一种园区综合能源系统运营价值链的评估方法与流程

文档序号:23005970发布日期:2020-11-20 11:57阅读:230来源:国知局
一种园区综合能源系统运营价值链的评估方法与流程

本发明涉及能源系统运营价值技术领域,特别是指一种园区综合能源系统运营价值链的评估方法。



背景技术:

多能互补的综合能源系统从能源的生产、传输、消费、交易和工业生产链条各个环节建立了多种能源的耦合关系,通过能源基础设施将各类能源输入转变为用户所需要的能源形式,是具有能量流动关系的系统。综合能源系统的价值可体现于可再生能源的利用、能效的提升、能源生产成本降低等方面,需要建立定量衡量方法反映综合能源系统价值的本质。如何对各环节的能源价值进行合理的评价,挖掘各环节的潜在价值已成为当前综合能源系统亟待解决的关键问题。



技术实现要素:

本发明提出了一种园区综合能源系统运营价值链的评估方法,通过分析综合能源系统的运营价值链,从生产环节、传输环节、消费环节、交易环节、工业生产链条五个方面建立能源价值评估体系,并选取各环节具有代表性的价值指标,建立综合能源系统的能源价值评估方法,为深度挖掘多能互补价值、促进多能互补的综合能源系统发展提供依据。

本发明的技术方案是这样实现的:

一种园区综合能源系统运营价值链的评估方法,其步骤如下:

步骤一、构建能源价值评估体系,并利用层次分析法将能源价值评估体系作为目标层,将目标层划分为准则层,再将准则层划分为方案层;

步骤二、计算能源价值评估体系中所有评价指标的权重;

步骤三、将能源价值评估体系中的评价指标划分为五个评价等级,并根据评价等级构造评价指标的经典域和节域;

步骤四、根据评价指标的经典域和节域计算评价指标对于评价等级的关联度,并将关联度与评价指标的权重相结合获得评价对象的等级。

所述准则层包括生产环节、传输环节、消费环节、交易环节和工业生产链条,生产环节对应的方案层包括能源利用比率、供能成本、清洁能源上网电量占比和清洁能源消纳率,传输环节对应的方案层包括综合能源损耗率和储能配置规模,消费环节对应的方案层包括能源分时价格、用能峰谷比和可控负荷比,交易环节对应的方案层包括商业模式盈利空间、能源套餐合理性和混合所有制改革阶段,工业生产链条对应的方案层包括工业余热回收率、管理节能水平和二氧化碳排放量。

所述能源价值评估体系中所有评价指标的权重的计算方法为:

s21、主观权重

s21.1、采用专家集中所有专家分别对准则层和方案层的所有评价指标进行评议,并将评议的平均值作为评价指标的判断矩阵;

s21.2、利用随机一致性比率对判断矩阵进行一致性检验,如果随机一致性比率小于0.1,则计算判断矩阵的特征向量,将特征向量作为评价指标的主观权重,否则,返回步骤s21.1重新获取判断矩阵;

s22、客观权重

s22.1、对步骤s21得到的判断矩阵进行标准化处理:

s22.2、根据标准化的判断矩阵计算第n项评价指标的熵值en:

其中,

s22.3、计算第n项评价指标的差异系数gn:

s22.4、根据差异系数gi计算第n项评价指标的客观权重wj:

s23、综合权重:将第n项评价指标的主观权重cn和客观权重wj相结合,得出修正后的综合权重:

所述五个评价等级分别为差、较差、一般、良好和优秀,其中,差对应的分值区间为(0,60],较差对应的分值区间为(60,70],一般对应的分值区间为(70,80],良好对应的分值区间为(80,90],优秀对应的分值区间为(90,100]。

所述根据评价等级构造评价指标的经典域和节域的方法为:

s31、构建能源价值评估体系的经典域:其中,rj为第j个判断等级,vij=[aij,bij]为第j个判断等级下的第i个特征值的量值限定范围,n表示目标层,c=[c1,c2,…,cm]t表示评价指标,vij表示评价指标的量值;

s32、根据经典域以及评价指标的全体评价等级构建能源价值评估体系的节域:

其中,rp表示能源价值评估体系的节域物元矩阵,p为全体评价等级,vip=[aip,bip]为评价指标对于所有评价等级的取值范围,即节域。

所述根据评价指标的经典域和节域计算评价指标对于评价等级的关联度,并将关联度与评价指标的权重相结合获得评价对象的等级方法为:

s41、计算评价指标与经典域、节域的距:

ρ(vi,vij)=|vi-(aij+bij)/2|-(bij-aij)/2,

ρ(vi,vip)=|vi-(aip+bip)/2|-(bip-aip)/2,

其中,ρ(vi,vij)为评价指标vi到经典域vij的距离;ρ(vi,vip)为评价指标vi到节域vip的距离;

s42、根据评价指标vi到经典域vij的距离和评价指标vi到节域vip的距离计算评价指标vi对于评价等级j的的关联度:

其中,kj(vi)表示评价指标vi对于评价等级j的的关联度,取值范围为整个实轴;

s43、根据关联度和评价指标的权重计算建能源价值评估体系所有评价指标隶属于各评价等级的程度:

其中,kj(p0)为待评价物元p0关于等级j的隶属度;wi为第i个评价指标的综合权重;根据等级的关联度值越大,评价对象对某等级的隶属度就越高的准则确定等级,若kj=maxkj(p0),则评价对象的等级可以确定为j。

