燃氣冷熱電三聯供項目前期論證評估體系的建立

摘 要

摘要：對燃氣冷熱電三聯供項目進行前期論證是非常重要的。本文根據國家政策和三聯供項目應用情況。采用模糊綜合評估法，構建了項目前期論證評估體系；可輔助決策者從戰略高度評價
摘要：對燃氣冷熱電三聯供項目進行前期論證是非常重要的。本文根據國家政策和三聯供項目應用情況。采用模糊綜合評估法，構建了項目前期論證評估體系；可輔助決策者從戰略高度評價燃氣冷熱電三聯供項目的可行性、選擇項目的啟動時機。
關鍵詞：冷熱電三聯供系統；可行性；模糊數學
The Establishing of the Comprehensive Evaluation Index System for the Preliminary Argument Stage of the Project of the Combined Cooling，Heating and Power
Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture，Beijing(100044)Huang Xuemin，Zhan Shuhui，Cheng Jianfeng
Gas Design Corporation of TaiYuan Shanxi(030024)Zheng Yulong
North China Municipal Engineering Design & Research Institute，Tianjin(300074)Huang Kui
Abstract：Taking a preliminary argument before the launching of the CCHP system is necessary.This article sets up a assessment system for the preliminary argument by fuzzy eomprehensive evaluation method according to national policies and CCHP projection application，and it makes decision-makers to make the diagnoses of the feasibility and seize the launching opportunity from the strategie height.
Keywords：the system of the Combined Cooling，Heating and Power；the feasibility；the Fuzzy Mathematics
    根據國務院發展改革委員會2007年發布的《天然氣利用政策》，小型燃氣冷熱電三聯供系統在我國天然氣利用中屬“優先發展”。雖然有國家政策的指引和扶植，但推廣和發展燃氣冷熱電三聯供系統(簡稱“三聯供系統”)作為一項系統工程，往往因為缺乏具體的目標、規劃指導和項目可行性評價標準，使決策者和投資方產生各種疑問和困惑。已建項目中也存在負荷需求計算失誤和配套設施(消防、電力及燃氣等)設計沖突等情況。因此，對三聯供系統項目進行前期論證評估，以做出科學決策成為必須。
    本文運用層次分析法和模糊數學等數值分析方法，并參考《市政公用工程設計文件編制深度規定》、《燃氣冷熱電三聯供工程技術規程》及具體三聯供項目可行性研究報告文本，嘗試建立三聯供項目前期論證的評估體系。
1 燃氣冷熱電三聯供項目前期論證評估體系
1.1 項目前期論證評估體系的指導意義
    借助項目評估組及專家組成員，按照各自對項目的分析判斷分別對各指標進行評判打分，通過模糊數學的方法計算出該項目的所得分值，根據分值的大小定量論證該項目是否具備開發的條件以及條件具備的成熟度，有助于決策者科學地安排項目的總體進度。
1.2 項目前期論證評估體系的架構
    遵循構建體系的結構性原則，參照實際三聯供項目建設環境，采用二級指標模糊綜合評估法，對三聯供項目建立評估體系：
1.3 項目前期論證評估體系指標解析
    項目前期論證最關注的就是三聯供項目所處的主客觀環境，主要包括3個方面：
    (1) 項目內部及周邊配套的市政設施和可再生能源的現狀和規劃；
    (2) 項目冷熱電負荷大小及需求特性；
    (3) 項目是否符合當前的能源及產業發展政策。
借此，設立一級評判因素集=｛配套條件完善度，負荷(冷熱電)需求特性，產業政策符合度｝，及二級評判因素集，如配套條件完善度=｛市政配套完善度，可再生能源可有效利用程度｝等，如圖1。
 
