CN108197805A - 一种可用于电能替代规划指导的电能和天然气竞争力综合评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种可用于电能替代规划指导的电能和天然气竞争力综合评价方法，其特征在于包括以下步骤：首先根据电能和天然气在不同技术领域的应用特点，从经济、技术、环境三个层面建立了竞争力评价指标体系，并采用层次分析法对各个指标进行权重赋值，并划分了五个竞争力评价等级，分别针对定量指标和定性指标计算了各个指标的竞争力模糊隶属度关系矩阵，最后结合指标权重及隶属度矩阵分别计算得到电能、天然气的综合竞争力评价因子，通过评价因子的数值大小可直观的得到电能和天然气的竞争力比较结果，对电能和天然气竞争力进行综合评价的准确度高，能够为电网企业和用户开展电能替代项目规划及投资提供有益指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种竞争力综合评价方法，尤其涉及一种可用于电能替代规划指导的电能和天然气竞争力综合评价方法，属于分析评价技术领域。
背景技术
现代社会经济、技术的迅猛发展消耗了大量化石能源，也造成了严重的环境问题。随着国际能源形势及全球生态环境的进一步恶化，清洁能源的开发利用以及现有能源结构的调整问题引起了世界各国的高度重视，加快可再生能源对传统化石能源的替代成为了能源结构优化的核心措施。实际生产中，能源替代的实施路径多种多样，包括天然气、风能、太阳能、地热能、生物质能等清洁能源对煤炭、石油的替代。在现有的技术条件下，清洁能源主要是通过转化成电能从而可以大量方便地利用和输送，电能是优质、高效、清洁的二次能源，也是社会终端能源消费方式中最重要的一种能源之一。在我国，电能占终端能源消费的比重每提高1个百分点，单位GDP能耗可下降4％，可见提高电能使用率具有重要意义。近年来，国家电网公司大力支持“两个替代”工作的开展，即清洁替代、电能替代，并紧紧围绕“以电代煤、以电代油，电从远方来”的能源战略积极开展电能替代的工作，从而不断提高电能占终端能源消费的比重。
然而用户在选择是否接受电能替代时仍需要考虑电能与其他能源相比的综合效益。天然气作为广泛使用的终端能源之一在众多领域都与电能存在交叉应用，如建筑、工业、交通、农业、家居五大行业。电能、天然气存在主要竞争关系的技术领域如表1所示。目前关于电能替代的研究中，尚未有系统的比较过电能与天然气的竞争力情况，无法为决策者提供充分的指导。而电能和天然气在不同领域的应用中各有优劣势，为了引导用户更合理的选择电能替代的项目实施，需要综合考虑经济、技术、环境等因素，对电能和天然气的竞争力情况给出综合评价结果。
表1电能——天然气交叉应用领域
由于决定电能和天然气竞争力的因素众多，在进行竞争力评价时所需数据量大，使得竞争力综合评价较为困难。目前最常用的评价方法包括层次分析法和模糊综合评估法。其中，层次分析法所需数据少，可量化复杂的定性问题，但其分析结果只能得到各因素的指标权重，无法为决策者提供最终的指导结果；模糊综合评估法主要可用于解决各类不确定性问题，使事物或概念边界的不确定性得以解决，但该方法计算比较复杂，指标权重系数的确定过程具有较强的主观性。当指标数较多时，会出现隶属度偏小的情况，使得权重向量与模糊矩阵不相匹配，导致超模糊现象的产生，得到的结果分辨率较差，甚至造成评判失败。因此，本发明中拟结合层次分析法和模糊综合评估法各自的优点，提出一种综合评价方法，用以评价电能和天然气在各个技术领域的竞争力。
发明内容
