基于熵權(quán)-TOPSIS模型的分布式光伏整縣推進建設(shè)優(yōu)先級研究

□ 孟 微，馬漢武

(江蘇大學 管理學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

1 引言

隨著我國經(jīng)濟水平的提升，工業(yè)企業(yè)的規(guī)模不斷擴大，企業(yè)高速發(fā)展對電力的需求也在急速增長，傳統(tǒng)火力發(fā)電雖能解決電力供應(yīng)問題，但同時帶來了資源損耗、環(huán)境污染與氣候變化等較為嚴重的問題。

2021年，全國多地因為煤炭供應(yīng)不足和“能耗雙控”等因素影響出現(xiàn)拉閘限電事件，供電壓力日益增大。而太陽能分布廣泛，每年的太陽輻射量相當于130萬億噸標準煤，若能較好利用可再生資源，能極大程度上減輕能源緊張和改善環(huán)境污染問題，光伏供電便是采用太陽能光板吸收光能，利用太陽能發(fā)電，有助于碳中和目標的早日實現(xiàn)。2020年12月，習近平總書記在氣候雄心峰會上的講話中提到，中國力爭2060年前實現(xiàn)碳中和目標，太陽能發(fā)電總裝機量達到12億千瓦以上[1]。光伏作為有效利用太陽能資源的重要載體，具有環(huán)保清潔、易于被消納等優(yōu)點[2]，且分布式光伏不需建立配電站，輸送電成本和安裝成本較低，經(jīng)濟效益較好，是未來國內(nèi)光伏市場應(yīng)用的重要領(lǐng)域[3]。鑒于發(fā)展分布式光伏的必要性，國家層面也給予高度關(guān)注并出臺相關(guān)政策。我國于2013年明確了政府要大力支持光伏產(chǎn)業(yè)，推動新能源的發(fā)展的原則[4]。因此，判斷整縣推進分布式光伏建設(shè)的優(yōu)先級變得尤為重要。

近年來，學者們關(guān)于分布式光伏的研究主要集中在以下幾個視角。從經(jīng)濟效益角度，柳君波等對中國331個城市進行研究，運用成本效益等方法，建立分布式光伏的經(jīng)濟性分析模型，根據(jù)計算結(jié)果，認為光伏經(jīng)濟發(fā)展受地域性差異影響，可有針對性地將全國地區(qū)劃分為四個等級來發(fā)展分布式光伏[5]。王恒田等建立以內(nèi)部收益率為平價上網(wǎng)光伏發(fā)電項目經(jīng)濟性評價的模型，分析了光伏發(fā)電項目經(jīng)濟性評價的幾種影響因素，并從政府和企業(yè)兩方面給出對策和建議[6]。從分布式光伏選址定容研究角度，需要從經(jīng)濟、環(huán)境和安全可靠方面綜合規(guī)劃[7]。徐迅等綜合考慮分布式選址問題，以建設(shè)費用、化石能源費用、網(wǎng)絡(luò)損耗費用和環(huán)境懲罰費用最小為目標函數(shù)，考慮了環(huán)境成本[8]。

丁明等提出分布式電源集群規(guī)劃概念與方法，建立分布式光伏與儲能雙層協(xié)調(diào)選址定容規(guī)劃模型，并驗證了選址規(guī)劃模型的可行性[9]。從分布式光伏建設(shè)潛力角度，對于影響分布式光伏建設(shè)的因素，不同學者進行了有針對性的研究，袁金斗等認為分布式光伏發(fā)展主要受到技術(shù)成本、資源豐富度、電力產(chǎn)能需求以及政策補貼等因素的影響[10]。蔡永自等通過DEMATEL-ISM模型分析居民對屋頂安裝光伏設(shè)備的意愿影響因素，結(jié)果表明居民安裝意愿最根本的因素是光伏法規(guī)和補貼力度等[11]。胡亞男等采用峰值日照時數(shù)法、日照時數(shù)和發(fā)電量建模法估算內(nèi)蒙古屋頂太陽能發(fā)電量，得出日照時數(shù)和發(fā)電量有較好的線性關(guān)系[12]。呂濤等采用模糊綜合評價和熵權(quán)法，對2015年我國31個省份的光伏資源利用水平進行評價，依據(jù)光伏資源利用的實際情況，劃分了優(yōu)化調(diào)整區(qū)、重點開發(fā)區(qū)、潛力開發(fā)區(qū)和有序開發(fā)區(qū)四個發(fā)展區(qū)域[13]。對于分布式光伏空間地理推進建設(shè)，王光輝等建立基于衛(wèi)星遙感的全國分布式光伏建設(shè)動態(tài)監(jiān)測機制，認為分級分類推進光伏建設(shè)，應(yīng)該從人口較為稠密的東部地區(qū)開始建設(shè)[14]。

