CN104680027A - 一种面向大型油轮的节能减排综合评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于节能减排分析与评价领域，具体涉及一种面向大型油轮的节能减排综合评价方法。本发明包括：根据输入数据，计算评价指标体系中各指标值；基于层次分析法确定各级指标权重；确定评价体系的参考标准；根据计算指标值，采用模糊综合评价方法确立模糊评价矩阵，并进行综合评价计算，分析判断评价结果。本发明，基于对船舶领域节能减排发展和当前节能减排法律法规的密切结合，可以准确找出评价对象当前状态与目标水平的差距，及时发现发展中存在的不足，不仅可以科学评价当前大型油轮节能减排水平，明确发展方向，而且有利于比较各类能源新技术和发电新方式引入大型油轮后带来的节能减排效果和经济效益。

Description

一种面向大型油轮的节能减排综合评价方法

技术领域

本发明属于节能减排分析与评价领域，具体涉及一种面向大型油轮的节能减排综合评价方法。

背景技术

温室气体排放所带来的全球气候变暖已经引起国际社会的强烈关注，并对各国能源政策产生了深远影响。1998年，联合国通过了《联合国气候变化框架公约》京都议定书。然而海运需求仍可能会以每年3％的速度增加，来自海运的二氧化碳排放量将会越来越多。国际海事组织通过的《Marpol 73/78防污染公约》中对也海运航行中船舶的温室气体排放做出了规定。大型油轮作为大耗能设备，其节能减排水平的提高将对整个船舶领域起着重要影响。

在此背景下，诸如当前大型油轮节能减排存在哪些问题，哪些方面需要提高，未来各类能源新技术和发电新方式引入后优劣如何等问题，都需要依靠相应的评价系统来作出回答。

层次分析法(AHP)可得出被评价对象的有限次序或素质评估的权重，而模糊综合评价法(FCE)通过运用模糊数学和模糊统计的方法，能对影响某个事物的各因素加以综合考虑，进而给出科学的优劣评价。将二者进行结合，能更好的综合定性和定量指标，并对非线性化领域进行量化综合。

发明内容

本发明的目的是研究评估大型油轮节能减排水平的评价体系和评价方法，提出一种适合于当前发展需要的评价系统，用于评价当前大型油轮节能减排水平，填补我国在大型油轮节能减排评估领域的技术空白的一种面向大型油轮的节能减排综合评价方法，。

本发明的目的是这样实现的：

1)根据输入数据，计算评价指标体系中各指标值；

2)基于层次分析法确定各级指标权重；

3)确定评价体系的参考标准；

4)根据计算指标值，采用模糊综合评价方法确立模糊评价矩阵，并进行综合评价计算，分析判断评价结果；

所述步骤1)中评价指标体系共分目标层、准则层和指标层，具体包括一级评价指标4项、二级评价指标14项，其中定性指标3项、定量指标11项，该指标体系的建立考虑了评价对象的特定应用领域，同时涵盖技术水平、能源消耗、污染物排放和经济效益等影响因素集，并遵循科学性、系统性、前瞻性、可操作性、导向性、全员参与、过程监控、基于事实决策、指标精简、重点突出和便于比较等原则；

所述一级评价指标包括技术特性、能源效率、污染物排放和经济效益；

所述技术特性指标包括技术成熟度、技术可靠性、发电效率和节能减排技术推广；

所述技术成熟度是指评价对象所应用发电技术在当前的发展水平，反映技术所处的发展阶段和应用普及程度，属于定性指标；

所述技术可靠性是指评价对象所应用发电技术在规定时间和条件下完成预定发电任务的可信赖程度，反映故障发生水平，属于定性指标；

所述发电效率是指发出电能占所消耗燃料能源的百分比，属于定量指标；

所述节能减排技术推广是指评价对象在除发电方式外，应用其它节能减排新技术方面的实施力度，属于定性指标，可以考虑以评价对象所应用的节能减排新技术的数量、种类和效果为评价导向；

