CN105894390A - 一种基于层次分析法的槽式太阳能热发电站的微观选址方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于层次分析法的槽式太阳能热发电站的微观选址方法，属地理信息系统和光热工程技术领域。该方法步骤如下：首先，根据槽式太阳能热发电的技术要求以及槽式太阳能热发电厂运营的条件，构建影响槽式太阳能热发电微观选址的指标体系；其次，运用层次分析法结合实际数据，对影响槽式太阳能热发电微观选址的各个指标的权重进行定性和定量分析，并得出具体权重。本发明方法不仅能够快速完成槽式太阳能热发电站的初步选址，为槽式太阳能热发电站工程设计提供依据，降低了槽式太阳能热发电站成本，提高了建设速度，而且能为全球地理位置进行槽式太阳能热电站建站潜能进行分析和评价，实现太阳能资源更精细的评估。

Description

一种基于层次分析法的槽式太阳能热发电站的微观选址方法

技术领域：

本发明涉及一种基于层次分析法的槽式太阳能热发电站的微观选址方法，属于地理信息系统和光热工程技术领域。

背景技术：

随着槽式太阳能热发电利用在世界的广泛开展，槽式太阳能热发电技术已经日趋成熟，槽式太阳能热发电技术推广应用也在我国开展进行，槽式太阳能热发电站微观选址工作作为槽式太阳能热发电站建设的先决条件，微观选址的优劣将直接影响我国槽式太阳能热发电试验示范电站的经济投入、运营等状况。如何科学有效的进行槽式太阳能热发电站的微观选址是当前急需解决的首要问题，是未来我国发展槽式太阳能热发电的基础。

槽式太阳能热发电在我国能否得到有效的发展，能否把将在我国建设的第一座槽式太阳能热发电站作为首座典型的示范电厂，较为准确的从中获得槽式太阳能热发电厂在我国运行的经济、技术及适应情况，合理准确的选择槽式太阳能热发电站的站址将至关重要，槽式太阳能热发电站的科学选址将有助于未来槽式太阳能热发电技术在我国的大规模推广应用。目前国内还未有相应的微观选址方法及标准指导槽式太阳能热发电站的微观选址。

根据槽式太阳能热发电站的技术要求及运行条件，确定槽式太阳能热发电站微观选址综合评估的指标体系。并利用科学手段，结合实例对槽式太阳能热发电微观选址评估系统的指标体系进行分析，确定各个指标体系在整体评估中的权重，得出相应的函数关系，为槽式太阳能热发电厂微观选址工作提供有效的依据。

发明内容

本发明的目的就是提供一种槽式太阳能热发电站的微观选址方法，通过该方法可以优化槽式太阳能热发电站的地址，为槽式太阳能热发电站建设微观选址提供了理论基础。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：

1)为了确保微观选址评价指标体系建立的科学性、正确性，设定指标体系的基本原则；

2)遵循建立评价指标体系的原则，建立了槽式太阳能电站微观选址评估指标体系；

3)根据层次分析法基本原理，对槽式太阳能热发电厂的微观选址总体情况建立层次结构；

4)构建综合评估成对比较矩阵，确定指标权重和槽式太阳能微观选址评估指标函数关系，为槽式太阳能热发电站建设微观选址提供了理论基础。

步骤1)所述的指标体系的基本原则如下：

(1)可测量性。用于微观选址量化评估的效能指标应在评估系统本身性能的各个方面中选取，但一个重要的前提就是能够对其进行定量处理，定量值能够通过数学计算、经验统计等方法得到，能给出具体数值或按大小排序。

(2)完备性。指标体系应能全面地反映微观选址系统的主要方面，特别是系统的关键性能指标更应选准、选全。只有这样，才能对微观选址评估系统的综合信息系统有一个合理、客观、全面的评估。

(3)独立性。在确立微观选址指标体系的过程中，一个重要的问题就是要使所选取的指标在整个体系中相互独立，不能相互包含。坚持独立性原则，并不排除所选取的指标项之间可能存在相关性。