本发明的目的是针对目前电能替代规划指导中，对电能和天然气竞争力进行综合评价的决定因素较多，很难直观的得到电能和天然气的竞争力比较结果的缺陷和不足，提供一种易于操作，运算快捷，能够直观的得到电能和天然气的竞争力比较结果，能够快速为决策者提供充分指导的一种可用于电能替代规划指导的电能和天然气竞争力综合评价方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种可用于电能替代规划指导的电能和天然气竞争力综合评价方法，其特征在于包括以下步骤：
a、首先根据电能和天然气在建筑、工业、交通、农业、家居五大领域的应用特点，从经济、技术、环境三个层面建立相应的指标体系，指标体系是综合评价的基础，其中一层指标包括经济性、技术性和环境性，并在一层指标下设有二层指标，经济性下的二层指标为年综合费用，技术性下的二层指标包括：技术成熟度、可靠性、用户体验、自动化程度，环境性下的二层指标包括：SO2减排量、氮氧化物减排量、CO2减排量；
b、建立判断矩阵，具体采用两两比较的相对标度来量化专家对影响因素重要程度的主观判断，然后再进行客观比较，建立判断矩阵如下：
式中，n为样本数或影响因素个数；aij为第i个样本或影响因素与第j个样本或影响因素的比较结果；ann＝1表示与自身的比较；A矩阵为正互反型矩阵，且有：aij>0，aji＝1/aij，aij＝aik×akj；相对标度aij的值在1～9之间，大小取决于样本i和样本j之间重要程度的对比结果，根据专家的评判，样本i比样本j越重要，则aij的值越大；
c、判断矩阵一致性检验，在成对比较判断的过程中，由于被比较样本或影响因素的复杂性和人的主观判断的模糊性，尤其是进行比较的样本数多，矩阵阶数大时，就可能出现不一致的判断；判断矩阵的一致性必须满足一定的要求，不能太低，否则判断信息的可信度就会低，这种情况下需要对判断矩阵进行校正或者重新构建判断矩阵；判断矩阵的一致性指标用CI来表示：式中，λmax为矩阵A的最大特征根；
d、判断矩阵最大特征根，判断矩阵满足一致性要求后，计算其最大特征根，根据AQ＝λmaxQ求取最大特征根所对应的特征向量Q＝[q1，q2，…qn]，将Q归一化，得到 W＝[w1，w2，…wn]，wi即为相应样本或影响因素的权重值：
e、然后计算经济、技术、环境第一层指标的综合权重，即上一层的评价结果s由下一层的指标值si加权求和得到：
f、计算各类指标的竞争力隶属度：为了对各个指标的竞争力强弱进行评估并赋值，需要对评价等级进行区分和数值确定，用q表示评价等级，则评价等级集可表示为：
Q＝(q1,q2L qiL qm)i＝1,2L m
本发明中取m＝5，其中q1表示竞争力强，q2表示较强，q3表示一般，q4表示较弱， q5表示弱。根据已确定的评价等级，计算每个指标对于竞争力强、较强等各个等级的隶属程度，构造出隶属度关系矩阵。矩阵表示如下：
矩阵中，第i行第j列rij(i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m)表示评价对象在指标ui方面，对评价等级qj隶属度；
g、针对指标体系中的定性指标，采用模糊统计法计算指标的隶属度值，针对定量指标则采用升半梯形的模糊分布法计算隶属度值；
h、随后利用加权平均法对计算指标的综合评价结果：在上述步骤中通过AHP法求得了每个指标的权重W，再通过模糊隶属度法法分别求得了电能和天然气各指标的竞争力隶属度矩阵R，则用G表示电能—天然气竞争力综合评价隶属向量：G＝W·R，式中， G＝(g1,g2,g3,g4,g5)，g1,g2,g3,g4,g5代表该项目对竞争力强、较强、一般、较弱、弱的隶属度；
i、最后对竞争力等级分别赋值，竞争力强对应分值100，竞争力较强对应分值75，竞争力一般对应分值50，竞争力较弱对应分值25，竞争力弱对应分值0，将分值与隶属度相乘，得到竞争力综合评价因子：F＝G×f-1，式中，f为竞争力等级分值向量， f＝[100 75 5025 0]；F值越大表示综合竞争力越强，根据F值的大小，可直观地看出电能和天然气这两种能源在交叉应用领域的竞争力强弱。