所述能源效率指标包括单位运输周转量能耗、单位航程耗油量、单位航程耗电量；

所述单位运输周转量能耗＝往返运输耗油量/(运输原油载重量*运输航线里程)；

所述单位航程耗油量＝往返运输耗油量/运输航线里程；

所述单位航程耗电量＝往返运输累计发电量/运输航线里程；

所述污染物排放指标包括单位运输周转量CO₂排放、单位发电CO₂排放量、单位发电NO_x排放量和单位发电SO_x排放量；

所述单位运输周转量CO₂排放＝往返运输CO₂排放量/(运输原油载重量*运输航线里程)＝(往返运输耗油量*标准煤折算系数*CO₂排放系数)/(运输原油载重量*运输航线里程)；

所述单位发电CO₂排放量＝(往返运输耗油量*标准煤折算系数*CO₂排放系数)/往返运输累计发电量；

所述单位发电NO_x排放量＝(往返运输耗油量*标准煤折算系数*NO_x排放系数)/往返运输累计发电量；

所述单位发电SO_x排放量＝(往返运输耗油量*标准煤折算系数*SO_x排放系数)/往返运输累计发电量；

所述经济效益指标包括单位运输成本、维护费用投入和船员培训及日常管理投入；

所述单位运输成本＝(单位航程耗油量*燃油油价)/(运输原油载重量*原油油价/运输航线里程)*100％；

所述维护费用投入＝每年运输维护费用/(年运载次数*运输原油载重量*原油油价)*100％；

所述船员培训及日常管理投入＝每年船员培训及日常管理投入费用/(年运载次数*运输原油载重量*原油油价)*100％；

所述步骤2)中指标权重确立采用了层次分析法；首先依据指标重要性比较结果，构造判断矩阵；比较过程以德尔菲法进行，各指标根据其相对上层指标重要性进行两两比较，并依据重要程度标度参考确定具体数值；其次进行判断矩阵一致性检验，如果不满足一致性检验要求，需要通过征求专家意见予以调整；最后经过层次单排序和总排序确立各层指标权重；

所述步骤3)中设立的参考标准旨在将评价结果划分成不同的等级；所设标准需要与法律法规中制定的能源效率和污染物排放强制性规定相一致，并综合考虑基础数据资料中反映的当前整体水平；

所述步骤4)中模糊评价矩阵建立是指根据隶属度函数确立模糊评价矩阵中各元素值；通过将指标权重和对应模糊评价矩阵相乘可获得最终评价结果向量，并根据最大隶属度原则确定最终评价等级；

所述隶属度函数是指评价结果相对各评价等级的隶属程度；对于定性指标，搜集专家评分结果，以各等级下投票所占比例作为该等级隶属度；而定量指标则需要由指标计算结果，根据定量指标隶属度函数曲线进行计算；

所述评价矩阵中元素是指各指标在相应评价等级下的隶属度，例如模糊矩阵元素a₂₁表示第二个指标对于等级1的隶属度；

所述最大隶属度原则是指将评价结果向量中最大元素隶属的评价等级作为评价结果。

本发明的有益效果在于：

本发明充分考虑面向大型油轮的应用背景，建立了完善的综合评价系统，基于对船舶领域节能减排发展和当前节能减排法律法规的密切结合，可以准确找出评价对象当前状态与目标水平的差距，及时发现发展中存在的不足，不仅可以科学评价当前大型油轮节能减排水平，明确发展方向，而且有利于比较各类能源新技术和发电新方式引入大型油轮后带来的节能减排效果和经济效益。

本发明所建立的一级评价指标4项和二级指标14项，能够全面系统的反映大型油轮节能减排的发展水平，同时较少采用定性指标，有效减小了人为因素对评价结果造成的干扰和影响。采用的层次分析和模糊综合评价相结合的方法，具有科学合理、实用性强等优点，并能有效应对多目标决策和指标难以量化综合等问题。本发明对我国船舶绿色能源建设有着积极的现实意义。

附图说明

图1.本发明提出的技术方案；

图2.本发明的评价指标体系；

图3.本发明的评价指标权重确立；

图4.本发明的模糊评价矩阵确立；

图5.本发明中定量指标隶属度函数。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

一种面向大型油轮的节能减排综合评价方法，其特征在于：

1)根据输入数据，计算评价指标体系中各指标值；

2)基于层次分析法确定各级指标权重；

3)确定评价体系的参考标准；

4)根据计算指标值，采用模糊综合评价方法确立模糊评价矩阵，并进行综合评价计算，分析判断评价结果；

所述步骤1)中评价指标体系共分目标层、准则层和指标层，具体包括一级评价指标4项、二级评价指标14项，其中定性指标3项、定量指标11项。该指标体系的建立考虑了评价对象的特定应用领域，同时涵盖技术水平、能源消耗、污染物排放和经济效益等影响因素集，并遵循科学性、系统性、前瞻性、可操作性、导向性、全员参与、过程监控、基于事实决策、指标精简、重点突出和便于比较等原则；

