高耗能企業(yè)的用電能效分析

朱群波，郝思鵬

(南京工程學院 電力工程學院，江蘇 南京 211167)

0 引 言

對企業(yè)進行合理有效的能效評估不僅可以幫助企業(yè)掌握能效水平、改進生產(chǎn)工序、降低電能損耗以及減少生產(chǎn)成本，還可以為相關部門制定行業(yè)標準提供有力依據(jù)。目前，國內(nèi)已有學者對工業(yè)用戶的能效評估展開研究。文獻[1]通過K-means聚類分析將企業(yè)分為5類，對各個生產(chǎn)單元的生產(chǎn)、照明及空調(diào)系統(tǒng)進行評估，最后全面考慮各單元影響因素，得出綜合評估結(jié)果。文獻[2]針對中小企業(yè)，從技術、經(jīng)濟和管理能效三方面建立指標體系，但其一、二級指標權(quán)重矩陣的得出具有很強的主觀性，存在較大誤差。文獻[3]依據(jù)熵權(quán)法和專家打分法確定權(quán)重，定義企業(yè)的節(jié)能減排效果到理想點和負理想點的偏離度，并將其作為評估標準，得出企業(yè)的評估結(jié)果。

本文在已有研究成果的基礎上，建立了高耗能企業(yè)能效水平多層指標評估體系?？紤]企業(yè)能效狀態(tài)可能對經(jīng)濟性、運行參數(shù)和電能污染等三方面造成的影響，將AHP和熵權(quán)法結(jié)合使用，得到各指標權(quán)重及綜合權(quán)重矩陣[4-5]。依據(jù)指標特性進行分類，應用不同類型指標對應的隸屬函數(shù)和評語集對應分數(shù)求得指標評分值，再將分值與權(quán)重逐一對應，構(gòu)成合理有效的評估體系。最后，根據(jù)評估結(jié)果,分析企業(yè)能效水平和可能的改進方案。

1 評估體系的建立

根據(jù)實際采集數(shù)據(jù)的便利性和可能性，將數(shù)據(jù)歸為三類。首先，企業(yè)的利潤和用電量大小等數(shù)據(jù)必然是評估的重點，因此建立生產(chǎn)信息指標；其次，將企業(yè)生產(chǎn)的效率和可靠性因素建立為電能信息；最后將體現(xiàn)企業(yè)迎合節(jié)能減排要求的因素建立為用電管理信息，指標體系如圖1所示。

圖1 企業(yè)能效評估指標體系

2 權(quán)重計算方法

高耗能企業(yè)的能效狀態(tài)會對經(jīng)濟性、運行參數(shù)和電能污染三方面產(chǎn)生影響，將具有主觀特性的AHP法和客觀特性的熵權(quán)修正法結(jié)合，計算各個指標的權(quán)重。

2.1 層次分析

將指標體系中各指標按照重要度進行相互比較，構(gòu)建出判斷矩陣P。將經(jīng)濟性、運行參數(shù)和電能污染三個方面的受影響程度記為X、Y、Z。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，令X∶Y∶Z=0.4∶0.3∶0.3,同時有X+Y+Z=1。

1)經(jīng)濟性受影響程度

將經(jīng)濟性各指標受企業(yè)能效水平的影響視作1，則其各項指標間的受影響之比為α1∶β1∶γ1∶δ1∶ε1，設定兩兩指標間的比值相同，結(jié)果如表1所示。

表1 經(jīng)濟性指標與企業(yè)評估指標對應關系

2)運行參數(shù)受影響程度

將運行參數(shù)各指標受企業(yè)能效水平的影響視作1，則其各項指標間的受影響之比為α2∶β2∶γ2∶δ2，設定兩兩指標間的比值相同，結(jié)果如表2所示。

表2 運行參數(shù)指標與企業(yè)評估指標對應關系

3)電能污染受影響程度

將電能污染各指標受企業(yè)能效水平的影響視作1，則其各項指標的受影響之比為α3∶β3∶γ3∶δ3，設定兩兩指標間的比值相同，結(jié)果如表3所示。

表3 電能污染指標與企業(yè)評估指標對應關系

將表1～表3中各指標對應的總重要度整理排序，結(jié)果如表4所示。

表4 二級指標總重要度匯總表

將各個參數(shù)設定值代入表4，得到總重要度矩陣Z=[1/50 3/25 3/50 1/50 51/800 17/80 57/400 7/200 63/400 17/200 51/800 1/50]。用0～9來反映兩指標間的重要度比值，數(shù)值越大表明第m個指標相對第n個指標的重要程度越高，比值不在0～9內(nèi)時做適當調(diào)整。