所述g步骤中模糊统计法计算方法如下：
①邀请相关专业的专家，判断指标对各个竞争力等级的隶属程度；
②统计评估结果。汇总选择指标ui隶属于等级qj的人数；
③根据统计结果，即对于指标ui而言，隶属于等级qj的隶属度rij计算式为：
模糊分布法计算如下：
升半梯形分布的基本形式为：
定义域中的a和b代表的是指标值的下限和上限值，a和b在实际应用中要通过指标的实际意义和工程规定来进行确定；对于逆指标和正指标，升半梯形分布的具体展开计算方式如下所述：
对于指标Ui，当评价等级为五级时，Q＝(q1,q2…qi…qm)，分别用Si1和Si5表示其指标下限和上限，将指标限值区间[Si1,Si5]平均分为四份：
Si1，Si5；
逆指标和正指标对应的隶属度函数的计算方法略有不同，在电能—天然气竞争力指标体系中，针对逆指标即指标值越小越好计算隶属度函数的方法为：
式中，代表指标数据；正指标即指标值越大越好对应的隶属度函数为：
本发明的有益效果是：
1.本发明首先根据电能和天然气在不同技术领域的应用特点，从经济、技术、环境三个层面建立了竞争力评价指标体系，并采用层次分析法对各个指标进行权重赋值，并划分了五个竞争力评价等级，分别针对定量指标和定性指标计算了各个指标的竞争力模糊隶属度关系矩阵，最后结合指标权重及隶属度矩阵分别计算得到电能、天然气的综合竞争力评价因子，通过评价因子的数值大小可直观的得到电能和天然气的竞争力比较结果，对电能和天然气竞争力进行综合评价的准确度高，能够为电网企业和用户开展电能替代项目规划及投资提供有益指导。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
本发明的一种可用于电能替代规划指导的电能和天然气竞争力综合评价方法，包括以下步骤：
a、首先根据电能和天然气在建筑、工业、交通、农业、家居五大领域的应用特点，从经济、技术、环境三个层面建立相应的指标体系，指标体系是综合评价的基础，其中一层指标包括经济性、技术性和环境性，并在一层指标下设有二层指标，经济性下的二层指标为年综合费用，技术性下的二层指标包括：技术成熟度、可靠性、用户体验、自动化程度，环境性下的二层指标包括：SO2减排量、氮氧化物减排量、CO2减排量；
b、建立判断矩阵，具体采用两两比较的相对标度来量化专家对影响因素重要程度的主观判断，然后再进行客观比较，建立判断矩阵如下：
式中，n为样本数或影响因素个数；aij为第i个样本或影响因素与第j个样本或影响因素的比较结果；ann＝1表示与自身的比较；A矩阵为正互反型矩阵，且有：aij>0，aji＝1/aij，aij＝aik×akj；相对标度aij的值在1～9之间，大小取决于样本i和样本j之间重要程度的对比结果，根据专家的评判，样本i比样本j越重要，则aij的值越大；
c、判断矩阵一致性检验，在成对比较判断的过程中，由于被比较样本或影响因素的复杂性和人的主观判断的模糊性，尤其是进行比较的样本数多，矩阵阶数大时，就可能出现不一致的判断；判断矩阵的一致性必须满足一定的要求，不能太低，否则判断信息的可信度就会低，这种情况下需要对判断矩阵进行校正或者重新构建判断矩阵；判断矩阵的一致性指标用CI来表示：式中，λmax为矩阵A的最大特征根；
d、判断矩阵最大特征根，判断矩阵满足一致性要求后，计算其最大特征根，根据AQ＝λmaxQ求取最大特征根所对应的特征向量Q=[q1，q2，…qn]，将Q归一化，得到 W＝w1，w2，…wn]，wi即为相应样本或影响因素的权重值：
