基于Fuzzy法的屋頂光伏建設(shè)綜合評價研究

廖 濤, 鄭建華, 張建飛, 羅輝勇, 李培軍, 毛 楊

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2.國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司, 河南 南陽 473000

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0 引言

推廣光伏發(fā)電是“雙碳”目標達成過程中的重要措施,而屋頂光伏建設(shè)是光伏發(fā)電的重要方式,專家在屋頂光伏建設(shè)的發(fā)電潛力和財務(wù)分析等方面進行了探索研究。文獻[1]探究了屋頂光伏電站施工技術(shù),并以具體實例闡明了施工過程中的技術(shù)要點;文獻[2]分析了屋頂光伏的發(fā)電潛力,并介紹了3種發(fā)電潛力評估方法;文獻[3]分別從財務(wù)角度對屋頂光伏進行了分析。

這些文獻均從某個方面對屋頂光伏建設(shè)進行了分析和評估,但屋頂光伏建設(shè)目前缺乏一種通用合理的綜合評價體系和方法。本文對屋頂光伏建設(shè)進行了全面梳理,為使評價更合理,通過Fuzzy法結(jié)合序關(guān)系分析法的綜合評價方法對屋頂光伏建設(shè)展開評價。

1 屋頂光伏建設(shè)指標分析

由于涉及的內(nèi)容較多,各方面均選取最核心要素,構(gòu)成評價體系。其中技術(shù)、經(jīng)濟和社會效益各分項及評價體系如圖1所示。

圖1 屋頂光伏建設(shè)雙層評價體系

1.1 技術(shù)效益

光伏組件的質(zhì)量和性能:在評估光伏組件時,需要關(guān)注的指標包括組件的轉(zhuǎn)換效率、溫度系數(shù)、光照強度、衰減率等。

光伏系統(tǒng)的設(shè)計和施工質(zhì)量:在設(shè)計過程中,要充分考慮屋頂?shù)姆轿弧A斜角、遮擋等因素,以優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能。

光伏系統(tǒng)的運行和維護:考慮定期檢查、清潔和維修,提高發(fā)電效率。

光伏系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性:應(yīng)關(guān)注光伏電池組件、逆變器等設(shè)備的安全性能,以及光伏系統(tǒng)并網(wǎng)穩(wěn)定性和故障率等。

1.2 經(jīng)濟效益

經(jīng)濟效益包括光伏系統(tǒng)的投資成本、電費收益和成本、回收期和投資回報率和光伏系統(tǒng)的風險評估和應(yīng)對策略。其中,投資回報率是指光伏項目在其壽命周期內(nèi)所產(chǎn)生的凈收益與投資成本之比[4]。通過計算回收期和投資回報率,可以全面了解光伏項目的經(jīng)濟性能。光伏系統(tǒng)風險評估和應(yīng)對策略指光伏項目在建設(shè)和運營過程,可能面臨技術(shù)、政策、市場等多種風險,光伏系統(tǒng)本身也存在一定故障風險。

1.3 社會效益

光伏系統(tǒng)的環(huán)保性能和碳排放量:光伏系統(tǒng)的環(huán)保性能可以從其碳排放量、節(jié)能降耗等方面進行評估。

光伏系統(tǒng)對當?shù)厣鐓^(qū)和居民的影響:光伏系統(tǒng)的安裝可能對居民出行、景觀美化等方面產(chǎn)生影響。

光伏系統(tǒng)對土地資源的影響:雖然屋頂光伏項目占地面積相對較小,但建設(shè)和運行過程中仍然會對土地資源產(chǎn)生一定的影響。

光伏系統(tǒng)可持續(xù)性評估和社會責任:在評估光伏項目的可持續(xù)性時,應(yīng)關(guān)注其在經(jīng)濟、環(huán)保、社會等多個方面的綜合表現(xiàn)。