上述研究從不同角度分析了分布式光伏，但現(xiàn)有文獻更多偏重于對分布式光伏機理和宏觀分布式光伏發(fā)展前景進行研究，少有文獻對區(qū)域性推廣建設(shè)展開研究，結(jié)合分布式光伏整縣推進研究的文獻則更為稀少。因此，本文結(jié)合國家能源局公布的整縣屋頂分布式光伏開發(fā)試點名單，依據(jù)地理空間位置，從不同地理空間中隨機選取16個地區(qū)展開研究，分析影響分布式光伏整縣推進的因素，建立分布式光伏推進建設(shè)的評價指標體系，并構(gòu)建熵權(quán)-TOPSIS模型進行分析，進而確定優(yōu)先整縣推進構(gòu)建分布式光伏的地區(qū)，為其他區(qū)域整縣推進光伏規(guī)劃建設(shè)提供決策參考。

2 評價指標體系構(gòu)建

影響分布式光伏整縣推進優(yōu)先級的因素眾多，體現(xiàn)在自然資源條件、地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平、設(shè)備企業(yè)發(fā)展水平、社會工業(yè)用電量和屋頂可利用面積等方面。王光輝等通過研究認為屋頂面積與人口數(shù)量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)大于0.84[14]，因此，對于屋頂面積的考察可以從地區(qū)人口數(shù)來分析。從光伏建設(shè)必備設(shè)備組件獲取便利性來看，需要考察區(qū)域范圍內(nèi)可提供光伏組件的光伏企業(yè)數(shù)，當?shù)仄髽I(yè)數(shù)越多，購買和安裝分布式光伏流程就越簡單，則越有利于全面推進光伏建設(shè)發(fā)展，由于光伏供應(yīng)鏈的發(fā)展，光伏組件的生產(chǎn)、運輸、銷售也將產(chǎn)生大量的二氧化碳[15]，使分布式光伏建設(shè)的環(huán)保性能下降，因此考慮光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展時，更偏向采取就地建設(shè)、就地使用的理念。構(gòu)建的指標體系如表1所示。

表1 分布式光伏整縣推進建設(shè)指標體系

3 熵權(quán)-TOPSIS模型構(gòu)建

本文建立推進分布式光伏發(fā)展優(yōu)先級的評價指標體系，采用熵權(quán)-TOPSIS模型，首先構(gòu)建由城市節(jié)點m和評價指標n組成的原始數(shù)據(jù)矩陣R=(rij)mn，其中rij為數(shù)據(jù)的原始值。

(1)

對原始數(shù)據(jù)做歸一化處理：

(2)

(3)

熵值的計算：

注：Pij為第i個城市的第j個指標所占的比重。

(4)

熵值：

(5)

權(quán)重的計算：

gj=1-ej

(6)

(7)

wj為第j個指標的權(quán)重，gj為第j個指標的差異性系數(shù)，指標的熵值越大，差異性系數(shù)越小，其權(quán)重越大，對分布式光伏發(fā)展所產(chǎn)生的影響越大。權(quán)重矩陣A如式(8)所示。

(8)

構(gòu)造規(guī)范化加權(quán)矩陣V:

(9)

TOPSIS確定正理想解和負理想解：

令正理想解V+表示最偏好方案，負理想解V-表示最不偏好方案。

正向指標：

(10)

(11)

負向指標：

(12)

(13)

各城市與正負理想解計算距離：

(14)

(15)

計算貼進度：

(16)

最后，計算出每個城市的相對貼進度Di的值，Di越大，說明該區(qū)域越有利于建設(shè)分布式光伏，推進整縣建設(shè)的優(yōu)先級別水平越高，根據(jù)相對貼進度的大小，對每一個縣區(qū)進行排名，則得到最終的整縣推進分布式光伏建設(shè)的優(yōu)先級。

4 實證分析

根據(jù)國家能源局印發(fā)的《國家能源局綜合司關(guān)于報送整縣(市、區(qū))屋頂分布式光伏開發(fā)試點方案的通知》給出的試點名單[16]，選取16個縣區(qū)作為研究對象，采用2020年的數(shù)據(jù)進行研究，其中華東區(qū)域選取的是長豐縣、平陽縣和齊河縣，華北地區(qū)選取的是肅寧縣和豐鎮(zhèn)市，東北地區(qū)是東港市和北安市，西南地區(qū)是旺蒼縣、興義市和宜良縣，西北地區(qū)是榆陽區(qū)和華亭市，華中地區(qū)是赤壁市，華南地區(qū)是北流市、崖州區(qū)和潮安區(qū)。這些縣區(qū)在各自所屬區(qū)域中發(fā)展較好，具有代表性。針對構(gòu)建的指標體系，以縣區(qū)相關(guān)指標數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用熵權(quán)—TOPSIS模型對上述縣區(qū)光伏適宜推進建設(shè)情況進行總體評價，計算出上述縣區(qū)的分布式光伏綜合發(fā)展水平排名，如表2所示。