本技术方案能产生的有益效果:

(1)本发明采用层次分析法计算不同层次下各评价指标的权数并作为该评价指标的分值,最后按照分值的大小进行排序,在处理多指标、多层次系统优化决策问题时具有实用性和有效性。

(2)本发明通过物变换及结构变换等方式将不相容的问题转换为相容问题,定性和定量处理矛盾问题,为决策提供依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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为本发明的园区综合能源价值体系框图;

图2为本发明的流程图。

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,所描述的实施例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在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

为了更好的说明本发明的技术方案,需要详细阐述园区综合能源运营价值链的理论知识。1985年,哈佛商学院的迈克尔·波特教授在其所著的《竞争优势》一书中首次提出了价值链的概念,指出它是对增加一个企业的产品或服务的实用性或价值的一系列作业活动的描述。随着信息技术、计算机技术的快速发展,在数据驱动作用下传统价值链正向着新价值网络方向发展,强调采用信息技术协同互联,使得价值链概念有了新的内涵。在此基础上学者们也先后提出了虚拟价值链、价值网等概念。

(1)价值链的发展

1)传统价值链

传统价值链即最早提出的价值链概念,是将企业定义为集生产、设计、销售、交付和辅助产品生产的各项活动的综合体。他认为企业的价值链分成两个部分,第一部分包括采购、生产、出货、营销和客户服务等基本活动;第二部分包括采购、研发、人力资源管理、企业基础设施四个辅助活动。企业价值的主要来自于价值链基本活动,辅助活动主要为基础活动提供支撑,确保企业基本活动的顺利进行,而企业的利润主要来自产品与服务。

2)虚拟价值链

虚拟价值链的概念在《开发虚拟价值链》一书中提出的,同时指出信息本身也是创造价值的来源,虚拟价值链中价值的创造过程包括搜集、组织、选择、综合和传递五类活动。通过挖掘信息中的价值,利用信息资源完成价值创造和价值创新。波特价值链理论仅仅提到了市场中的竞争,将信息作为生产活动的辅助元素加以考虑,而未将信息作为一种价值资源来看待。虚拟价值链概念的提出有助于企业加强信息资源的管理,引导企业在市场环境中发挥竞争优势。在能源互联网的背景下,由信息流构成的清洁能源发电虚拟价值链与实体价值链共同构建价值实现和增值活动,价值链的研究仍立足于微观实现,但虚拟价值链强调上下游环节之间的动态协调关系,强调价值链中信息的作用,价值链的物理形态由线性变为网状形态。

3)价值网

由于客户需求的大量增加,信息技术的冲击和市场竞争的日益激烈,企业在追求竞争优势的过程中出现了更多的瓶颈。亚德里安最早在《利润区》一书中提出了价值网的概念,指出为了应对市场的激烈竞争,应改变企业现有的业务设计,将传统价值链条向网状化方面发展,即由价值链转向价值网。之后在《价值网:打破供应链、挖掘隐利润》中提出了较为完整的价值网模型。价值网与单一价值链条不同,是虚拟企业经过变形、扩张、转换、收缩、增减、转换等形成的多维网状结构。企业本身并不是价值网络,而是在时间和空间上与客户联系起来提供网络化服务。可以充分利用计算机网络代替传统渠道,加强与合作主体的战略联盟关系,通过提供更多的时间来提高技术价值。

传统价值链作为一个线性价值链,仅将预定的供应商、制造商、分销商、零售商和顾客依次连接起来,灵活性较差,只关注固定联系。一旦中间某个环节出现问题,就会导致整个价值链效率降低,甚至出现无法进行下去的情况。价值网是以顾客价值为核心,以价值为目标。产业价值体系活动是它的支撑,各环节的经济单位是它的微观基础。

(2)价值链管理

价值链管理的思想认为企业价值链的价值内涵包括两方面:价值增值和价值创造。价值增值是通过转化人、财、物等资源,所增加的价值部分;价值创造的内涵更广,表现为联系价值、协同价值及信息资源价值。

联系价值指发生电源与电网、电源与负荷、电网与负荷、源网荷等的环节联系,通过调整各环节联系的内部活动,使得环节内部的能量流、价值流更高效,促进了各环节主体的价值增值,实现自身价值的增加。

协同价值指通过多个主体讲的协同效应,实现协同价值大于各主体单独价值之和,协同增加的这部分价值是一种隐形的价值增值。价值链往往涉及到多个企业、多个主体,因此各节点之间存在耦合协同关系。协调优化价值链中节点或企业之间的关系,提高各节点的效率、优化分工是价值链理论发展的趋势。

信息资源价值是由企业的信息资源所创造的价值。信息作为一种资源,其价值主要体现在整合其他资源的能力方面,通过引导价值链中能量流、价值流朝着合理方向运动,使系统资源配置更加精准,能够有效降低系统运营成本。

综合能源系统的运营价值链

与传统能源电力系统相比,综合能源系统通过多能融合、协同调度,实现电、热、冷、气、油、煤等多能源的协同互补,实现能源流、信息流、价值流的优化配置,促进综合能源系统更优质、更高效、更公平和可持续地发展。充分利用互联网技术实现对能源生产、传输、存储、交易、消费各环节设备、客户数据全面感知、超级计算和智能应用,实现全部能源参与主体多边互联互动,充分挖掘各个环节潜在能源价值,促进供需对接、要素重组,以及能源供需的实时匹配和智能响应,形成多方参与、共商共治、合作共赢的格局。