e、然后计算经济、技术、环境第一层指标的综合权重，即上一层的评价结果s由下一层的指标值si加权求和得到：
f、计算各类指标的竞争力隶属度：为了对各个指标的竞争力强弱进行评估并赋值，需要对评价等级进行区分和数值确定，用q表示评价等级，则评价等级集可表示为：
Q＝(q1,q2L qiL qm)i＝1,2L m
本发明中取m＝5，其中q1表示竞争力强，q2表示较强，q3表示一般，q4表示较弱， q5表示弱。根据已确定的评价等级，计算每个指标对于竞争力强、较强等各个等级的隶属程度，构造出隶属度关系矩阵。矩阵表示如下：
矩阵中，第i行第j列rij(i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m)表示评价对象在指标ui方面，对评价等级qj隶属度；
g、针对指标体系中的定性指标，采用模糊统计法计算指标的隶属度值，针对定量指标则采用升半梯形的模糊分布法计算隶属度值；
h、随后利用加权平均法对计算指标的综合评价结果：在上述步骤中通过AHP法求得了每个指标的权重W，再通过模糊隶属度法法分别求得了电能和天然气各指标的竞争力隶属度矩阵R，则用G表示电能—天然气竞争力综合评价隶属向量：G＝W·R，式中， G＝(g1,g2,g3,g4,g5)，g1,g2,g3,g4,g5代表该项目对竞争力强、较强、一般、较弱、弱的隶属度；
i、最后对竞争力等级分别赋值，竞争力强对应分值100，竞争力较强对应分值75，竞争力一般对应分值50，竞争力较弱对应分值25，竞争力弱对应分值0，将分值与隶属度相乘，得到竞争力综合评价因子：F＝G×f-1，式中，f为竞争力等级分值向量， f＝[100 75 5025 0]；F值越大表示综合竞争力越强，根据F值的大小，可直观地看出电能和天然气这两种能源在交叉应用领域的竞争力强弱。
所述g步骤中模糊统计法计算方法如下：
①邀请相关专业的专家，判断指标对各个竞争力等级的隶属程度；
②统计评估结果。汇总选择指标ui隶属于等级qj的人数；
③根据统计结果，即对于指标ui而言，隶属于等级qj的隶属度rij计算式为：
模糊分布法计算如下：
升半梯形分布的基本形式为：
定义域中的a和b代表的是指标值的下限和上限值，a和b在实际应用中要通过指标的实际意义和工程规定来进行确定；对于逆指标和正指标，升半梯形分布的具体展开计算方式如下所述：
对于指标Ui，当评价等级为五级时，Q＝(q1,q2…qi…qm)，分别用Si1和Si5表示其指标下限和上限，将指标限值区间[Si1,Si5]平均分为四份：
Si1，Si5；
逆指标和正指标对应的隶属度函数的计算方法略有不同，在电能—天然气竞争力指标体系中，针对逆指标即指标值越小越好计算隶属度函数的方法为：
式中，代表指标数据；正指标即指标值越大越好对应的隶属度函数为：
首先根据电能和天然气在建筑、工业、交通、农业、家居五大领域的应用特点，从经济、技术、环境三个层面建立相应的指标体系，指标体系是综合评价的基础，其中一层指标包括经济性、技术性和环境性。经济性是项目投资者在选择终端能源消费形式时的重要指标，在同一应用领域内，使用电能和天然气费用会存在很大不同，决策者做用能成本评估时往往都会考虑到长期使用的经济效益，经济性是核心要素之一。在技术性方便，电能和天然气两种能源在技术方面存在的差异极大程度上决定了用户选择再次使用这种能源的需求，也是在做能源选择时要考虑的重要因素。在环境性方便，由于改革开放以来，我国经济处于粗放型发展模式，环境污染问题日益严重，如雾霾严重、能源短缺，并且据统计调查结果显示，我国因能源开采导致的污染物排放量在世界前列。因此，缓解改进环境污染问题已刻不容缓，在考虑电能和天然气的竞争力时，还应重视环境性，衡量使用两种能源所带来的环境成本。
