CN102682218A - 一种工业用户电力能效评估方法 - Google Patents

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Abstract

一种工业用户电力能效评估方法,包括如下步骤:从技术、经济、管理层面建立适用于工业用户的三级电力能效评估指标,然后运用层次分析法确定能效指标中一级、二级指标的权重系数,运用熵权法确定能效指标中三级指标的权重系数,最后根据三级指标的权重系数构建综合赋权的电力能效评估模型。本发明克服了单一赋权法的不足,保证评价模型的科学性和可靠性,为工业用户开展电力能效诊断分析、节能潜力分析和节能改造提供指导。

Description

一种工业用户电力能效评估方法
技术领域
本发明涉及一种工业用户电力能效评估方法,属于能源技术、电气工程领域。
背景技术
工业用户尤其是高耗能企业的用能评估是实现节能目标的工作重点,是节能技术发展和创新的主要需求来源和应用载体。目前很多企业没有一套科学、合理的能效评估制度和方法,对能源的具体使用情况及其产生的效益缺乏准确的认识,造成了能源在生产过程中的流失和浪费现象,影响了产品成本的估算和企业能耗的有效控制。
工业用户的电力能效测试与评估工作进展缓慢,尚未有成熟的评估方法得到推广应用。即使部分节能服务公司有能力开展能效评估工作,但社会上大部分能效评估工作仅针对单台用能设备开展,而对于用能系统的能效测试与综合评估工作开展较少。在系统能效监测和管理,优化能源管理模式方面,国内仍缺乏有效的技术手段。一些高能耗企业通过管理技术手段在一定程度上实现了节能降耗,但仍面临着包括缺乏有效的评估方法和评估指标体系等问题。
评估模型的建立最重要的是对各项评估指标的权重分配。目前,权重的确定方法主要有主观赋权法和客观赋权法两种。主观赋权法是一种定性分析方法,它基于决策者主观偏好或经验给出指标权重,如层次分析法、最小平方法、专家咨询法等。主观赋权法体现了决策者的经验判断,完全依靠专家的意见来确定评价指标的重要性次序并确定权重。其缺点是权重的确定与评价指标的数字特征无关,无法显示评价指标的重要程度随时间的渐变性。客观赋权法主要原理是根据原始数据之间的关系通过一定的数学方法来确定权重,是一种定量分析方法。常用的客观赋权法有主成分分析法、熵权法、相关系数法等。客观赋权法能够有效地传递评价指标的数据信息与差别,但是仅仅以数据说话,有时会出现权重系数不合理的现象。
发明内容
本发明的目的在于针对目前能效评估方法和评估指标赋权的局限性,建立一种适用于工业用户的电力能效评估指标,并对评价指标进行综合赋权,克服单一赋权法的不足,保证评价模型的科学性和可靠性。
本发明通过以下技术方案实现上述目的:一种工业用户电力能效评估方法,首先从技术、经济、管理层面建立适用于工业用户的三级电力能效评估指标,然后运用层次分析法确定能效指标中一级、二级指标的权重系数,运用熵权法确定能效指标中三级指标的权重系数,最后根据三级指标的权重系数构建综合赋权的电力能效评估模型,具体步骤如下:
(1)从技术、经济、管理层面建立一种适用于工业用户的电力能效综合评估三级指标体系,其中一级指标包括电力能耗技术指标、电力能耗经济指标和管理指标,电力能耗技术指标包括变压器及电力配送、电能质量的企业供配电及电能质量系列技术指标,以及电能—机械设备、电能—热能设备、电能—化学能设备、电能—光能设备、供电测量及自动监控系统的企业主要用电设备技术指标;电力能耗经济指标包括单位产品电力能耗、单位产值能耗、企业电耗总量及节电量;管理指标包括管理机构及管理人员、规章制度与日常管理、节能规划。
(2)构建综合赋权的电力能效评估模型,通过层次分析法确定能效指标体系中一级、二级指标的权重系数,运用熵权法确定能效指标体系中三级指标的权重系数,设一级指标的权向量为P=(p1,p2,…,pm),并已知其第i 项一级指标中二级指标的权向量Qi =(qi1,qi2,…,qin),第i j项二级指标中三级指标的权向量Wij =(wij1,wij2,…,wijs),则用户综合能效评估值为:
Figure BDA0000164952541
其中,m—— 一级指标的个数;
n—— 二级指标的个数;
s—— 三级指标的个数;
pi——第i个一级指标评估的权重系数;
qij——第i个一级指标中第j个二级指标评估的权重系数;
wijt——第i个一级指标中第j个二级指标下第t个三级指标评估的权重系数;xijt——第i个一级指标中第j个二级指标经过类型一致化后的具体数据值。
所述运用层次分析法确定能效指标中一级、二级指标的权重系数,是先确定评价指标xk的序关系,然后对评价指标的相对重要性程度之比rk赋值,并计算评价指标权重系数vk,最后计算一级、二级评价指标的专家综合权重v。
所述运用熵权法确定能效指标中三级指标的权重系数,是先计算三级指标j在第i个系统的特征比重tij,然后计算指标j的熵值以及差异性系数,最后确定每个三级指标的权重系数。
能效评估指标中的三级指标根据具体数据进行预处理,通过与国家规定的行业标准或行业先进水平对比并进行指标数据的类型一致化处理。
本发明的突出优点在于:
通过建立一种适用于工业用户的电力能效评估指标,并对评价指标进行综合赋权,能够克服单一赋权法的不足,保证评价模型的科学性和可靠性。
附图说明
图1为本发明所建立的三级电力能效评估指标。
图2为本发明所述的基于综合赋权的工业用户电力能效评估方法的评估流程。
图3为本发明所述的基于层次分析法的一级、二级指标赋权流程图。
图4为本发明所述的基于熵权法的三级指标赋权流程图。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
(一)基于层次分析法的一级、二级指标赋权