1.3.1項目開發配套條件
    配套條件主要考慮該項目內部及周邊的市政配套和可再生能源兩方面的現狀和規劃。
    通常，市政配套設施主要關注的是：供燃氣、供熱、供電、供水、供冷、通訊及有線電視及網絡等市政配套。
    可再生能源主要關注的是：地熱、土壤、地表水、地下水、湖水、太陽能、生物質能及氫能等。
1.3.2能源負荷需求特性
    一定規模的穩定熱(冷)負荷、電與熱(冷)負荷之比在0.5～2.5之間及年總體運行小時數在4000h以上是三聯供機組應用的理想負荷特性[1]。
    由穩定的幾百萬平方米的集中供熱系統(DHS)和/或幾萬冷噸(RT)的區域供冷系統(DCS)和50MW以上發電機組容量所形成集成規模化的分布式能源系統(DES)系統，可使三聯供系統經濟|生大大改善。
    電與熱(冷)負荷之比在0.5～2.5之間被認為是相對比較理想的負荷匹配比例，此比例正與現有CCHP系統設備的技術特性(安全可靠性、技術先進性及維護方便性等)相一致。
    年總體運行小時數在4000h以上被認為才能夠快速縮短投資回收期。
    本層主要指標功能是評估項目實際負荷特性與理想負荷特性的接近程度，完全可以借用建筑物的設計負荷，即根據每平方米的冷熱電負荷設計指標來計算建筑物的總冷熱電負荷，對結果產生誤差處于可控范圍內。
    基本符合上述負荷特性的用戶類型如下：城區商業中心、公用事業、中小型制造業工業園區及新開發的城區和房地產小區等[2]。
1.3.3產業政策
    產業政策符合度重點關注的是：能源價格體系和比價(設備/能源)的合理性、政府的協調、規劃及政策到位度及CCHP機組發電與公共電網的相容性[3]。
    能源價格體系和比價(設備/能源)的合理性主要考慮的是：電價-天然氣價的影響、價格和比價的地域差異、天然氣-電價的定價機制及冷、熱價格[3]。
    其中，價格和比價的地域差異：由于各區域發展不平衡，天然氣和電的輸送距離和費用不同。西部能源資源豐富，東南沿海能源匱乏，價格都比西部地區貴很多，但是三聯供所需核心設備大都產于沿海地區，比價(設備/能源)比西部有優勢，綜合考慮，東部沿海更有利于用高效節能的聯供項目。
    政府的協調、規劃及政策應主要考慮：統籌規劃保證集成優化規模效應、電力直供、稅收優惠及天然氣氣價及其供應保障[3]。
    當地政府應將DES/CCHP納入到國家的電力規劃、天然氣發展規劃、城市化規劃和具體的城市建設規劃中[4]。
    三聯供機組發電與公共電網的相容性：三聯供機組與公共電網的并網，提高了整個供電系統的可靠性。同時不可否認，大量的并網必然對電力系統的電網穩定性、網損、電能質量、瞬間負荷以及繼電保護產生不良的影響。但是，并網運行將越來越普遍[5]。因此，應盡快研究并制定出并網的規程和導則，以提高三聯供機組發電與公共電網的相容性[6]。
2 模糊綜合評價方法
2.1 模糊綜合評價的理論依據
    模糊變換原理和最大隸屬度原則。
2.2 模糊綜合評價步驟[7]
    (1) 建立綜合評價因素集
    U=｛U1，U2，…Un｝。
    (2) 建立評語集
    V=｛V1，V2，V3，V4，V5，｝={好，較好，中等，較差，差｝。在評估中，按百分制可將其劃分為表1所示的5個等級。
表1 評估等級給分表
等級分值
很好
較好
一般
較差
很差
分值F
90～100
70～89
60～69
40,59
0～39
    取相應等級的參數向量為：E=｛95，80，65，50，20｝。
    (3) 確立評價因素的權重
    評價因素的權重系數體現了各因素在因素集中的重要程度，具有模糊性。權重A={a1，a2，…，am)，am∈[0，1]，且a1+a2+…+am=1。本文采用層次分析法確定權重。
    (4) 確立評價因素的隸屬度
    首先對U集中Ui作單因素評判，從因素Ui來確定評語集Vj(j=1，2，3…，m)的隸屬度rij，這樣就得到一個Ui的單因素評判集Ri=｛ri1，ri2，ri3，…，rim｝，R就反應了U、V之間存在的某種模糊約束關系：
 
    (5) 評價結果向量化
   評價結果B=A·R。
    (6) 評價結論
    通過計算評估分值F=B·ET，得出評估結論。
2.3 層次分析法(Analytical Hierarchy Process，簡稱AHP)確定權重[8]
    層次分析法首先把問題層次化，然后建立一致判斷矩陣，它表示針對上一層某評價元素，本層次評價元素之間相對重要性的比較。因素之間的比較采用表2所示的標度方法，如某層有評價因素{U1，U2，…，UI，…，Uj，…，Un)，這一層中因素Ui與Uj比較結果為bij。
表2 兩兩因素比較標度取值
相對重要程度
定義
解釋
1
3
5
7
9
2,4,6,8
同等重要
略微重要
相當重要
明顯重要
絕對重要
介于兩重要程度之間
目標i比j同樣重要
目標i比j略微重要
目標i比j重要
目標i比j明顯重要
目標i比j絕對重要
 
由此可構造出判斷矩陣：
 
    根據專家評判，填寫判斷矩陣，求出判斷矩陣最大特征根λmax所對應的特征向量A={a1，a2，…，an)，并將此特征向量歸一化，歸一化處理后的向量元素排序即為各評價因素的重要性排序，同時也是權重分配值。
    需要對判斷矩陣的質量考察，即對矩陣進行一致性檢驗，為了檢驗矩陣的一致性，需要計算其一致性指標CI，定義：
 