综合能源系统既涉及能源传输网络,也涉及接驳多种能源的系统,同时也涉及能源系统本身与其他系统,如数据与信息网络的互联。综合能源系统可以很好地利用潜在和协同效益,提高能源系统的可靠性,加强生产、传输、消费、交易、工业产业等环节的衔接性,疏通能源价值传递链条,实现不同供能系统间的有机协调、优化调度和协同利用,通过能源输送网络、信息物理系统、综合能源管理平台以及信息和增值服务,实现能源流、信息流、价值流的交换与互动。

有机协调,即提高能源供应的安全性、灵活性、可靠性。单纯通过加大某一供能系统(如电力系统)的投入来提高其安全性和自愈能力,并不能保证整体系统的安全性。我国现有的能源基础设施,在适应可再生能源融入的需求、用户侧的多元能源需求以及提升综合能源效率的需求,面临的挑战不断加大,能源系统的变革已经变得非常迫切,传统以满足“电与变动需求”匹配为目标的能源基础设施,已经越来越难以满足需求。而通过构建综合能源系统,以实现各供能系统间的有机协调,则是解决上述问题的一种有效途径。

优化调度,提高社会供能系统基础设施的利用率。供电、供气、供热、供冷系统的负荷需求存在明显的峰谷交错特征,目前各供能系统相对独立运行,只能按自身峰值负荷进行单独设计与建设,由此不可避免地产生设备利用率低下的问题。设备利用率低下的问题同样存在于供气、供热。供冷系统,加大了各供用能系统的运行维护费用,造成了社会资金的巨大浪费。综合能源系统可通过各子系统间的有机协调缓解或消除上述问题。如利用供电系统低谷时段过剩电能产生冷、热能并加以存储,在电力高峰时段使用;通过供电与供冷、热系统的有机配合,实现同时提高供电与供冷、热系统设备利用率的目的。

协同利用,增加各个环节的耦合效应。加强电、热、冷、气等各类能源的协同利用,能够增加生产、输配、消费、存储不同环节间的时空耦合机制和互补替代性,把横向的多能互补和纵向的源、网、储等结合起来。一方面实现不同品位能源的梯阶利用;另一方面还能弥补可再生能源(如风能、太阳能等)能流密度低、分散性强和间歇性明显等问题,提高其规模化开发利用水平。从而实现多异质能源子系统之间的协调规划协同利用和互补互济,在满足多元化用能需求的同时有效提升能源利用效率,进而促进能源可持续发展的新型一体化能源系统。

综合能源价值链以实现各利益相关方的微观价值和综合能源系统的宏观价值为基本功能,蕴含在能源生产、传输、消费、交易、工业产业等多个环节当中。通过深度挖掘能源生产、传输、消费、交易以及工业生产链条的能源价值,完成综合能源系统的系统研究,能源生产商、传输商、消费者以及以此为基础形成的综合能源系统中的参与方的价值诉求均可在此功能下实现,从而支撑综合能源系统宏观层面能源传输、资源配置、产业带动、公共服务、市场交易等价值的实现。对于综合能源系统来说,其价值来源于满足用户用能需求,在形态上体现为多维效率的提升,以价值主张、生产、传输和获取为基本环节实现。

园区综合能源价值评估指标

生产环节能源价值

生产环节能源价值以供能诉求为出发点,是对能源源头价值的抽象描述。通过燃气轮机、燃气锅炉、清洁能源发电机组等实现多类异质能源稳定供应。生产环节能源价值除了包括最基本的能源生产外,还体现在供能利用比率、供能成本、清洁能源上网电网占比、清洁能源消纳率等几个方面。

供能利用比率

综合能源系统供能利用比率高低与供能设备运行和用能行为特征有关。供能利用比率是指在一定时间内能源的平均负荷与最大负荷的百分比,用以衡量平均负荷与最高负荷之间的差异程度。从经济运行的角度考虑,负荷率越接近1,能源生产设备的利用程度越高,用能越经济。调整综合能源系统供能利用比率,能够评估能源供给端设备的利用水平。

连续性生产经营的企业,供能利用比率较高。非连续性生产经营的企业,用能负荷比较集中,冲击负荷较大,供能利用比率低。所以,要调整负荷率,就必须调整高峰负荷。可以减少受能源供给设备、传输设备的容量,充分体现设备利用价值,平缓负荷曲线,降低能源生产成本。

式中,φi为能源i供能利用比率;i为能源种类,表示综合能源系统中的电、热、冷、气等能源类型;为能源i的平均负荷;为能源i的最大负荷。

供能成本

综合能源系统较传统供能系统利用的能源种类、供能形式多样,可满足冷热电等多种用能需求,因此设备种类也更为多样化,包括燃气轮机、燃气锅炉等能源生产设备。通过合理配置功能设备容量,协调优化各类能源设备运行策略,可以降低能源供给端的成本从而实现供给侧价值提升,综合能源系统能源供应成本包括设备的投资建设成本、设备运行成本、发电原材料消耗成本。

式中,csupply为能源供应成本;为能源设备的投资建设成本;为能源设备运行成本;为能源设备发电原材料消耗成本。

清洁能源上网电量占比

园区化发展是中国工业发展的主要趋势,全国各地大力开展省级、市级以及区县级工业园区的建设,工业园区将成为温室气体排放的重要源头之一,也是实现低碳减排目标的重要单元和实施主体,因此,促进园区能源的清洁发展显得尤为重要。然而关于工业园区这一重要的经济载体的低碳行动和战略的实践研究甚少,特别是从工业园区碳排放的定量研究的角度去实现低碳发展的控制与引导作用的研究还很匮乏,目前也没有成熟的低碳工业园发展模式可以参考。近年来我国在风电、光伏发电等装机和发电量比重快速提升,综合能源系统中清洁能源上网电量占比能够体现绿色产能价值。