所述一级评价指标包括技术特性、能源效率、污染物排放和经济效益；

所述技术特性指标包括技术成熟度、技术可靠性、发电效率和节能减排技术推广；

所述技术成熟度是指评价对象所应用发电技术在当前的发展水平，反映技术所处的发展阶段和应用普及程度，属于定性指标；

所述技术可靠性是指评价对象所应用发电技术在规定时间和条件下完成预定发电任务的可信赖程度，反映故障发生水平，属于定性指标；

所述发电效率是指发出电能占所消耗燃料能源的百分比，属于定量指标；

所述节能减排技术推广是指评价对象在除发电方式外，应用其它节能减排新技术方面的实施力度，属于定性指标，可以考虑以评价对象所应用的节能减排新技术的数量、种类和效果为评价导向；

所述能源效率指标包括单位运输周转量能耗、单位航程耗油量、单位航程耗电量；

所述单位运输周转量能耗＝往返运输耗油量/(运输原油载重量*运输航线里程)；

所述单位航程耗油量＝往返运输耗油量/运输航线里程；

所述单位航程耗电量＝往返运输累计发电量/运输航线里程；

所述污染物排放指标包括单位运输周转量CO₂排放、单位发电CO₂排放量、单位发电NO_x排放量和单位发电SO_x排放量；

所述单位运输周转量CO₂排放＝往返运输CO₂排放量/(运输原油载重量*运输航线里程)＝(往返运输耗油量*标准煤折算系数*CO₂排放系数)/(运输原油载重量*运输航线里程)；

所述单位发电CO₂排放量＝(往返运输耗油量*标准煤折算系数*CO₂排放系数)/往返运输累计发电量；

所述单位发电NO_x排放量＝(往返运输耗油量*标准煤折算系数*NO_x排放系数)/往返运输累计发电量；

所述单位发电SO_x排放量＝(往返运输耗油量*标准煤折算系数*SO_x排放系数)/往返运输累计发电量；

所述经济效益指标包括单位运输成本、维护费用投入和船员培训及日常管理投入；

所述单位运输成本＝(单位航程耗油量*燃油油价)/(运输原油载重量*原油油价/运输航线里程)*100％；

所述维护费用投入＝每年运输维护费用/(年运载次数*运输原油载重量*原油油价)*100％；

所述船员培训及日常管理投入＝每年船员培训及日常管理投入费用/(年运载次数*运输原油载重量*原油油价)*100％；

所述步骤2)中指标权重确立采用了层次分析法。首先依据指标重要性比较结果，构造判断矩阵。比较过程以德尔菲法进行，各指标根据其相对上层指标重要性进行两两比较，并依据重要程度标度参考确定具体数值。其次进行判断矩阵一致性检验，如果不满足一致性检验要求，需要通过征求专家意见予以调整。最后经过层次单排序和总排序确立各层指标权重。

所述步骤3)中设立的参考标准旨在将评价结果划分成不同的等级。所设标准需要与法律法规中制定的能源效率和污染物排放强制性规定相一致，并综合考虑基础数据资料中反映的当前整体水平。

所述步骤4)中模糊评价矩阵建立是指根据隶属度函数确立模糊评价矩阵中各元素值。通过将指标权重和对应模糊评价矩阵相乘可获得最终评价结果向量，并根据最大隶属度原则确定最终评价等级。

所述隶属度函数是指评价结果相对各评价等级的隶属程度。对于定性指标，搜集专家评分结果，以各等级下投票所占比例作为该等级隶属度。而定量指标则需要由指标计算结果，根据定量指标隶属度函数曲线进行计算；

所述评价矩阵中元素是指各指标在相应评价等级下的隶属度，例如模糊矩阵元素a₂₁表示第二个指标对于等级1的隶属度；

所述最大隶属度原则是指将评价结果向量中最大元素隶属的评价等级作为评价结果。

如图1所示，提供一种面向大型油轮的节能减排评价方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：输入评价对象数据，计算评价指标值；