使用特征值法，求得λmax=13.262 7和權(quán)重向量Q=0.01×[1.85 11.14 5.57 1.85 9.80 19.07 13.26 3.25 14.64 7.90 9.80 1.85]。將λmax代入CI=(λmax-n)/(n-1)，CR=CI/RI，可知判斷矩陣P滿足一致性檢驗。

2.2 熵權(quán)法

將AHP與熵權(quán)法結(jié)合，可消除部分主觀誤差。熵權(quán)法步驟如下：

(1)將判斷矩陣P行歸一化得矩陣R。

(2)計算各指標熵值得到熵值矩陣S。

(1)

(2)

S=[s1s2s3…sn]

求得熵值矩陣S=0.01×[7.77 7.79 7.79 7.77 10.66 6.49 7.77 7.79 8.87 8.87 10.66 7.77]。

(3)計算綜合權(quán)重矩陣T。

(3)

T=[t1t2t3…tn]

則有T=[0.02 0.1 0.05 0.02 0.13 0.15 0.12 0.03 0.16 0.08 0.13 0.02]。

3 指標的模糊評分

評語集通過設定多個等級區(qū)分指標的優(yōu)劣，隸屬函數(shù)通過分段函數(shù)計算出指標的評分，將分值與評語對應就可以掌握指標水平。

3.1 評語集的設定

使用{好，中，差}作為評估企業(yè)能效水平的評語集，三個等級的評語對應的隸屬函數(shù)分別為η1、η2和η3。

3.2 隸屬函數(shù)的選定

本文選用三角型隸屬函數(shù)，根據(jù)各指標的期望數(shù)值，將其劃分為趨大型、趨小型和區(qū)間型,其中:N11、N13、N14、N21、N22、N24、N31、N32、N34屬于趨大型；N12、N33為趨小型；N23為區(qū)間型。

1)區(qū)間型隸屬函數(shù)

令b32、b31為區(qū)間型指標的閾值上下限，b22、b12為區(qū)間型指標期望值的上下限，并令b22為b12和b32的中間值，b21為b31和b11的中間值。區(qū)間型指標的隸屬函數(shù)式如式(4)～式(6)所示，隸屬函數(shù)圖如圖2所示。

圖2 中間型隸屬函數(shù)圖

(4)

(5)

(6)

2)趨大型、趨小型隸屬函數(shù)

趨大型和趨小型指標的運算機理與區(qū)間型相似，不再贅述。

F=[F1F2F3…Fn]

4 算例分析

本文采集鹽城市某機械制造企業(yè)2019年度數(shù)據(jù)，計算得到評分矩陣F=[83 85 85 84 79 93 87 89 93 74 91 65]，利用式F總=TFT計算得到F總=87.35。將二級指標評分矩陣F與一級指標評分和總評分整理，具體如表5所示。

表5 各級指標評分值

令F總的評語集{好，中，差}對應評分區(qū)間依次為85～100、70～85、70分以下，則該機械制造企業(yè)的能效水平對應于評語“好”，這表明該企業(yè)的生產(chǎn)能效處于較為理想的狀態(tài)。分析各二級指標:A21評分較低，表明企業(yè)未能合理安排生產(chǎn)工序，造成了某些時段負荷過大，使得日負荷率未能達到工業(yè)企業(yè)國家標準，且可能造成供電質(zhì)量下降；A32評分較低，表明企業(yè)每年用于技術升級改造的資金較少，不利于提升自身節(jié)能降耗能力，將會使生產(chǎn)能耗水平高于同類型企業(yè)，進一步壓縮了利潤空間；A34評分較低說明企業(yè)在廠區(qū)內(nèi)部投入的新能源發(fā)電模塊較少，該企業(yè)可以適當增加光伏等類型的發(fā)電裝置，已降低用電成本，提升能效水平。

5 結(jié)束語

本文著眼于企業(yè)生產(chǎn)能效對經(jīng)濟性、運行參數(shù)和電能污染三方面的影響，計算出各指標的綜合權(quán)重。根據(jù)模糊評分理論，計算出模糊評分并綜合形成評分矩陣，最后與權(quán)重結(jié)合計算出總評分F總。所提方法為企業(yè)節(jié)能減排、提高自身生產(chǎn)效能提供了技術支持，具有較好的實用性。