式中:ωclean为清洁能源上网电量占比;qi为第i类清洁能源上网电量;qtotal为综合能源系统总用电量。

清洁能源消纳率

部分西北地区清洁能源消纳问题较为突出,主要是因为资源和需求逆向分布,新能源装机占比高,热电机组装机规模也较大,部分特高压通道输电能力不足;另一方面,用电负荷又主要集中在中东部和南方地区,导致跨省区输电压力较大。综合能源系统通过优化电源布局,克服新能源与常规电源的协调优化控制的技术瓶颈,提高了新能源利用率。促进了各种能源的协同高效利用,发挥能源市场调节功能,深挖电源侧调峰潜力,全面提升电力系统调节能力。通过完善的能源供给、传输设施建设,充分发挥电网资源配置平台作用等。

式中:φ为清洁能源消纳率;i表示第i类清洁能源;i为清洁能源所有类型;为为清洁能源实际发电量;为清洁能源i的废弃电量。

传输环节能源价值

传输环节能源价值通过传输网络实现,体现了能源传输的有序性和协调性。通过电网、热网、气网、冷网等多类网络耦合,加强各品位能源的兼容性,降低能源传输过程中的损耗。传输环节能源价值主要考虑两个方面,一个是与效率相关的能源传输损耗率,另一个是与提升系统灵活性相关的储能配置规模。

综合能源损耗率

随着工业园区的快速发展,社会对综合能源用能需求越来越大,相应的降低能源损耗也变得尤为重要。对于电能传输来说,包括以下几种类型的能量损失:辐射损耗、耦合到附近的线路损耗、阻抗不匹配、导线损耗、介质损耗等。对于热能、冷能传输来说,由于供热(冷)系统的特殊性、复杂性,每个用户都是供热(冷)系统的组成部分,负荷的变化都会影响能源的传输量,其中主要的损耗环节是公共设备部分的能耗。因此提出能源损耗率概念,指的是在供能时损失量和总供能量的比值,其计算公式为:

式中:ηi为第i类能源的能源损耗率,为第i类能源的总供应量,为第i类能源的总销售量。

储能配置规模

储能是多能源子系统的综合纽带,传统意义上的储能通过装置或者物理介质将能量存储起来,以便需要的时候可以加以利用的能量存储装置或者技术。传统意义上的储能更多指电能的存储,重点在于电能的存储和双向转换技术。综合能源系统意义上的储能更加注重电能与其它能源之间单向转换和存储技术,以及其它的多种能源之间的单向或者双向转换和存储技术,最终的目标是实现多种能源在时间、空间维度上的完全结合,实现综合能源解决方案的产供销模式。

综合能源系统中可再生能源的波动和散点用户的能量需求不确定性,带来终端能源系统双侧随时波动性。储能系统通过低谷充能、高峰放能,储能发挥削峰填谷的作用,提高能源系统利用效率。储能可为终端能源系统提供辅助服务,能源备用,能源协调互补等服务,实现终端系统内能源生产与消费的平衡,是终端能源系统安全稳定运行的重要保障,起到稳定器的作用。通过低谷充电、高峰放电,储能发挥削峰填谷的作用,提高能源系统利用效率。这里用储能配置规模的大小体现传输环节储能设备的能源价值,ci表示第i类能源的储能容量。

消费环节能源价值

消费环节能源价值以用能诉求为出发点,是对能源终端价值的抽象描述。通过设计能源分时价格引导用户调整用能时段,优化用户侧能源消耗结构,降低各类能源的峰谷比。此外,用户侧的智能电器、电动汽车等灵活性可调节负荷可以进一步提升能源利用价值。消费环节能源价值体现在能源分时价格、用能峰谷比、可控负荷比几个方面。

能源分时价格

工业园区综合能源系统是解决社会能源利用效率低以及可再生清洁能源消纳问题的有效途径。设计合理的能源分时价格能够给用户提供价格信号,通过刺激其用能行为引导参与能源需求响应。考虑用户需求转移能力和意愿进行能源价格设计,使得同时满足能源供给需求和用户舒适度,而且工业园区不仅需要考虑风险性和波动性较大的清洁能源参与发电,还需考虑多能互补系统多种能源的互补利用,综合能源服务商对能源价格作出响应,通过制定优化运行策略,调整各时刻从能网的购能功率。例如当电价高时,可减少购电比例,增加购买天然气比例,以多能互补、用能替代方式参与综合需求响应。此处提出能源分时价格作为消费环节的能源价值指标,用pi,t表示t时刻第i类能源的价格。

用能峰谷比

一般意义的削峰填谷(peakcut)是指调整用电负荷的一种措施。根据不同用户的用电规律,合理地、有计划地安排和组织各类用户的用电时间。以降低电网的高峰负荷,提高低谷负荷,平滑负荷曲线,提高负荷率,降低电力负荷需求,减小电网负荷峰谷差,使发电、用电趋于平衡,减少机组投资和稳定电网运行。