本发明中层次分析法赋权过程和步骤如下:
第一步:确定序关系,若工业电力用户能效评估指标体系中某一评价指标xi相对某评价准则或目标的重要程度不劣于xj,则记为xi>xj。若评价指标x1,x2 ,…,xm 相对于某评价准则或目标具有关系式x1>x2>…>xm时,则称评价指标之间按“>”确定了对应的序关系。对于评价指标集X={x1,x2,…,xm},可按下述步骤建立序关系:指标集中选出m个指标中最重要或最不重要的一个指标,标记为x(i=1,2……m);余下的m-1个指标中选出最重要或最不重要的一个指标,标记为xj;在余下的m-(k-1)个指标中选出最重要或最不重要的一个指标,标记为xn;将余下的一个指标标记为xk。这样,即可确定一个惟一的序关系。
第二步:设专家关于评价指标xk-1与xk的相对重要性程度之比vk-1/vk的理性判断可以用rk来表示,rk=vk-1/vk,其中vk代表指标集X中第k 项评价指标对应的权重。
rk的赋值详见表1。
表1 rk赋值参考表
Figure BDA0000164952542
第三步:权重系数vk的计算,若专家对rk的赋值满足表1,则
v m = ( 1 + Σ k = 2 m Π i = k m r i ) - 1 - - - ( 2 )
v m - 1 = r k v k - - - ( 3 )
k=m,m-1,….3,2
第四步:专家权重计算,选择专家也是权重计算的关键问题之一,当同时聘请L 位专家对同一目标进行评估时,由于每位专家均可确定一组序关系,则存在2种可能:L个序关系不一致的情况和L序关系一致的情况。
设L位专家中有L1 (1≤L1≤L)位专家给出的序关系一致,且关于ri的赋值记为rih,h=1,2,…,L1。则
r i = 1 L 1 Σ h = 1 L 1 r ih - - - ( 4 )
将式(4)代入式(2),(1)中,即可计算出L1位专家确定的权重系数。此后,继续从L-L1位专家中查找有无一致的序关系,若有则继续计算权重,直至剩余的Le位专家所确定的序关系均不一致。对于最后Le个不相同的序关系,计算出L位专家中每位专家确定的权重,并取其算术平均值
Figure BDA0000164952548
作为Le位专家的综合结果。最终L位专家所确定的权重系数按如下方式确定:
v = c 1 v i ( 1 ) + c 2 v i ( 2 ) + . . . + c i v i ( e ) - - - ( 5 )
式(5)中ci=Li/L表示确定某一权重的专家人数占专家总人数的比重。
本发明的电力能效综合评估中,利用层次分析法对技术、经济和管理3项一级评价指标进行赋权,再分别对每一项一级指标对应的二级指标进行分别赋权,计算出一级、二级评估指标的各项权值。
(二) 基于熵权法的三级指标赋权
熵权法是一种根据各项指标观测值所提供的信息量的大小来确定指标权重的方法。其基本思想是:若某项指标熵值较小,则说明该指标数据序列的变异程序较大,应重视该评价指标对于整个评估模型的作用,其权重也应较大。熵权法确定指标权重的步骤如下:
(1)计算第j项指标下,第i个系统的特征比重tij
t ij = x ij Σ i = 1 n x ij - - - ( 6 )
(2)计算指标 j 项的熵值
e j = - 1 ln n Σ i = 1 n t ij ln ( t ij ) - - - ( 7 )
(3)计算指标 j 的差异性系数gj
g j = 1 - e j - - - ( 8 )
(4)确定权重qj
q j = g j / Σ i = 1 n g i - - - ( 9 )
(三)基于熵权法的三级指标评估
对于每个第三级能效评价子系统,以指标数据序列为基础,同理利用熵权法确定每个三级评价指标在各个二级子系统中的权重系数。
部分能效评估体系中的三级指标需根据具体数据进行预处理,如与国家规定的行业标准或行业先进水平相比较,将这些指标数据进行类型一致化处理。
(四) 综合权重的确定
设一级指标的权向量为P=(p1,p2,…,pm),并已知其第i 项一级指标中二指标的权向量Qi=(qi1,qi2,…,qin),第i j项二级指标中三级指标的权向量Wij =(wij1,wij2,…,wijs),则工业用户电力综合能效评估模型为:
y = Σ i = 1 m p i [ Σ j = 1 n q ij ( Σ t = 1 s w ijt x ijt ) - - - ( 10 )
m——一级指标的个数;n——二级指标的个数;s——三级指标的个数;pi——第i个一级指标评估的权重系数;qij——第i个一级指标中第j个二级指标评估的权重系数;wijt——第i个一级指标中第j个二级指标下第t个三级指标评估的权重系数;xijt——第i个一级指标中第j个二级指标经过类型一致化后的具体数据值。
(五)试点用户电力能效评估
实际评估过程中,在广西区内选取三家相同类型的工业用户作为算例。选择能效评估专家和行业用户代表,利用层次分析法对3项一级指标,13项二级指标进行赋权计算。通过测量和数据采集,利用熵权法对包括变压器效率在内的66项三级指标进行赋权计算。结果如下表所示:
表2 试点工业用户电力能效评估结果
根据表2中三个用户的能效评估结果可看出,用户B的能效综合评估值最高,能耗最小。用户A、用户C综合评估值相差不大,但在技术指标得分用户A比用户C高,而管理指标得分用户C较高。用户A和用户C可根据各指标评估值情况,对比分析并查找重点耗能环节,明确节能改进方向,为提高企业能效提供技术支持。
本发明综合考虑了电力能效评估中专家知识结构和经验、指标客观信息量对评估结果的影响,克服单一赋权法的不足,保证评价模型的科学性和可靠性。实例证明,本发明方法可有效指导工业用户的电力能效评估和节能改造工作。