(4)客观性。所选的微观选址的指标应能客观的反映综合信息系统内部状态的变化，逼真的把所研究的问题同系统有关的不确定性联系起来，不应因实施评估人员不同而有所差异。

(5)一致性。微观选址评估系统指标体系的确立应与评估目的保持一致，微观选址的评估指标要面向任务，所选取的微观选址评估系统指标与微观选址所要担负的任务密切相关。

步骤3)中的层次分析法基本步骤如下：

1、将决策问题分解为三个层次，最上层为总目标层；最下层为方案层，根据提供的不同方案进行选择；中间层为准则层，既影响目标的主要因素。

2、通过相互比较确定各准则对于目标的权重，各方案对于每个准则的权重。注意，这些权重在通常人的思维过程中一般是定性的，但在层次分析中则要给出权重的定量描述方法。

3、将方案层对准则层的权重及准则层对目标层的权重进行综合，最终确定方案层对目标层的权重，从而给出最终的结果。

步骤4)所述的构建综合评估成对比较矩阵方法如下：

每一个具有向下隶属关系的元素(被称作准则)作为判断矩阵的第一个元素(位于左上角)，隶属于它的各个元素依次排列在其后的第一行和第一列。针对判断矩阵的准则，其中两个元素两两比较哪个重要，重要多少，对重要性程度按采用1-9比例标度对重要性程度赋值，重要性标度值见表1。

表1重要性标度含义表

设填写后的判断矩阵为A＝(a_ij)_{n × n}，判断矩阵具有如下性质：

(1)a_ij＞0

(2)a_ji＝1/a_ji

(3)a_ii＝1

确定指标权重，计算随机一致性指标CR。一般而言CR愈小，判断矩阵的一致性愈好，通常认为CR＜0.1时，判断矩阵满足一致性检验；否则，应对判断矩阵进行适当调整。针对槽式太阳能热发电站微观选址评估指标，通过步骤3、4，得到各指标权重系数，同时，通过了一致性检验(CR＜0.1)。

本发明提供了一种槽式太阳能热发电站的微观选址方法，该方法用层次分析理论构建了槽式太阳能热发电站微观选址的递阶层次结构模型，并结合实际统计数据，利用1-9比例标度法构建相应的判断矩阵，经过理论分析计算，得到影响槽式太阳能热发电站微观选址各个指标的权重系数及相应的函数关系，为槽式太阳能热发电站建设微观选址提供了理论基础。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种槽式太阳能热发电站的微观选址方法的整体流程示意图；以及

图2为本发明实施例提供的对槽式太阳能热发电厂的微观选址总体情况建立层次结构的流程示意图；以及

图3为本发明实施例提供的槽式太阳能电站微观选址评估指标体系结构图。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施里仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种基于层次分析法的槽式太阳能热发电站的微观选址方法，具体包括如下步骤：

步骤101：为了确保微观选址评价指标体系建立的科学性、正确性，设定指标体系的基本原则；

具体而言，设定指标体系需遵循如下原则：(1)可测量性。用于微观选址量化评估的效能指标应在评估系统本身性能的各个方面中选取，但一个重要的前提就是能够对其进行定量处理，定量值能够通过数学计算、经验统计等方法得到，能给出具体数值或按大小排序。(2)完备性。指标体系应能全面地反映微观选址系统的主要方面，特别是系统的关键性能指标更应选准、选全。只有这样，才能对微观选址评估系统的综合信息系统有一个合理、客观、全面的评估。(3)独立性。在确立微观选址指标体系的过程中， 一个重要的问题就是要使所选取的指标在整个体系中相互独立，不能相互包含。坚持独立性原则，并不排除所选取的指标项之间可能存在相关性。(4)客观性。所选的微观选址的指标应能客观的反映综合信息系统内部状态的变化，逼真的把所研究的问题同系统有关的不确定性联系起来，不应因实施评估人员不同而有所差异。(5)一致性。微观选址评估系统指标体系的确立应与评估目的保持一致，微观选址的评估指标要面向任务，所选取的微观选址评估系统指标与微观选址所要担负的任务密切相关。

步骤102：遵循建立评价指标体系的原则，建立了槽式太阳能电站微观选址评估指标体系；

具体而言，根据槽式太阳能热发电的基本原理及工作方式，综合考虑太阳直接辐射辐射强度、站址地形地貌、电网接入、供水条件、燃料供应、交通运输条件等因素；首先选择太阳能丰富地区，然后考虑交通、运输、环境、距离入网变电站的远近、电网负荷中心和线路等，选择有利条件、回避不利因素来选择站址位置。

根据以上目的遵循建立评价指标体系的原则，建立了如图3所示的槽式太阳能电站微观选址评估指标体系结构图。

1、太阳能辐射

太阳光到达地球的辐射分为散射辐射和通过大气层没有被折射或散射的直接辐射。对于槽式太阳热发电，只有太阳直接辐射能够被收集和利用，槽式太阳能热发电站的发电量与当地的太阳直接辐射密切相关，所以太阳直接辐射强度是槽式太阳能热发电站微观选址重要指标。