与传统的电负荷削峰填谷不同,本项目提出广义的能源削峰填谷,旨在平滑整体能源的峰谷程度,对各类能源的净负荷进行协调削峰填谷。通过协调系统的能源供给侧出力和负荷侧需求,提高系统整体安全性和可靠性,同时增强网络传输能力。如应用电转气技术将剩余风电转化为天然气存储,使得净负荷曲线变得平缓;应用燃气轮机实行快速动态响应,为调峰提供备用。因此,提出用能峰谷比指标,用公式表示为:

式中:为第i类能源的峰谷比,分别表示第i类能源的负荷峰值和谷值。

可控负荷比

近年来,在智慧城市概念的引导下,智慧园区理念逐渐进入人们的视野。智慧园区是成熟园区的升级方向,也是新兴园区的规划起点,在前瞻产业研究院做过的各类园区包括高新技术园区、经济技术开发区、智能制造园区、商贸物流园区、科技新城、城市更新等项目中,园区智慧用能都是我们的重点规划方向之一,电动汽车、智能电器设备的应用起到了调峰、节能的效果。而随着5g、移动互联网、云计算等新一轮信息技术的迅速发展和深入应用,以智慧化提升园区竞争力已成大势所趋。

园区生产生活用能模式具有显著的周期波动特点,生产区能源消耗波动较为平稳,生活区能源消耗具有明显的潮汐波动变化。结合上述特征,利用信息通信与人工智能、大数据等技术生成能源调控算法模型,对能源预期需求、能源系统出力变化、多能源协同供能优化进行智能化调控管理,因此需要提出相应的指标评价工业园区的智慧用能情况。此处提出可控负荷比指标,用公式表示为:

式中:为园区第i类负荷的可控负荷比,为园区第i类负荷可控制的容量,为第i类负荷的总负荷量。

交易环节能源价值

交易环节能源价值的发挥以能源市场为载体,设计综合能源系统交易模式是评估综合能源系统创造价值的重要环节。为了降低交易成本,提升竞争力,形成公平、公开、公开的能源交易机制,充分了解用户形式多样的能源价格诉求。有针对性地为能源生产侧和能源需求侧设计合理的综合能源交易方案,实现多个能源市场主体的公平有序竞争,充分发挥市场调节作用,挖局能源交易环节价值。主要考虑商业模式盈利空间、能源套餐合理性、混合所有制改革阶段等方面。

商业模式盈利空间

工业园区综合能源的建设及可持续运行需要合理的商业模式来支撑,在现有的能源分配、销售体制下提出具有可操作性的商业模式,以实现综合能源创造的价值在多投资主体和用户之间进行合理分配,促进各方积极参与综合能源的投资与运营。综合能源服务的商业模式与传统能源服务以及分布式能源服务的商业模式不同,其商业模式面向不同的客户群体,能最大限度地打破市场壁垒,共享能源变革的红利。

典型的模式有emc(energyperformancecontracting,能源合同管理)、bot(build-operate-transfer,建设-经营-转让)、ppp(publicprivatepartnership,公私合营模式)和dbfo(design-build-finance-operate,设计-建造-融资-运营)。从服务对象区分包括b2b(businesstobusiness,能源服务商与能源服务商)、b2c(businesstocustomer,能源服务商与客户)等模式,此类商业模式能最大限度地降低交易成本、产品成本,促进市场主体之间的信息交流,扩大市场潜力,为用户提供个性化服务。

园区的综合能源服务商业模式的构建在于针对园区及行业用户的实际情况和发展阶段特征,推出高效率、低成本、具有清晰盈利模式和丰富社会价值的综合能源服务解决方案。此处提出商业模式盈利空间作为评价园区商业模式发展的价值指标。

能源套餐合理性

园区综合能源系统以电力交易市场和能源衍生市场为载体,多方交易主体参与,提供多种能源服务的电力产业生态体系。能源零售商可以根据不同用户的用能特性和利益诉求,考虑其用能质量要求、用能时间段、用能需求量等,制定涵盖不同价格机制的个性化综合能源零售套餐。运营商为用户提供灵活、经济的用能套餐,根据实际需求调整能源配比、用能时间、价格机制等,满足用户多样化的需求。

同时通过对不同用户的能源需求进行合理分配及预测,实现整体用能效率的优化。将用户分为大客户和居民客户两类。针对大客户,服务内容包括提供各种电价方案和电气设备方案的优化组合,电力、燃气、燃油最佳能源组合方案以及全方位的节能协助服务,帮助客户改进设备,实现节能目标。根据用户需求提供各种增值服务,提供各种组合套餐。因此,能源套餐合理性是对能源市场交易过程中价值量高低的一种体现。

混合所有制改革阶段

在新一轮电改背景下,开放合作已经成为电力行业创新转型的驱动力,而混合所有制改革则是电力行业提速发展的重要契机。电力企业作为新的综合能源服务提供商,在保证核心业务相对独立的前提下,可在部分竞争性业务领域考虑引入混合所有制改革,获取外部资源、资本的同时,有利于规范公司治理,逐步建立市场化激励约束机制。针对竞争性业务,可以放开经营主体,电力企业可组建混合所有制的合资公司,通过采取国有资本与其他社会资本共同持股、相互融合的混合所有制形式,调整与优化资本结构,引入民营资本,盘活存量。同时,建立和完善现代企业制度,实现不同类型资本优势互补,相互促进,共同发展。因此,混合所有制改革阶段能够体现综合能源系统中部分竞争性业务领域的价值。