2 Fuzzy綜合評價建模及分析

具體評價時先梳理各二級指標項核心內(nèi)容、收集原始數(shù)據(jù),對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理,為序關(guān)系分析及Fuzzy評價提供數(shù)據(jù)支撐[5]。各二級指標,例如光伏組件的質(zhì)量和性能等,又可細分為若干三級指標。梳理時可將主要三級指標列出并盡可能定量處理,對無法定量處理的數(shù)據(jù)可分等級處理。

2.1 序關(guān)系法確定權(quán)重值

設(shè)各指標分項為Xi,指標Xi比Xj重要時,記為Xi?Xj。若原始指標序列為X1、X2、…、Xn,通過某參考標準或方法按重要度排序后為:

(1)

記該序列為{Xi}。設(shè)指標Xi的重要程度為ωi,且有:

(2)

式中:γi表示ωi-1比ωi重要的倍數(shù),即指標Xi-1比Xi重要γi倍。γi根據(jù)實際情況可取數(shù)為1.0～1.8的數(shù)值,其中1.0表示2個指標的重要程度相同,1.8表示指標Xi-1重要程度是Xi的1.8倍。

具體評價時,可邀請行業(yè)內(nèi)專家根據(jù)各分項對上級指標的貢獻程度進行排序,并確認γi的值。ωi可按如下公式計算。

(3)

式中:ωk-1=γkωk;k=m,m-1,…,3,2。最終可得指標權(quán)重為Wm=(ω1,ω2,…,ωm)T。

若邀請較多專家組進行序關(guān)系分析,則可對計算的權(quán)重值進行進一步修正。

若有Ns個專家給出了相同的序關(guān)系序列為:

(4)

(5)

式中:s=1,2,…,h;j=1,2,…,m。

最終求得X1的綜合計算公式如下。

(6)

其中:ks=Ns/N。

2.2 Fuzzy綜合評價計算步驟

屋頂光伏建設(shè)綜合評價包含的技術(shù)效益、經(jīng)濟效益和社會效益本身具有較強的模糊性,若定量描述,很難對其進行全面客觀的綜合評價,因而采用Fuzzy(模糊)綜合法[6],具體步驟如下。

1)確定目標評價集U,屋頂光伏建設(shè)綜合評價的目標評價集即為一級指標下的各三級指標。

2)建立模糊評價評語集V={優(yōu)秀V1,良好V2,一般V3,較差V4}。

3)確定模糊評價向量R。

4)根據(jù)權(quán)重向量W求取模糊評價集B。

B=W×R

(7)

5)對模糊評價評語集賦值后可求得綜合評價得分值G,具體計算如下。

G=W×H

(8)

其中,H=(100,80,60,40)。

3 某屋頂光伏綜合評價實例計算

以河南某屋頂光伏建設(shè)項目為例,首先收集該項目12個二級指標所涉及的原始數(shù)值,對可定量化的指標數(shù)據(jù)進行標準化處理,并確認序關(guān)系。

假設(shè)一級指標確認的序關(guān)系為X1?X2?X3(此序關(guān)系為已排序后結(jié)果),且γ2=1.1,γ3=1.2。

表1 二級指標序關(guān)系情況

據(jù)此可求得技術(shù)效益、經(jīng)濟效益和社會效益二級指標權(quán)重向量W21、W22、W23分別為:

W21=(0.322,0.225,0.248,0.205)

W22=(0.264,0.317,0.220,0.199)

W23=(0.257,0.214,0.195,0.334)

計算技術(shù)效益評價矩陣后,可求得技術(shù)效益的模糊評價矩陣為:

B21=W21×R21=(0.69,0.17,0.11,0.03)

技術(shù)效益的綜合評分為:91.12。

可求得經(jīng)濟效益的模糊評價矩陣為:

B22=W22×R22=(0.59,0.26,0.13,0.02)

經(jīng)濟效益的綜合評分為:88.45。

社會效益的模糊評價矩陣為:

B23=W23×R23=(0.70,0.16,0.10,0.04)

社會效益的綜合評分為:90.64。

可構(gòu)造中間矩陣R1:

進而求得綜合模糊評價結(jié)果:

可求得該屋頂光伏項目最終綜合評分結(jié)果為:89.72。

4 模糊綜合評價結(jié)果分析

綜合評價計算結(jié)果定量給出了綜合評價分值,由一級、二級指標綜合評分結(jié)果,該屋頂光伏建設(shè)總體評價、技術(shù)效益、經(jīng)濟效益和社會效益評價結(jié)果均在良好以上。模糊結(jié)果中最大值為0.66,可知該屋頂光伏建設(shè)綜合評價結(jié)果為優(yōu)秀。

由二級指標模糊評價結(jié)果可知,經(jīng)濟效益相對偏低,為了查找該項指標偏低的理論原因,可結(jié)合經(jīng)濟效益評價矩陣和Fuzzy綜合評價結(jié)果進一步分析經(jīng)濟效益評價指標情況。分析經(jīng)濟效益二級評價指標中光伏系統(tǒng)的風險評估和應(yīng)對策略的情況,由定量評價的具體計算結(jié)果可知,其評價向量為(0.10,0.35,0.55,0.00),根據(jù)最大隸屬度原則,該二級指標項評價結(jié)果僅為一般。

為了驗證搭建的評價模型和計算方法的準確性,對該屋頂光伏的各評價項內(nèi)容進行了現(xiàn)場調(diào)研分析,調(diào)查發(fā)現(xiàn),光伏電站目前整體運行良好,并未出現(xiàn)任務(wù)預(yù)警風險。進一步分析光伏系統(tǒng)的風險評估和應(yīng)對策略指標項,并和該屋頂光伏用戶的具體情況進行比對可知,該光伏項目在建設(shè)和運營過程中,對可能面臨的諸多風險,例如電費電價政策、新能源發(fā)電上網(wǎng)政策和建設(shè)過程中的安全性等都缺乏有效的評估。深入調(diào)查后發(fā)現(xiàn)該光伏系統(tǒng)本身存在的故障風險,應(yīng)對策略也缺乏相應(yīng)的具體措施。通過對比分析發(fā)現(xiàn),該項最低指標評分與該屋頂光伏的實際情況相符,評價后已將結(jié)果反饋給該屋頂光伏項目,隨后將對其與風險評估和應(yīng)對策略相關(guān)的內(nèi)容進行完善、優(yōu)化,以提升整體評價結(jié)果。

需要說明的是,本實例所建立的雙層評價系統(tǒng)和評價結(jié)果對該項目適用,推廣到其他屋頂光伏項目時可根據(jù)實際情況對評價系統(tǒng)進行調(diào)整,采用的評價方法仍舊適用。

5 結(jié)束語

屋頂光伏是光伏發(fā)電的重要形式,傳統(tǒng)屋頂光伏建設(shè)評價僅考慮某方面因素,其評價缺乏靈活性、動態(tài)性和全面性。本文以某新建屋頂光伏項目為例,采用序關(guān)系分析法和Fuzzy法進行評價,詳細闡述了評價方法、評價過程和最終結(jié)果;結(jié)合屋頂光伏建設(shè)實際情況,驗證了評價系統(tǒng)和方法的正確性,為屋頂光伏建設(shè)的綜合評價提供了重要參考和方法借鑒。

結(jié)合分析過程和結(jié)果,有2個建議:一是屋頂光伏建設(shè)實施前應(yīng)進行合理的風險評估,特別是農(nóng)村用戶,更應(yīng)為其建立風險評估和應(yīng)對策略;二是隨著光伏發(fā)電上網(wǎng)電價補貼的降低或取消,屋頂光伏建設(shè)的經(jīng)濟性分析應(yīng)放在更為重要的位置,使其更易推廣應(yīng)用。