2、土地资源

槽式太阳能热发电系统的基本原理主要是利用大面积的槽式太阳能集热场收集太阳能直辐射产生的热量，进行换热驱动汽轮机组进行发电，所以电站的规模、发电量的多少都依靠集热场规模的大小。综合考虑电站的总体布置以及集热场规模大小，一般而言，除了考虑槽式太阳能热发电站的占地面积而外，还要考虑地形要平整程度，通常整体坡度一般小于1‰；周围地形、特殊建筑物，无遮挡太阳光的问题。在考虑占地面积时，要重点以荒漠或沙漠化土地资源为主，而不予考虑耕地、草原的有效面积。

3、水资源

槽式太阳能热发电站前端依靠太阳能提供热量，后端需要汽轮机组进行发电，汽轮机发电部分的冷却塔会产生相当数量的水蒸汽，消耗大量水。还有一部分是用于清洗槽式聚光镜面要消耗一定量的水。总的来看，至少要有足够的水资源，才能保证槽式太阳能热发电站的正常运行。

4、辅助燃料

槽式太阳能热发电站的导热系统含有导热油，为了防止导热油在低温情况下凝结，设有导热油防凝装置和启动锅炉房燃用燃料，燃料燃烧产生的热能主要用于加热导热油，防止停止运行期间导热油低温凝结；其次用于生产区冬季采暖用蒸汽；用于生产机组启动时的给水除氧和轴封用汽。除此之外，如果为了实现槽式太阳能热电站不受太阳辐射间歇影响而能够持续发电，需要更多的辅助燃料用以驱动汽轮机发电。

5、电网条件

槽式太阳能热发电的发展规模与火力发电相比还比较小，从接入系统的电压等级方面考虑，槽式太阳能电站以大于等于220kV电压等级接入系统，可以满足需求，所以在槽式太阳能电站微观选址时以大于等于220kV电压等级接入系统考虑，以槽式太阳能发电站距离上述电压等级的变电站的距离为衡量指标来考虑电网的条件。

6、交通条件

槽式太阳能热发电站的建设需要大量设备的运输，要保证电站的施工建设，良好的交通条件是保障，所以，这里以槽式太阳能热发电站距离主干道路的距离为衡量指标，对交通运输条件进行比较。

步骤103：根据层次分析法基本原理，对槽式太阳能热发电厂的微观选址总体情况建立层次结构；

具体而言，层次分析法包括以下几个步骤：步骤103a，将决策问题分解为三个层次，最上层为总目标层；最下层为方案层，根据提供的不同方案进行选择；中间层为准则层，既影响目标的主要因素；步骤103b，通过相互比较确定各准则对于目标的权重，各方案对于每个准则的权重。注意，这些权重在通常人的思维过程中一般是定性的，但在层次分析中则要给出权重的定量描述方法；步骤103c，将方案层对准则层的权重及准则层对目标层的权重进行综合，最终确定方案层对目标层的权重，从而给出最终的结果。

由于层次分析法需要分层处理不同变量之间的相互关系，所以针对槽式太阳能热发电站微观选址的指标体系要求，利用九个地点的实际调查数据作为样本，根据层次分析基本原理，采用1-9比例标度对重要性程度赋值，对槽式太阳能热发电厂的微观选址总体情况建立层次结构。

步骤104：构建综合评估成对比较矩阵，确定指标权重和槽式太阳能微观选址评估指标函数关系，为槽式太阳能热发电站建设微观选址提供了理论基础。

形成判断矩阵的过程也是数据量化的过程，既通过一定的标度体系，将各种原始数据转换为可直接比较的规范化格式的过程。在统计的原始数据定量描述由于量纲和数量级的不统一，无法比较，所以可以通过对定量的数据根据一系列的标度，进行比较打分，层次分析法常用的标度法是1-9标度法。所以这里采用1-9标度法进行构造判断矩阵，构造判断矩阵的方法是：每一个具有向下隶属关系的元素(被称作准则)作为判断矩阵的第一个元素(位于左上角)，隶属于它的各个元素依次排列在其后的第一行和第一列。针对判断矩阵的准则，其中两个元素两两比较哪个重要，重要多少，对重要性程度按采用1-9比例标度对重要性程度赋值，重要性标度值见表2：