    當隨機一致性比率，則判斷矩陣具有滿意的一致性，否則調整判斷矩陣。
表3 平均隨機一致性指標
階數n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
RI
0.OO
0.00
0.58
0.90
1.12
1.24
1.32
1.41
1.45
1.49
1.51
3 案例分析
    利用二級指標模糊綜合評估法，對已經建設運行的三聯供系統項目進行評價、分析，已判斷評估方法的實用性。
3.1 項目概況
    某金融服務區作為北京市金融后臺服務區之一，按照功能定位，園區計劃用5年-8年時間，建設成為基礎設施完備、金融后臺與商業服務并重的國際化金融服務基地，同時注重生態環境建設，形成公園式的產業集聚區。
    北京市正在進行能源結構戰略調整，“無煤化”、“低碳化”是未來北京的發展目標。決策者擬在該園區范圍內擬選用以三聯供系統為主的綜合能源解決方案，解決園區內的全部冷、熱負荷和部分電負荷。
3.2 建立評估因素集
    見圖1。
3.3 評估因素的權重集計算
首先計算一級因素的權重集A=｛a1，a2，a3｝。參照表2，各因素兩兩比較，“負荷需求特性”比“配套條件完善度”相當重要，取5分；“配套條件完善度”比“產業政策符合度”明顯重要，取7分；“負荷需求特性”比“產業政策符合性”略微重要，取3分。由此可得判斷矩陣：
 
其最大特征值λmax(=3.0649)對應的特征向量為A=(0.2，1.0，0.1)，經歸一化處理后得A=(0.2，0.7，0.1)，即為第一級指標的權重｛a1，a2，a3｝，并通過了判斷矩陣的一致性檢驗。
同理還可以算出第二級各因素的權重B1=｛0.8，0.2｝，B2=｛0.6，0.3，0.1｝，B3=｛0.3，0.6，0.1｝，限于篇幅，在此不再贅述。
3.4 模糊綜合評價
項目評價組及專家組成員共10名，按照對項目的分析判斷分別對8個二級因素進行評判，確定因素等級隸屬度，如表4所示。
由上表可知各因素二級指標評價矩陣為：
 
由Ci=Bi·Ri，可得二級評價結果，將其歸一化處理后得：
C1=(0.36，0.30，0.24，0.1，0)；
C2=(0.50，0.26，0.16，0.09，0)；
C3=(0.38，0.20，0.12，0.23，0.07)。
由此結果構成一級指標評價矩陣為：
 
表4 該金融服務區聯供項目前期論證體系的模糊綜合評判表
一級指標
權重
二級指標
權重
等級
很好
較好
一般
較差
很差
配套條件完善度
0.2
市政配套完善度
0.8
0.4
0.3
0.2
0.1
O
可再生能源可有效利用程度
0.2
0.2
0.3
0.4
0.1
O
能源需求特性
0.7
一定規模穩定熱(冷)負荷
0.6
0.6
0.2
0.2
0
O
電與熱(冷)比接近0.5-2.5的程度
0.3
0.4
0.3
0.1
0.1
0.1
年總體運行小時數超過4000h
0.1
0.3
0.6
0.1
O
0
產業政策符合度
0.1
能源價格體系和比價合理性
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.2
政府協調、規劃及政策到位度
0.6
0.4
0.2
0.1
0.3
0
三聯供機組發電與公共電網相容性
0.1
0.5
0.2
O
0.2
0.1
    由D=A·R，可得出一級評價結果為D=(0.46，0.26，0.17，0.1 1，0.01)，按照評語集等級給分原則，得出該項目總得分：
    F=D·ET=(0.4 6，0.2 6，0.17，0.11，0.01)·(95，80，65，50，20)T=81.25
    對照評估等級給分表：81.25∈[70，89]，評價的結果為較好等級，說明該項目的開發主客觀條件成熟度很高。
3.5 評價結論
    該金融園區啟動三聯供系統為主的綜合能源解決方案主客觀條件已完全具備，開發時機已相當成熟。
4 結論
    (1) 啟動三聯供項目前期論證非常重要的，本評估指標體系適用于燃氣小型三聯供系統項目前期的論證、評價。
    (2) 二級指標模糊綜合評估法應用于三聯供項目的評估時，評判因素及取值簡單、明確，結論清晰、科學，避免人為因素的影響。
    (3) 借助本評估體系定量分析、論證三聯供項目是否具備開發的條件以及條件具備的成熟度，可以輔助決策者從戰略高度判斷項目的可行性，在適宜的時間啟動三聯供項目的建設，并科學合理地安排項目的總體進度；輔助投資者安排資金合理利用。
參考文獻
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8 趙煥臣.層次分析方法[M].北京：科學出版社，1986：112～113
 
(本文作者：黃學敏1 詹淑慧1 程建鋒1 鄭玉龍2 黃葵3 1.北京建筑工程學院 100044；2.太原市燃氣設計有限公司 030024；3.中國市政工程華北設計研究總院 300074)