一层指标下设有二层指标，经济性下的二层指标为年综合费用，技术性下的二层指标包括：技术成熟度、可靠性、用户体验、自动化程度。技术成熟度是项目投资方在考虑使用哪种类型的能源时，通常是技术成熟度高的能源更具有竞争性。技术成熟度是指该项技术的技术水平、技术成本、配套资源、维修水平、使用周期等的发展程度，反映了技术对于项目预期目标的满足程度。技术成熟度高，会使项目的实施更加容易、顺利，可以实现项目的高质量完成。可靠性是能源的可靠性对设备稳定、正常运行具有重要意义，主要与电能/天然气质量、停电/停气时间等因素有关。能源质量是能源产品特征的重要表现，例如：在评价电能质量时，频率偏差、电压偏差和波形畸变都会导致电能质量变差，影响到终端用户使用；当评价天然气质量时，可以通过天然气发热量、总硫和硫化氢含量来衡量，天然气质量会影响到终端用户的使用效果。同时，停电或停气会严重影响到消费者正常生活和企业日常运营，给居民、工商等行业带来不便和经济损失。用户体验是项目投资方在考虑使用哪种类型的能源时的重要因素，通常与技术体验度、工作效率、设备服务质量等有关，技术体验度高，设备服务质量好，会使项目功能更加容易、顺利的实现，工作效率高的设备往往更能符合消费者的要求，也是项目决策者更倾向于选择的。自动化指的是通过远动通信技术和计算机网络等技术，实现对设备的自动控制，某一技术应用自动化程度越高，代表可控性越强，效率高，可降低人力成本，大大提高该技术的竞争力。
环境性下的二层指标包括：SO2减排量、氮氧化物减排量、CO2减排量。在SO2减排量、氮氧化物减排量方面，当前我国的能源结构仍为以煤为主，且直燃煤比重较高，由燃煤产生的二氧化硫和氮氧化物等污染气体会随烟气排放，污染大气，危害动、植物生长及人类健康，腐蚀金属设备，对环境造成严重伤害。使用电能和天然气这两种清洁能源就可以达到污染气体减排的效果，是政府极其重视的一项环境效益。在CO2减排量方面，能源利用燃烧时会产生大量CO2气体，CO2气体则是导致温室效应、全球变暖的主要气体，产生负面环境影响。
根据上述分析，建立的指标体系如表2所示。
表2电能—天然气竞争力评价指标体系
在以上构建的指标体系的基础上，进行的竞争力综合评价，所采用的方法具体包括两大步骤，1、采用层次分析法确定各指标权重；2、计算各类指标的竞争力隶属度。
第1大步骤中基于层次分析法对各个指标进行权重赋值，层次分析法求解权重包括：
首先建立判断矩阵：采用两两比较的相对标度来量化专家对影响因素重要程度的主观判断，然后再进行客观比较；建立判断矩阵如下：
式中，n为样本数(或影响因素个数)；aij为第i个样本(或影响因素)与第j个样本(或影响因素)的比较结果；ann＝1表示与自身的比较；A矩阵为正互反型矩阵，且有：aij>0，aji＝1/aij，aij＝aik×akj；相对标度aij的值在1～9之间，大小取决于样本i和样本j之间重要程度的对比结果，根据专家的评判，样本i比样本j越重要，则aij的值越大；相对标度aij的含义及取值标准见表3：
表3判断矩阵标度值
其次判断矩阵一致性检验：在成对比较判断的过程中，由于被比较样本或影响因素的复杂性和人的主观判断的模糊性，尤其是进行比较的样本数多，矩阵阶数大时，就可能出现不一致的判断；判断矩阵的一致性必须满足一定的要求，不能太低，否则判断信息的可信度就会低，这种情况下需要对判断矩阵进行校正或者重新构建判断矩阵。判断矩阵的一致性指标用CI来表示：
式中，λmax为矩阵A的最大特征根；
然后根据矩阵理论，若正互反型矩阵满足一致性，则其最大特征根即为矩阵的阶数，此时CI＝0，判断矩阵具有完全一致性；CI值越大，则判断矩阵的一致性越差；因此，引入判断矩阵的平均随机一致性指标RI来检验一致性；1-10阶的RI值依次为：0，0，0.58， 0.9，1.12，1.24，1.36，1.41，1.45，1.49；由于1、2阶判断矩阵总是具有完全一致性，因此其RI值只是形式上的；此时可引入随机一致性比率CR：