表2重要性标度含义表

设填写后的判断矩阵为A＝(a_ij)_{n × n}，判断矩阵具有如下性质：

(1)a_ij＞0

(2)a_ji＝1/a_ji

(3)a_ii＝1

对于目标层而言，根据国内外专家对六类指标的打分比较，得到准则层(B)对于目标层(A)的判断矩阵表3，其中A代表目标，B1-B6分别代表电网条件、太阳能资源、交通、水、土地、辅助燃料。

方案层对准则层的判断矩阵可以根据9个地点的实际数据统计按照9标度法进行标注确定判断矩阵。这里仅列出方案层对准则层(太阳能)的判断矩阵示例，除此而外，还有方案层对准则层中土地资源的沙漠、沙地、草原的三个判断矩阵；方案层对准则层中水资源的地表水、地下水两个判断矩阵；方案层对准则层中电网条件的电网容量、电网等级的两个判断矩阵；方案层对准则层中交通条件准则中的等级公路准则、普通公路准则的两个判断矩阵；方案层对准则层中辅助燃料准则中天然气准则、煤准则两个判断矩阵，以及准则层中各个子准则之间的五个比较判断矩阵，包括目标层、准则层、方案层共计有十八个判断矩阵，这里不依依列出。

表3准则层对目标层的判断矩阵

表4方案层对准则层的判断矩阵(太阳能)

确定指标权重，计算随机一致性指标CR。一般而言CR愈小，判断矩阵的一致性愈好，通常认为CR＜0.1时，判断矩阵满足一致性检验；否则，应对判断矩阵进行适当调整。针对槽式太阳能热发电站微观选址评估指标，通过步骤3、4，得到各指标权重系数，同时，通过了一致性检验(CR＜0.1)。

根据上述分析所得到的影响槽式太阳能热发电站微观选址的指标权重，建立函数关系，方程代表了槽式太阳能热发电微观选址总体评估的定量描述。在具体评估时，其中电网容量和电网等级权重相同，所以都需要考虑，在交通方面，按照不同的公路进行核算，而水资源、土地资源及辅助燃料则按照条件优先原则，即水资源优先考虑地表水，土地资源优先考虑沙漠、沙地，辅助燃料则优先考虑天然气资源，这样在进行总体描述得时候要将各个指标值进行标准化处理后方可输入方程。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于层次分析法的槽式太阳能热发电站的微观选址方法，其特征在于该方法包括：

为了确保微观选址评价指标体系建立的科学性、正确性，设定指标体系的基本原则；

遵循建立评价指标体系的原则，建立了槽式太阳能电站微观选址评估指标体系；

根据层次分析法的基本原理，对槽式太阳能热发电厂的微观选址总体情况建立层次结构；

构建综合评估成对比较矩阵，确定指标权重和槽式太阳能微观选址评估指标函数关系，为槽式太阳能热发电站建设微观选址提供了理论基础。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的设定指标体系需遵循的基本原则包括：

可测量性，用于微观选址量化评估的效能指标应在评估系统本身性能的各个方面中选取，但一个重要的前提就是能够对其进行定量处理，定量值能够通过数学计算、经验统计等方法得到，能给出具体数值或按大小排序；

完备性，指标体系应能全面地反映微观选址系统的主要方面，特别是系统的关键性能指标更应选准、选全。只有这样，才能对微观选址评估系统的综合信息系统有一个合理、客观、全面的评估；

独立性，在确立微观选址指标体系的过程中，一个重要的问题就是要使所选取的指标在整个体系中相互独立，不能相互包含。坚持独立性原则，并不排除所选取的指标项之间可能存在相关性；

客观性，所选的微观选址的指标应能客观的反映综合信息系统内部状态的变化，逼真的把所研究的问题同系统有关的不确定性联系起来，不应因实施评估人员不同而有所差异；

一致性，微观选址评估系统指标体系的确立应与评估目的保持一致，微观选址的评估指标要面向任务，所选取的微观选址评估系统指标与微观选址所要担负的任务密切相关。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据层次分析法包括如下构建步骤：

将决策问题分解为三个层次，最上层为总目标层；最下层为方案层，根据提供的不同方案进行选择；中间层为准则层，既影响目标的主要因素；

通过相互比较确定各准则对于目标的权重，各方案对于每个准则的权重。注意，这些权重在通常人的思维过程中一般是定性的，但在层次分析中则要给出权重的定量描述方法；

将方案层对准则层的权重及准则层对目标层的权重进行综合，最终确定方案层对目标层的权重，从而给出最终的结果。