表2 分布式光伏發(fā)展水平綜合排名

依據(jù)此排名，可以將這16座縣區(qū)劃分為四個級別：

第一級是榆陽區(qū)與長豐縣。榆陽區(qū)位于陜西，占地面積大，光照充足、太陽能資源豐富，光照發(fā)展利用前景廣闊[17]，且榆陽區(qū)工業(yè)發(fā)達，工業(yè)用電需求大，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展充分，具備分布式光伏發(fā)展必備的自然與社會資源條件，因此安裝分布式光伏的優(yōu)先級在所選區(qū)域中最高。長豐縣位于安徽合肥，縣域經(jīng)濟綜合競爭力高，人均GDP和可支配收入高，且區(qū)域內(nèi)的光伏企業(yè)多，光伏供應(yīng)鏈發(fā)展較好，交通便利，基礎(chǔ)設(shè)施完善，適宜安裝分布式光伏。

第二級是興義市、赤壁市、平陽縣和齊河縣。興義市位于貴州，太陽能資源豐富，人口較多，工業(yè)電力需求大，且該地區(qū)有大量安裝光伏組件的企業(yè)，有利于整縣推進光伏工作，但是其位于山區(qū)，氣候多變，在分布式光伏安裝時要有針對性地做好太陽能資源的評估工作。赤壁市位于湖北，工業(yè)發(fā)展較好，經(jīng)濟發(fā)展水平高，對電力需求大，整縣推進光伏可較大程度緩解用電壓力，節(jié)約煤炭等火力發(fā)電自然資源的耗用，因此，光伏整縣推進工作亟待實施。平陽縣和齊河縣位于華東區(qū)域，經(jīng)濟工業(yè)發(fā)展水平較高，用電量較大，自然資源豐富，光照較為充足，且光伏企業(yè)較多，有利于較先發(fā)展分布式光伏。

第三級是崖州區(qū)、潮安區(qū)、肅寧縣和北流市。崖州區(qū)位于海南三亞市，太陽能資源豐富，且地區(qū)內(nèi)光伏企業(yè)眾多，便于分布式光伏的安裝工作。潮安區(qū)位于廣東潮州市，工業(yè)發(fā)達，工業(yè)用電量較大，人口較多，交通便利，可為整縣推進分布式光伏提供有利的設(shè)備條件。肅寧縣位于河北，光照充足，熱量豐富，全年太陽輻射量大，有利于分布式光伏的建設(shè)與發(fā)展，且地區(qū)經(jīng)濟水平高，對于分布式光伏設(shè)備購買和安裝工作較為有利。北流市位于廣西，人口眾多，分布式光伏安裝所需屋頂資源豐富，但是轄區(qū)內(nèi)光伏企業(yè)數(shù)量有限，光伏供應(yīng)鏈發(fā)展相對滯后，給就地安裝分布式光伏工作造成一定困難。

第四級是東港市、豐鎮(zhèn)市、宜良縣、北安市、華亭市和旺蒼縣，這些區(qū)域各指標與其他區(qū)域相比不具備優(yōu)勢，且光伏產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展緩慢，產(chǎn)能不能充分支持分布式光伏的整縣推進工作。其各項指標相對其他區(qū)域指標值排名靠后，因此經(jīng)過熵權(quán)-TOPSIS模型對數(shù)據(jù)處理后得到的分布式光伏整縣推進的優(yōu)先級也相對較低。

5 結(jié)論

本文構(gòu)建了推進分布式光伏建設(shè)優(yōu)先級的評價指標體系和熵權(quán)-TOPSIS模型，得到所選縣區(qū)的優(yōu)先推廣發(fā)展等級，分布式光伏整縣推進建設(shè)涉及的考察指標較多，當?shù)亟?jīng)濟與工業(yè)發(fā)展水平和光伏產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展水平是重大考察因素。但本文獲取數(shù)據(jù)具有局限性，沒有考慮政府補貼、居民對分布式光伏的接受程度等指標，后續(xù)針對分布式光伏推廣建設(shè)研究可考慮這些指標的影響。