当CR≤0.1是，可认为判断矩阵满足一致性要求，否则需要调整判断矩阵。
再判断矩阵最大特征根：判断矩阵满足一致性要求后，计算其最大特征根，根据AQ＝λmaxQ求取最大特征根所对应的特征向量Q＝[q1，q2，…qn]，将Q归一化，得到 W＝[w1，w2，…wn]，wi即为相应样本或影响因素的权重值：
最后计算经济、技术、环境第一层指标的综合权重，即上一层的评价结果s由下一层的指标值si加权求和得到：
本发明以建筑采暖为例来展示所提方法的具体实施，采暖项目中具体比较热泵和燃气锅炉的竞争力情况。项目样本数据如表4所示。
表4项目数据
(1)首先进行指标权重的赋值。根据层次分析法计算及专家打分，各指标权重如表5所示。
表5电能/天然气竞争力评价模型指标权重
(2)其次计算定量指标的隶属度。先确定每个指标的上下限值。将指标样本数据的平均值定为分界值，再求取大于分界值的所有数据的平均值，定为上限；求取小于分界值的所有数据的平均值，定为下限。由此得到各指标的限值分别为：
u11∈[23.97,35.9],u31∈[0.174,0.82],u32∈[0.196,0.9],u33∈[30.025,44]
则可计算得到热泵项目S3各指标的隶属度为：
r11＝[0,0.13,0.987,0,0]，r31＝[0.4,0.6,0,0,0]，r32＝[0.41,0.59,0,0,0]，r33＝[0,0.59,0.41,0,0]
对于燃气锅炉项目Y3，各个指标的隶属度为：
r11＝[0,0,0,0.37,0.63]，r31＝[0.65,0.35,0,0,0]，r32＝[0.64,0.36,0,0,0]，r33＝[0.72,0.28,0,0,0]
(3)计算定性指标的隶属度。指标体系中有四个定性指标，分别为u21技术成熟度、u22可靠性、u23用户体验、u24自动化程度。通过专家评估，得到热泵项目S3定性指标隶属度为：
r21＝[0,1,0,0,0]，r22＝[0.625,0.375,0,0,0]，r23＝[0.25,0.625,0.125,0,0]，r24＝[0.25,0.5,0.25,0,0]。
燃气锅炉项目Y3定性指标隶属度为：
r21＝[1,0,0,0,0]，r22＝[0,0.25,0.75,0,0]，r23＝[0.5,0.375,0.125,0,0]， r24＝[0.125,0.625,0.25,0,0]。
(4)计算各个一级指标的竞争力综合评价结果
1)经济性U1的竞争力评价
因为一级指标经济性中，仅有年综合费用一个二级指标，因此，年综合费用指标的评价向量即可代表经济性综合评价向量。
对于热泵项目S3而言，经济性指标的竞争力评价因子为：
FW1＝GW1×f
＝[0,0.13,0.987,0,0]×[100 75 50 25 0]-1
＝59.1
对于燃气锅炉项目Y3而言，经济性指标的竞争力评价因子为：
FW1＝GW1×f
＝[0,0,0,0.37,0.63]×[100 75 50 25 0]-1
＝9.25
由计算结果可以得到，热泵项目经济性竞争力分数为59.1，燃气锅炉项目经济性竞争力分数为9.25，因此在经济性方面热泵比燃气锅炉更有竞争力。这是由于热泵装置能源利用效率远高于燃气锅炉，大大节约了运行费用，从而提升了项目整体经济性。
2)技术性U2的竞争力评价
对于热泵项目S3而言，技术性二级指标的模糊评价矩阵为：
技术性二级指标的权重向量为：
W2＝[0.29,0.36,0.21,0.14]
可以得到热泵技术性指标的竞争力评价因子为：
FW2＝GW2×f