Claims (3)

1.一种工业用户电力能效评估方法,其特征在于,首先从技术、经济、管理层面建立适用于工业用户的三级电力能效评估指标,然后运用层次分析法确定能效指标中一级、二级指标的权重系数,运用熵权法确定能效指标中三级指标的权重系数,最后根据三级指标的权重系数构建综合赋权的电力能效评估模型,具体步骤如下:
(1)从技术、经济、管理层面建立一种适用于工业用户的电力能效综合评估三级指标体系,其中一级指标包括电力能耗技术指标、电力能耗经济指标和管理指标,电力能耗技术指标包括变压器及电力配送、电能质量的企业供配电及电能质量系列技术指标,以及电能—机械设备、电能—热能设备、电能—化学能设备、电能—光能设备、供电测量及自动监控系统的企业主要用电设备技术指标;电力能耗经济指标包括单位产品电力能耗、单位产值能耗、企业电耗总量及节电量;管理指标包括管理机构及管理人员、规章制度与日常管理、节能规划,
(2)构建综合赋权的电力能效评估模型,通过层次分析法确定能效指标体系中一级、二级指标的权重系数,运用熵权法确定能效指标体系中三级指标的权重系数,设一级指标的权向量为P=(p1,p2,…,pm),并已知其第i 项一级指标中二级指标的权向量Qi =(qi1,qi2,…,qin),第i j项二级指标中三级指标的权向量Wij =(wij1,wij2,…,wijs),则用户综合能效评估值为:
y = Σ i = 1 m p i [ Σ j = 1 n q ij ( Σ t = 1 s w ijt x ijt ) ]
其中,m—— 一级指标的个数;
n—— 二级指标的个数;
s—— 三级指标的个数;
pi——第i个一级指标评估的权重系数;
qij——第i个一级指标中第j个二级指标评估的权重系数;
wijt——第i个一级指标中第j个二级指标下第t个三级指标评估的权重系数;xijt——第i个一级指标中第j个二级指标经过类型一致化后的具体数据值。
2.根据权利要求1所述的工业用户电力能效评估方法,其特征在于,所述运用层次分析法确定能效指标中一级、二级指标的权重系数,是先确定评价指标xk的序关系,然后对评价指标的相对重要性程度之比rk赋值,并计算评价指标权重系数vk,最后计算一级、二级评价指标的专家综合权重v。
3.根据权利要求1所述的工业用户电力能效评估方法,其特征在于,所述运用熵权法确定能效指标中三级指标的权重系数,是先计算三级指标j在第i个系统的特征比重tij,然后计算指标j的熵值以及差异性系数,最后确定每个三级指标的权重系数。
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