工业生产链条价值

工业是我国国民经济的主体和能源消耗的主要部分,工业节能减排是在技术与环境社会结合,减少从能源生产、使用各个环节的损失和浪费,提升单位能源利用效率,减少环境污染气体的排放。能源价值主要考虑工业余热回收率、管理节能水平、二氧化碳排放量三个方面。

工业余热回收率

工业余热主要指工矿企业热能转换设备及用能设备在生产过程中排放的废热、废水、废气等低品位能源,利用余热回收技术将这些低品位能源加以回收利用,提供工业、生活热水或者为建筑供热,不仅可以减少工业企业的污染排放,还可以大幅度降低工业企业原有的能源消耗。目前工业企业由于余热需求匹配能力不足、对余热重视度不够、系统化余热利用设计能力不强等原因,对余热的利用率较低。工业园区作为我国工业化和城镇化的新产物,充分利用余热资源是实现工业生产链条中节能减排价值的主要手段。

工业园区应以系统工程的角度,分析各生产单元余热潜力,规划和设计余热能源利用流程,因地制宜地探索出符合园区自身实际的可行模式,实现余热资源的集成利用,工业园区综合能源应用广泛,产生的余热种类也很多,烟气余热可用于预热锅炉补水、烟气型吸收式制冷机,冷却介质余热可用于热泵的热源,此外还包括废汽废水余热、化学反应热、高温产品和废渣余热、设备余热等,合理、有效的利用工业余热在实现同类企业、上下游企业的集群化的同时,亦可较大幅度降低园区的整体能耗。此处提出工业余热回收率作为工业生产链条的价值评价指标:

式中,ηheat为工业生产的余热回收率;为工业生产回收热量;为工业生产释放热量。

管理节能水平

管理节能是通过建立全面的能源管理系统对提升工业企业在整个生产周期中的能源利用率。能源管理系统通过对能源消耗过程中各个环节能耗的跟踪和分析,依靠庞大的数据支撑对能源消耗的过程进行优化,并不断的反馈和评估节能优化的结果。

工业是我国国民经济的主体和能源消耗的主要部分,也是落实绿色发展理念的重点领域。完善工业节能管理机制、措施,提升工业企业能源利用效率,加快工业绿色低碳发展和转型升级,是当前工业经济实现“稳增长、调结构、增效益”的重要举措,也是工业企业转型发展的迫切需求。采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施,在工业领域各个环节降低能源消耗,减少污染物排放,高效合理地利用能源,将管理节能水平作为一项指标,能够衡量工业生产链条中的能源回收价值。

二氧化碳排放量

目前世界经济正处于向低碳经济的转型期,而我国也面临着工业化和城市化快速发展的阶段。随着中国工业化进程的不断推进,由于受到传统经济增长方式的影响,我国在经济发展过程中碳排放的压力也会越来越大。除了能源活动中化石燃料燃烧带来的二氧化碳外,工业活动也会排放出大量的二氧化碳,主要是指化石燃料的非能源使用,包括作为原料、还原剂以及其他的非能源产品使用。

综合能源系统中,能源基础设施的建设和共享是工业园区发展的主要特征之一,其在服役周期内将对温室气体减排产生持续性贡献。我国对于工业园区减排发展方面也出台了相关政策,主要体现在国家生态工业示范园区创建、园区循环化改造、国家低碳工业园区试点、绿色园区建设和unido绿色工业园区创建等工作中,这些政策对推动工业园区节能减排绩效明显。目前工业园区减排方面仍然存在重视程度有待提升、风险防范意识有待加强、创新能力有待提高等问题。因此,将二氧化碳排放量作为评估工业生产能源价值的一个指标。

式中,为二氧化碳排放量;k为工业中排放二氧化碳的设备;为第k台设备的碳排放量。

如图2所示,本发明实施例提出了一种园区综合能源系统运营价值链的评估方法,具体步骤如下:

步骤一、构建能源价值评估体系,并利用层次分析法将能源价值评估体系作为目标层,将目标层划分为准则层,再将准则层划分为方案层;基于综合能源系统价值链分析,从生产环节、传输环节、消费环节、交易环节、工业生产链条五个方面建立能源价值评估体系,并选取各环节具有代表性的价值指标,建立综合能源系统的能源价值评估方法,为深度挖掘多能互补价值、促进多能互补的综合能源系统发展提供依据。园区综合能源价值体系如图1所示。

层次分析法(theanalytichierarchyprocess)由美国运筹学家托马斯·塞蒂(t.l.saaty)提出。它是一种定性和定量相结合的系统分析方法,将一个复杂的多目标决策问题看成是一个系统,转变成为若干个目标层次,然后模糊量化定性指标,计算不同层次下各元素的权数并作为该元素的分值,最后按照分值的大小进行排序。该方法在处理多指标、多层次系统优化决策问题时具有实用性和有效性。

将需要分析的问题划分为目标层、准则层、方案层三个层级。同一层次上的因素影响上层某一因素,同时会影响下层某一因素。通常情况下目标层的因素只有一个,方案层为最底层包含多个影响因素,在目标层和方案层之间是准则层,按照方案层因素的共性特征划分种类。

所述准则层包括生产环节、传输环节、消费环节、交易环节和工业生产链条,生产环节对应的方案层包括能源利用比率、供能成本、清洁能源上网电量占比和清洁能源消纳率,传输环节对应的方案层包括综合能源损耗率和储能配置规模,消费环节对应的方案层包括能源分时价格、用能峰谷比和可控负荷比,交易环节对应的方案层包括商业模式盈利空间、能源套餐合理性和混合所有制改革阶段,工业生产链条对应的方案层包括工业余热回收率、管理节能水平和二氧化碳排放量。