步骤2：确定评价指标权重向量W；

步骤3：确立模糊评价矩阵R；

步骤4：计算各级评价结果；

所述步骤1中，需要计算的评价指标如图2所示，包括技术特性、能源效率、污染物排放和经济效益4个一级指标和14个二级指标，其中定性指标3个、定量指标11个。各指标含义和相应计算方法，技术方案中已经详细叙述，此处不再重复。

所述步骤2中确定评价指标权重的实施步骤如图3所示，具体包括以下步骤：

步骤2-1：输入判断矩阵

对图2所示的层次结构中各指标，根据其对上层指标的重要性进行两两比较，确立判断矩阵，矩阵中元素a_ij表示指标X_i与X_j相比的重要性，用表1中数值标识重要程度，且有a_ji＝1/a_ij；

表1判断矩阵元素标度参考

原始数据由德尔菲法得到。由15～20人左右组成的专家小组，根据各指标相对上层指标的重要性进行两两比较，以最终确定的重要程度作为判断矩阵中各元素值。对应图2中评价指标体系，共需输入5个判断矩阵，这5个判断矩阵代表专家小组的最终意见。

步骤2-2：判断矩阵一致性检验

计算一致性指标CI：λ_max为判断矩阵的最大特征值，n为判断矩阵维数；

计算一致性比率CR：其中RI为平均一致性指标，如下表2所示；

表2平均一致性指标RI

当CR<0.1时，认为符合一致性要求。而当一致性比率不能得到满足时，需要通过征求专家意见，对判断矩阵作相应调整；

步骤2-3：层次单排序

对λ_max特征值所对应的特征向量进行归一化，即得到该层指标的权重，本发明中所有一级和二级指标对应5个评价权重向量W；

步骤2-4：总排序

将各层指标的权重相乘即为组合权重，即二级指标相对于总目标的权重。

所述步骤3中构建模糊评价矩阵的实施步骤如图4所示，具体包括以下步骤：

步骤3-1：输入评价指标计算结果和评价等级

所述计算结果即为步骤1中评价对象的14个二级指标计算值。评价等级共设4级，数值越高，代表所处水平越高。

步骤3-2：设定指标评价标准

通过设定评价标准能将指标计算值分为具体的评价等级。例如发电效率指标的评价标准可以设置为：指标计算值小于27.4％时，处于等级1，指标计算值介于27.4-31.4％之间时，处于等级2，指标计算值介于31.4-33.9％之间时，处于等级3，指标计算值大于33.9％时，处于等级4。评价标准的制定需要与一些法律法规中的强制性规定一致，同时反映当前的节能减排发展整体水平。评价标准可以根据需要进行调整。

步骤3-3：计算指标隶属度

对于定性指标，需要以专家小组投票结果为依据，通过计算各等级下投票所占比例作为各指标在相应等级的隶属度。

而对定量指标来说，隶属度函数如图5，横坐标代表指标计算值，纵坐标代表对应隶属度(评价标准值V₁、V₂、V₃将该指标划分为4个等级)，例如当指标计算值介于b和c之间时，该指标在等级2和等级3均有隶属度值，当计算值距离边界b更近时，在等级2的隶属度值会更大一些。

步骤3-4：构建模糊矩阵R

各指标计算值在相应评价等级下的隶属度即为模糊矩阵元素，例如，模糊矩阵元素a₂₁表示第二个指标对于等级1的隶属度，本发明中使用的评价指标体系可计算出5个模糊矩阵R。

所述步骤4中最终评价结果B＝W^T*R。根据最大隶属度原则，结果向量的最大元素所对应的等级就是最终的综合评价结果。可以分别算出4个二级指标综合评价结果和最终的一级指标综合评价结果。

如表3和表4中确立的评价指标权重和评价标准可供步骤2和步骤3参考。

表3大型油轮节能减排评价指标权重参考

表4大型油轮节能减排定量指标评价标准参考

Claims (1)

