中，根據(jù)項(xiàng)目所在地的環(huán)境條件、項(xiàng)目資金情況和項(xiàng)目投資方需求等不同，需要側(cè)重考慮環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性等某一方面的指標(biāo)，無(wú)法完全按照客觀的評(píng)價(jià)結(jié)果選擇規(guī)劃方案。因此，根據(jù)專家對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)各規(guī)劃指標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)不同，本研究假設(shè)4種專家主觀指標(biāo)權(quán)重，專家1側(cè)重關(guān)注可靠性指標(biāo)，專家2側(cè)重關(guān)注經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，專家3側(cè)重關(guān)注環(huán)保性指標(biāo)，專家4側(cè)重關(guān)注效益性指標(biāo)，通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷打分的形式得到專家評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重如表7所示。

表7 專家評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 7 Expert evaluation index weight

將主客觀評(píng)價(jià)方法即熵權(quán)法與專家評(píng)價(jià)法相結(jié)合，得到農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃方案各指標(biāo)新的權(quán)重值，權(quán)重和農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃方案評(píng)價(jià)值計(jì)算公式[22]如下所示：

式中θj為第j個(gè)指標(biāo)的專家評(píng)價(jià)權(quán)重；φj為第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)法與專家評(píng)價(jià)法結(jié)合計(jì)算求得的新權(quán)重值；fij為農(nóng)村微能網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)值。

運(yùn)用專家評(píng)價(jià)法與熵權(quán)法相結(jié)合的方法對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行重新評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，由于專家3側(cè)重關(guān)注環(huán)保性指標(biāo)，所以方案2的綜合評(píng)價(jià)值最高。對(duì)于專家1、2和4而言，方案3綜合評(píng)價(jià)值最高，所以項(xiàng)目投資方如果更關(guān)注可靠性、效益性和經(jīng)濟(jì)性方面，方案3是最優(yōu)選擇。需要說(shuō)明的是，上述算例負(fù)荷的變化，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果沒(méi)有影響。因?yàn)槲⒛芫W(wǎng)規(guī)劃方案的優(yōu)劣由微能網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)決定，而微能網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)由文中“2農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)”中的公式求得。在文中“2.1可靠性指標(biāo)”部分，系統(tǒng)冷-熱-電能缺供功率3個(gè)指標(biāo)雖然表面上與負(fù)荷情況變化有直接關(guān)系，但實(shí)際上系統(tǒng)冷-熱-電能缺供功率由微能網(wǎng)規(guī)劃方案中各供能設(shè)備的功率決定。在文中2.2-2.4部分，經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和效益性指標(biāo)的大小與微能網(wǎng)規(guī)劃方案中各供能設(shè)備的出力大小決定。因此，負(fù)荷情況的變化對(duì)微能網(wǎng)評(píng)價(jià)結(jié)果沒(méi)有影響。

圖5 專家評(píng)價(jià)法與熵權(quán)法結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.5 Evaluation results combining expert evaluation and entropy method

5 結(jié) 論

本研究建立包含可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和效益性4個(gè)一級(jí)指標(biāo)、7個(gè)二級(jí)指標(biāo)和14個(gè)三級(jí)指標(biāo)的農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用熵權(quán)法和專家評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法對(duì)各微能網(wǎng)規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到如下結(jié)論：

1）所提農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃評(píng)價(jià)指標(biāo)均具有明確的物理含義和計(jì)算方法。算例結(jié)果表明，各指標(biāo)可以為農(nóng)村微能網(wǎng)規(guī)劃方案的優(yōu)劣評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐。

2）熵權(quán)法是一種客觀評(píng)價(jià)法，可以通過(guò)紙面數(shù)據(jù)客觀得到農(nóng)村微能網(wǎng)各規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)值分別為1.32、1.14和2.47，則具有供能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置和冷-熱-電多形式儲(chǔ)能裝置的方案3為農(nóng)村微能網(wǎng)最優(yōu)規(guī)劃方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)各規(guī)劃方案優(yōu)劣性的客觀評(píng)價(jià)。根據(jù)項(xiàng)目所在地的環(huán)境條件和項(xiàng)目投資方需求等不同，建立專家評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重表，將專家評(píng)價(jià)法（主觀評(píng)價(jià)法）作為一種輔助評(píng)價(jià)方法，來(lái)配合熵權(quán)法（客觀評(píng)價(jià)法）對(duì)農(nóng)村微能網(wǎng)各規(guī)劃方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，在環(huán)保性方面，未規(guī)劃儲(chǔ)能裝置的方案2綜合評(píng)價(jià)值最高，為農(nóng)村微能網(wǎng)最優(yōu)規(guī)劃方案，在可靠性、效益性和經(jīng)濟(jì)性方面，具有供能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置和冷-熱-電多形式儲(chǔ)能裝置的方案3綜合評(píng)價(jià)值最高，為農(nóng)村微能網(wǎng)最優(yōu)規(guī)劃方案。上述結(jié)果可以為項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)作提供個(gè)性化的解決方案，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目投資方利益的最大化。