＝[0.3125 0.6262 0.0612 0 0]×[100 75 50 25 0]-1
＝81.275
对于燃气锅炉项目Y3而言，技术性二级指标的模糊评价矩阵为：
可以得到燃气锅炉技术性指标的竞争力评价因子为：
FW2＝GW2×f
＝[0.4125 0.2562 0.3313 0 0]×[100 75 50 25 0]-1
＝77.03
由计算结果可以得到，热泵项目技术性竞争力分数为81.275，燃气锅炉项目技术性竞争力分数为77.03，因此在技术性方面，热泵比燃气锅炉更具有竞争力。但由于目前热泵及燃气锅炉的技术都已较成熟，两者相差不大。
3)环境性U3的竞争力评价
对于热泵项目S3而言，环境性二级指标的模糊评价矩阵为：
环境性二级指标的权重向量为：
W3＝[0.34,0.34,0.32]
可以得到热泵环境性指标的竞争力评价因子为：
FW3＝GW3×f
＝[0.2754 0.5934 0.1312 0 0]×[100 75 50 25 0]-1
＝78.6
对于燃气锅炉项目Y3而言，环境性二级指标的模糊评价矩阵为：
可以得到燃气锅炉环境性指标的竞争力评价因子为：
FW3＝GW3×f
＝[0.6690 0.3310 0 0 0]×[100 75 50 25 0]-1
＝91.725
由计算结果可以得到，热泵项目环境性竞争力分数为78.6，燃气锅炉项目环境性竞争力分数为91.725，说明在环境性方面，燃气锅炉比热泵更具有竞争力。这是由于热泵运转所需的电能中仍有很大比例来自于煤电，在碳减排方面会弱于燃气锅炉，从而拉低了环境性竞争力。
(5)计算项目整体的竞争力综合评价结果
由前面的计算可以得到热泵项目对各个一级指标的隶属度矩阵为：
可以得到热泵项目竞争力的综合评价因子为：
F＝G×f
＝[0.1159 0.2390 0.0430 0.6021 0]×[100 75 50 25 0]-1
＝56.3
燃气锅炉项目对各个一级指标的隶属度矩阵为：
可以得到燃气锅炉项目竞争力的综合评价因子为：
F＝G×f
＝[0.2019 0.1119 0.0762 0 0.6100]×[100 75 50 25 0]-1
＝36.8
热泵项目总体竞争力分数为56.3，燃气锅炉项目总体竞争力分数为36.8，因此综合各方面因素考虑，热泵比燃气锅炉更具竞争力。
本说明书中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (3)
1.一种可用于电能替代规划指导的电能和天然气竞争力综合评价方法，其特征在于包括以下步骤：
a、首先根据电能和天然气在建筑、工业、交通、农业、家居五大领域的应用特点，从经济、技术、环境三个层面建立相应的指标体系，指标体系是综合评价的基础，其中一层指标包括经济性、技术性和环境性，并在一层指标下设有二层指标，经济性下的二层指标为年综合费用，技术性下的二层指标包括：技术成熟度、可靠性、用户体验、自动化程度，环境性下的二层指标包括：SO2减排量、氮氧化物减排量、CO2减排量；
b、建立判断矩阵，具体采用两两比较的相对标度来量化专家对影响因素重要程度的主观判断，然后再进行客观比较，建立判断矩阵如下：
式中，n为样本数或影响因素个数；aij为第i个样本或影响因素与第j个样本或影响因素的比较结果；ann＝1表示与自身的比较；A矩阵为正互反型矩阵，且有：aij>0，aji＝1/aij，aij＝aik×akj；相对标度aij的值在1～9之间，大小取决于样本i和样本j之间重要程度的对比结果，根据专家的评判，样本i比样本j越重要，则aij的值越大；
