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3 综合能源系统效益评价模型
3.1 综合能源系统效益评价指标体系
现阶段,关于综合能源系统效益评价的研究还相对较少[47-48]。在已有的研究中,文献[49-50]对CCHP系统、燃气轮机系统等进行效益评价,并分别选取系统投资费等、一次能源消耗量等、NOx等作为评估综合能源系统的经济、能耗、环境效益的评价指标。该文构建的能源综合效益评价指标体系涵盖了综合能源系统能够带来的经济、社会、环境效益等3个方面的效益情况,但二级指标设置较少,尚不能全面、深入地反映综合能源系统能够带了的效益情况。文献[51]分别从能源环节、装置环节、配网环节和用户环节建立了区域综合能源系统效益评价指标体系,并将反映经济效益、社会效益、环境效益等指标融入各环节中,具体评价指标如表2所示。
该文考虑了区域综合能源系统内部能源之间的耦合关系,且能够比较全面的反映综合能源系统带来的经济、环境和社会效益,但是该指标体系选取指标的颗粒度还不够细,涵盖的效益指标还不够
表2 考虑各项环节的综合能源系统评价指标体系
Tab. 2 Evaluation index system of integrated energy system considering each step
全面,如并未考虑天然气管网、热力管网等的负载率,也未将投资收益等经济性指标考虑在内,仍有待进一步的丰富和完善。
此外,文献[52]将评价指标分为外部性指标和内部性指标,外部性指标主要从环境外部性指标(包括供电电压合格率、供电频率合格率等)、社会外部性指标(包括单位投资的就业人数、用电收入/支出的变化等)、经济外部性指标(包括电压分布改善、线路损失降低等)和能耗效率指标(包括物理—热量、经济—热量等)4个方面进行划分;内部性指标主要根据财务指标(包括净现值、内部收益率等)的标准选择。但该文献所提指标体系的问题在于较多的选取了综合能源系统中与电力相关的指标,对天然气、热力、冷等其他能源相关效益指标考虑不足。
相较于国内考虑的各环节、各类型效益指标,国外对综合能源系统的效益评价大多沿用传统的评价指标,即以综合能源系统的技术经济指标(投资及运行成本、净现值NPV、内部收益率IRR、投资回收期PP等)、气体减排指标(CO2、SO2、NOX排放量)和化石能源消耗量等指标衡量综合能源系统的投资价值和环保效益[53],简洁明了且操作性强。文献[54]以电-热耦合利用的CHP热电联产系统为研究对象,采用技术经济评价方法,构建了相对完整的投资效益评价指标体系,提出了各评价指标的计算公式、表征含义和应用局限性。
从现有的研究成果来看,国内外已对综合能源系统效益评价指标体系展开研究,但能够应用于实际工程评价的综合能源效益评价指标体系及其评价标准尚未完全建立。
3.2 综合能源系统效益评价方法
在综合效益评价方法设计方面,国内外常用的综合评价方法包括灰色关联TOPSIS法、AHP法、熵权法、神经网络算法、支持向量机算法以及其他智能优化算法等[55-56]。
文献[49]采用AHP-熵权法对综合能源系统的综合效益展开评价,即在主观(ωj1ωj1表示AHP确定的指标权重值)与客观(ωj2ωj2表示熵权法确定的指标权重值)赋权后引入熵值(HjHj表示指标熵值),对AHP法进行修正,确定组合权重,构建了多属性综合决策的综合能源系统效益评价模型,进行综合能源系统效益评估与方案排序。
将概率分析法引入综合能源系统效益评价是近年来国外相关领域的研究热点,概率分析法通过将定量分析与定性分析相结合的赋权方式对评价指标的权重系数进行确定,能够使评价结果更加客观地反映用户需求、市场价格和可再生能源出力等不确定性因素对综合能源系统效益带来的风险和影响[53]。文献[57]统筹考虑用户需求和市场价格的不确定性,采用基于蒙特卡洛模拟的方法来测算含热电联产、蓄热装置和需求响应资源的综合能源系统的净现值期望,以评价不同投资方案下所能够取得的收益。文献[58]提出了一种面向综合能源系统的均值—方差投资组合评价法,以项目的平均收益及其方差为主要指标对综合能源系统的预期投资效益进行评价,并以一个含可再生能源、热、氢气的综合能源系统为算例系统进行评价,具备一定的参考价值。
同时,国内已有研究对综合能源系统综合效益的概率评价方法进行了一定的探索。文献[59]建立了基于正态分布区间数的权重信息不完全的综合效益评价模型,以处理综合能源系统效益评价中指标的确定性及不确定性问题。该评价模型首先将区间数属性矩阵转化为正态分布区间数属性矩阵,并通过Lagrange函数求解该模型,在此基础上,根据最优属性权重处理属性矩阵R=(βij)m×nR=(βij)m×n,求出第i个评价指标综合属性值,并基于期望-方差准则对综合能源系统的综合效益进行评价。但文献所提评价方法的计算过程比较繁琐,评价结果依赖于指标区间数的上限和下限的范围,不同的取值可能会导致评价结果不够理想。
上述文献虽对综合能源系统建立了不同的效益评价模型,但目前已有研究中的综合评价方法尚停留于理论层面,支撑具体案例落地的实用性尚难以验证。
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