步骤二、计算能源价值评估体系中所有评价指标的权重;利用两两比较的方法,首先比较准则层中的因素,根据判断标准构建判断矩阵,以此类推直到最后一层。在实际操作中,为了提高决策结果的合理性与准确性,建立九个标度,根据标度衡量各个因素的相对重要程度,建立实用有效的数值判断矩阵。假设该判断矩阵为a,因素i比因素j的重要程度(相对上一层因素)用aij表示:

a=(aij)n×n(10)

表1重要程度比例标度

单层次排序的意思是经过实际运算对于上一层某个因素的相对重要性程度,也就是求出判断矩阵的最大特征值,和与其对应的特征向量。人的判断思维具有显著局限性,对复杂多变的客观事物的认知具有片面性。因此为了能够准确、详细检验判断矩阵的一致性,需要借助具体的数量指标计算与衡量其不一致程度大小,即:一致性指标c.i.,其计算公式如下:

c.i.越小表明判断矩阵一致性越满意,c.i.越大表示一致性越差。通常情况下,阶数越多,元素之间就达到满意的一致性难度越大,在考虑判断矩阵一致性时需要考虑矩阵阶数。对阶数较多的高维判断矩阵,可以适当放宽对其的一致性要求。针对这一问题,引入平均随机一致性指标r.i.来解决c.i.的片面性。

表2平均随机一致性指标r.i.的值

使用一致性比值c.r.刻画其一致性更加合理,计算如下:

如果随机一致性比率c.r.<0.1,说明一致性比较满意,不一致程度能够接受。不然,要修正判断矩阵,根据重要性程度重新赋值,直到通过上述的一致性检验为止。

对所有因素进行排序并做出决策

根据上述内容可以计算出每一层元素的单准则权重大小,为了计算出方案层相对于目标层各因素权重值,需要自上而下将标准层和方案层的权重值进行合并,最后根据各因素的合并权重进行排序,并做出方案决策。

假定目标层为a,准则层b内因素为b1,b2,…,bn,准则层内因素相对于目标层的权重值为b1,b2,…,b3,方案层为c内因素为c1,c2,…,cn,准则bj下方案层权重为cj1,cj2,…,cjn,若ci不在准则内,则cji为0。方案层c内各因素c1,c2,…,cn合并权重计算如下:

ci=∑(cjk×bj)(15)

得到方案层的合并权重后再次进行一致性检验,须满足一致性要求,否则需要对判断矩阵进行修正重新赋权,直到一致性达到满意。

所述能源价值评估体系中所有评价指标的权重的计算方法为:

s21、主观权重

s21.1、采用专家集中所有专家分别对准则层和方案层的所有评价指标进行评议,并将评议的平均值作为评价指标的判断矩阵;

s21.2、利用随机一致性比率对判断矩阵进行一致性检验,如果随机一致性比率小于0.1,则计算判断矩阵的特征向量,将特征向量作为评价指标的主观权重,否则,返回步骤s21.1重新获取判断矩阵;

s22、客观权重

熵权法属于客观赋权法,在包含多个指标和多个指标对象的价值评价体系中有很好的应用。根据熵理论,基于各评价指标实际数据计算其熵值,分析该指标携带和传输的信息量从而量化判断指标在决策中的影响力。熵可以描述不确定性程度,信息量越大,不确定性越小,熵也越小,反之,熵越大。熵可以反应指标的离散程度,离散程度越大,对评价影响越大,指标权重越大。

在层次分析法确定的各影响因素权值基础上,运用信息熵对权值修正,计算出一个实用权值,减少甚至避免人为因素和风险因素对评估结果的影响。假定层次分析法得到的影响因素评估指标集合为c,各影响因素权值为cn={c1,c2,…,cq},其判断矩阵为p=(pij)m×n,计算步骤如下:

s22.1、对步骤s21得到的判断矩阵进行标准化处理:

s22.2、根据标准化的判断矩阵计算第n项评价指标的熵值en:

其中,

s22.3、计算第n项评价指标的差异系数gn:

s22.4、根据差异系数gi计算第n项评价指标的客观权重wj:

s23、综合权重:将第n项评价指标的主观权重cn和客观权重wj相结合,得出修正后的综合权重:

步骤三、将能源价值评估体系中的评价指标划分为五个评价等级,并根据评价等级构造评价指标的经典域和节域;所述五个评价等级分别为差、较差、一般、良好和优秀,其中,差对应的分值区间为(0,60],较差对应的分值区间为(60,70],一般对应的分值区间为(70,80],良好对应的分值区间为(80,90],优秀对应的分值区间为(90,100]。

物元可拓分析法是研究物元关系、可拓性及物元转换规律的一种方法,该方法通过物变换及结构变换等方式将不相容的问题转换为相容问题,定性和定量处理矛盾问题,为决策提供依据。通过拓展性地采取新的决策技巧,最大程度地满足需要,从而实现全局性最佳决策目标的一种评价方法。

给定事物的名称为n,它关于特征c的量值为v,以有序的三元组r=(n,c,v)作为描述事物的基本元,简称物元。一个事物具有多个特征,若事物n以n个特征c1,c2,…,cn和其对应的量值v1,v2,…,vn来描述,则可以表述为:

物元的概念正确的反映了事物质与量之间的关系,可以更贴切地描述客观事物变化过程。

若以上具有m个相同特征c1,c2,…,cn的物元r1,r2,…,rn,则称其为m个同征物元体。

若将上述同征物元体r1,r2,…,rn,其同类特征的量值以区间的形式表示,rj为所划分的第j个判断等级,vij=[aij,bij]为各特征值的量值限定范围,即各类别关于对应对应的评价指标所取的数据范围为经典域。所述根据评价等级构造评价指标的经典域和节域的方法为:

s31、构建能源价值评估体系的经典域:

其中,rj为第j个判断等级,vij=[aij,bij]为第j个判断等级下的第i个特征值的量值限定范围,n表示目标层,c=[c1,c2,…,cm]t表示评价指标,vij表示评价指标的量值;

s32、将经典物元拓展转化到包括经典物元、事物特征及特征对应取值单位的物元矩阵称为节域物元矩阵,记为rp。根据经典域以及评价指标的全体评价等级构建能源价值评估体系的节域:

其中,rp表示能源价值评估体系的节域物元矩阵,p为全体评价等级,vip=[aip,bip]为评价指标对于所有评价等级的取值范围,即节域。

步骤四、根据评价指标的经典域和节域计算评价指标对于评价等级的关联度,并将关联度与评价指标的权重相结合获得评价对象的等级。具体方法为:

s41、为定量描述物元的特征,将实变函数中距离了的概念拓展为距,分别表示点与区间的距离,计算评价指标与经典域、节域的距,其计算公式为:

ρ(vi,vij)=|vi-(aij+bij)/2|-(bij-aij)/2(24),

ρ(vi,vip)=|vi-(aip+bip)/2|-(bip-aip)/2(25),

其中,ρ(vi,vij)为评价指标vi到经典域vij的距离;ρ(vi,vip)为评价指标vi到节域vip的距离;

s42、关联函数是表示物元的量值为实数轴上一点时,无缘复合取值范围要求的程度,根据评价指标vi到经典域vij的距离和评价指标vi到节域vip的距离计算评价指标vi对于评价等级j的的关联度:

其中,kj(vi)表示评价指标vi对于评价等级j的的关联度,取值范围为整个实轴;

s43、根据关联度和评价指标的权重计算建能源价值评估体系所有评价指标隶属于各评价等级的程度:

其中,kj(p0)为待评价物元p0关于等级j的隶属度;wi为第i个评价指标的综合权重;根据等级的关联度值越大,评价对象对某等级的隶属度就越高的准则确定等级,若kj=maxkj(p0),则评价对象的等级可以确定为j。

实例分析

一、确定指标权重

(1)指标主观权重

运用层次分析法把园区综合能源价值评估体系分为目标层、准则层、方案层。根据不同指标与园区能源价值的关联关系,准则层可以划分为五个环节,分别是生产环节b1、传输环节b2、消费环节b3、交易环节b4、工业生产链条b5。方案层包括能源利用比率、供能成本、综合能源损耗率、能源分时电价等15个指标。

根据层次分析法结构模型,生成调查问卷给综合能源领域的专家评议并填写,将专家们的平均值构建一个判断矩阵,并计算特征向量,即能源价值评估指标的权重。首先计算目标层下准则层的权重,然后计算准则层下方案层的权重,并对各个判断矩阵进行一致性检验,如果小于0.1表示一致性比较满意,否则需要根据园区综合能源系统的实际情况,重新赋值计算,直到判断矩阵能够通过一致性检验。

表3园区综合能源价值判断矩阵

经过一致性检验,该判断矩阵的一致性比例为0.0511<0.1。同理,依次计算出方案层相对于准则层下的权重,并且通过一致性检验,最后合并确定出方案层各因素相对于目标层的重要程度,计算结果如表4。

表4基于层次分析法的影响因素排序

(2)指标客观权重

然后运用熵权法确定各个价值评估指标的客观权重,按公式(16)对层次分析法得到的一级指标判断矩阵进行标准化处现得到准化判断矩阵,如表5。

表5标准化判断矩阵

通过公式(17)-(19)计算生产环节、传输环节、消费环节、交易环节、工业生产环节指标的权重。对应的熵值、差异系数、权重如表6。

表6熵值、差异系数、权重

(3)指标综合权重

最终根据熵权法得出的各个指标客观权重,运用信息权重修正层次分析法得到指标最终权重,如表7。

表7综合权重

二、能源价值评估

(1)确定评价等级和待评物元

在物元可拓模型中,评价标准的经典域对评价结果有着重要影响,经典域与评价指标之间的关联系数反映着指标的优劣,正确的评价标准是评价的关键。本章根据综合能源系统中运行现状、关键要素以及潜在价值,提出综合能源价值评估体系。并根据各个指标信息给出五个评价等级,分别表征综合能源系统不同的价值水平:即差、较差、一般、良好、优秀。在征得综合能源领域专家同意后,形成以下各个等级对应的评分标准,并通过填写问卷的方式获得园区能源价值指标的分值,如表8。

表8评分标准和指标得分

(2)构造经典域和节域

根据公式(22)和(23)构造经典域和节域:

(3)计算关联函数值

(4)评估综合关联度

根据公式(27),可以确定r3最大。因此,综合考虑生产、传输、消费、交易、工业生产链五个环节中蕴含的能源价值,邀请综合能源领域专家打分评估,能够确定所评价的园区综合能源价值所属等级为中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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