c、判断矩阵一致性检验，在成对比较判断的过程中，由于被比较样本或影响因素的复杂性和人的主观判断的模糊性，尤其是进行比较的样本数多，矩阵阶数大时，就可能出现不一致的判断；判断矩阵的一致性必须满足一定的要求，不能太低，否则判断信息的可信度就会低，这种情况下需要对判断矩阵进行校正或者重新构建判断矩阵；判断矩阵的一致性指标用CI来表示：式中，λmax为矩阵A的最大特征根；
d、判断矩阵最大特征根，判断矩阵满足一致性要求后，计算其最大特征根，根据AQ＝λmaxQ求取最大特征根所对应的特征向量Q＝[q1，q2，…qn]，将Q归一化，得到W[w1，w2，…wn]，wi即为相应样本或影响因素的权重值：
e、然后计算经济、技术、环境第一层指标的综合权重，即上一层的评价结果s由下一层的指标值si加权求和得到：
f、计算各类指标的竞争力隶属度：为了对各个指标的竞争力强弱进行评估并赋值，需要对评价等级进行区分和数值确定，用q表示评价等级，则评价等级集可表示为：
Q＝(q1,q2L qiL qm)i＝1,2L m
本发明中取m＝5，其中q1表示竞争力强，q2表示较强，q3表示一般，q4表示较弱，q5表示弱。根据已确定的评价等级，计算每个指标对于竞争力强、较强等各个等级的隶属程度，构造出隶属度关系矩阵。矩阵表示如下：
矩阵中，第i行第j列rij(i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m)表示评价对象在指标ui方面，对评价等级qj隶属度；
g、针对指标体系中的定性指标，采用模糊统计法计算指标的隶属度值，针对定量指标则采用升半梯形的模糊分布法计算隶属度值；
h、随后利用加权平均法对计算指标的综合评价结果：在上述步骤中通过AHP法求得了每个指标的权重W，再通过模糊隶属度法分别求得了电能和天然气各指标的竞争力隶属度矩阵R，则用G表示电能—天然气竞争力综合评价隶属向量：G＝W·R，式中，G＝(g1,g2,g3,g4,g5)，g1,g2,g3,g4,g5代表该项目对竞争力强、较强、一般、较弱、弱的隶属度；
i、最后对竞争力等级分别赋值，竞争力强对应分值100，竞争力较强对应分值75，竞争力一般对应分值50，竞争力较弱对应分值25，竞争力弱对应分值0，将分值与隶属度相乘，得到竞争力综合评价因子：F＝G×f-1，式中，f为竞争力等级分值向量，f＝[100 75 50 25 0]；F值越大表示综合竞争力越强，根据F值的大小，可直观地看出电能和天然气这两种能源在交叉应用领域的竞争力强弱。
2.根据权利要求1所述的一种可用于电能替代规划指导的电能和天然气竞争力综合评价方法，其特征在于：所述g步骤中模糊统计法计算方法如下：
①邀请相关专业的专家，判断指标对各个竞争力等级的隶属程度；
②统计评估结果。汇总选择指标ui隶属于等级qj的人数；
③根据统计结果，即对于指标ui而言，隶属于等级qj的隶属度rij计算式为：
3.根据权利要求1所述的一种可用于电能替代规划指导的电能和天然气竞争力综合评价方法，其特征在于：所述g步骤中所采用的升半梯形的模糊分布法的具体计算方法如下：
升半梯形分布的基本形式为：
定义域中的a和b代表的是指标值的下限和上限值，a和b在实际应用中要通过指标的实际意义和工程规定来进行确定；对于逆指标和正指标，升半梯形分布的具体展开计算方式如下所述：
对于指标Ui，当评价等级为五级时，Q＝(q1,q2…qi…qm)，分别用Si1和Si5表示其指标下限和上限，将指标限值区间[Si1,Si5]平均分为四份：
Si1，Si5；
逆指标和正指标对应的隶属度函数的计算方法略有不同，在电能—天然气竞争力指标体系中，针对逆指标即指标值越小越好计算隶属度函数的方法为：
式中，代表指标数据；正指标即指标值越大越好对应的隶属度函数为：
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