1.一种面向大型油轮的节能减排综合评价方法，其特征在于：

1)根据输入数据，计算评价指标体系中各指标值；

2)基于层次分析法确定各级指标权重；

3)确定评价体系的参考标准；

4)根据计算指标值，采用模糊综合评价方法确立模糊评价矩阵，并进行综合评价计算，分析判断评价结果；

所述步骤1)中评价指标体系共分目标层、准则层和指标层，具体包括一级评价指标4项、二级评价指标14项，其中定性指标3项、定量指标11项，该指标体系的建立考虑了评价对象的特定应用领域，同时涵盖技术水平、能源消耗、污染物排放和经济效益等影响因素集，并遵循科学性、系统性、前瞻性、可操作性、导向性、全员参与、过程监控、基于事实决策、指标精简、重点突出和便于比较等原则；

所述一级评价指标包括技术特性、能源效率、污染物排放和经济效益；

所述技术特性指标包括技术成熟度、技术可靠性、发电效率和节能减排技术推广；

所述技术成熟度是指评价对象所应用发电技术在当前的发展水平，反映技术所处的发展阶段和应用普及程度，属于定性指标；

所述技术可靠性是指评价对象所应用发电技术在规定时间和条件下完成预定发电任务的可信赖程度，反映故障发生水平，属于定性指标；

所述发电效率是指发出电能占所消耗燃料能源的百分比，属于定量指标；

所述节能减排技术推广是指评价对象在除发电方式外，应用其它节能减排新技术方面的实施力度，属于定性指标，可以考虑以评价对象所应用的节能减排新技术的数量、种类和效果为评价导向；

所述能源效率指标包括单位运输周转量能耗、单位航程耗油量、单位航程耗电量；

所述单位运输周转量能耗＝往返运输耗油量/(运输原油载重量*运输航线里程)；

所述单位航程耗油量＝往返运输耗油量/运输航线里程；

所述单位航程耗电量＝往返运输累计发电量/运输航线里程；

所述污染物排放指标包括单位运输周转量CO₂排放、单位发电CO₂排放量、单位发电NO_x排放量和单位发电SO_x排放量；

所述单位运输周转量CO₂排放＝往返运输CO₂排放量/(运输原油载重量*运输航线里程)＝(往返运输耗油量*标准煤折算系数*CO₂排放系数)/(运输原油载重量*运输航线里程)；

所述单位发电CO₂排放量＝(往返运输耗油量*标准煤折算系数*CO₂排放系数)/往返运输累计发电量；

所述单位发电NO_x排放量＝(往返运输耗油量*标准煤折算系数*NO_x排放系数)/往返运输累计发电量；

所述单位发电SO_x排放量＝(往返运输耗油量*标准煤折算系数*SO_x排放系数)/往返运输累计发电量；

所述经济效益指标包括单位运输成本、维护费用投入和船员培训及日常管理投入；

所述单位运输成本＝(单位航程耗油量*燃油油价)/(运输原油载重量*原油油价/运输航线里程)*100％；

所述维护费用投入＝每年运输维护费用/(年运载次数*运输原油载重量*原油油价)*100％；

所述船员培训及日常管理投入＝每年船员培训及日常管理投入费用/(年运载次数*运输原油载重量*原油油价)*100％；

所述步骤2)中指标权重确立采用了层次分析法；首先依据指标重要性比较结果，构造判断矩阵；比较过程以德尔菲法进行，各指标根据其相对上层指标重要性进行两两比较，并依据重要程度标度参考确定具体数值；其次进行判断矩阵一致性检验，如果不满足一致性检验要求，需要通过征求专家意见予以调整；最后经过层次单排序和总排序确立各层指标权重；

所述步骤3)中设立的参考标准旨在将评价结果划分成不同的等级；所设标准需要与法律法规中制定的能源效率和污染物排放强制性规定相一致，并综合考虑基础数据资料中反映的当前整体水平；

所述步骤4)中模糊评价矩阵建立是指根据隶属度函数确立模糊评价矩阵中各元素值；通过将指标权重和对应模糊评价矩阵相乘可获得最终评价结果向量，并根据最大隶属度原则确定最终评价等级；

所述隶属度函数是指评价结果相对各评价等级的隶属程度；对于定性指标，搜集专家评分结果，以各等级下投票所占比例作为该等级隶属度；而定量指标则需要由指标计算结果，根据定量指标隶属度函数曲线进行计算；

所述评价矩阵中元素是指各指标在相应评价等级下的隶属度，例如模糊矩阵元素a₂₁表示第二个指标对于等级1的隶属度；

所述最大隶属度原则是指将评价结果向量中最大元素隶属的评价等级作为评价结果。