基于空間與技術(shù)異質(zhì)性的能源基礎(chǔ)設(shè)施選址決策

葛世龍，黃東梅，吳其陽，于可巧

（南京審計大學(xué)a.工程管理學(xué)院；b.組織人事部，南京 211815）

自20世紀(jì)90年代以來，全球氣候變暖問題已被列為全球性十大環(huán)境問題之首，大力發(fā)展可再生能源被世界各國廣泛認(rèn)為是應(yīng)對全球氣候變化、保障能源安全、促進(jìn)節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的共同選擇[1-2]。近年來，我國先后頒布和制定了《可再生能源法》、《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》、《中國應(yīng)對氣候變化國家方案》、《可再生能源發(fā)展指導(dǎo)目錄》以及《新能源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》等一系列法律和政策法規(guī)，在政府推動、危機(jī)驅(qū)動、市場拉動以及媒體鼓動等多種力量作用下，在能源領(lǐng)域進(jìn)行了大量的投資，我國可再生能源取得長足發(fā)展，尤其新能源裝機(jī)與發(fā)電已成為世界第一。中國政府及國家領(lǐng)導(dǎo)人高度重視可再生能源發(fā)展，指出要密切跟蹤世界新一輪新能源發(fā)展方向，加強(qiáng)新能源技術(shù)研發(fā)，增加對新能源產(chǎn)業(yè)投資，積極發(fā)展核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電等清潔能源。《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃2014～2020年》中明確指出，按照輸出與就地消納利用并重、集中式與分布式發(fā)展并舉的原則，加快發(fā)展可再生能源，堅持統(tǒng)籌兼顧、因地制宜、多元發(fā)展的方針，有序開發(fā)可再生能源。這些都強(qiáng)調(diào)了能源技術(shù)的空間差異性和技術(shù)異質(zhì)性特征。

風(fēng)能、水能、太陽能發(fā)電是可再生能源中發(fā)展速度最快、前景最好的能源品種，它們各有特色，在時間和空間上具有互補(bǔ)性。Jacobson等[3]研究指出，未來將出現(xiàn)低成本的100%風(fēng)能、水能和太陽能組成的系統(tǒng)，Clack 等[4]在指出Jacobson等研究結(jié)論存在重大缺陷的同時，認(rèn)為構(gòu)建一種由各種能源品種組成的廣泛的投資組合以加快能源系統(tǒng)向零排放系統(tǒng)轉(zhuǎn)變是可行的。隨著可再生能源裝機(jī)容量的大規(guī)模增加，我國可再生能源發(fā)展陷入“邊建邊棄”的怪圈，棄風(fēng)棄光問題尤為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，2015 年我國棄風(fēng)棄光總量為386 億k W·h，棄風(fēng)棄光率為14.6%，2016年甚至高達(dá)700 億k W·h。其原因包括：①缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃管理。我國能源供應(yīng)和能源需求呈現(xiàn)倒掛局面，能源供需結(jié)構(gòu)的空間差異性明顯。②可再生能源異質(zhì)性、間歇性顯著。以風(fēng)電、光電為代表的可再生能源發(fā)電的穩(wěn)定性不僅表現(xiàn)在季節(jié)性差異，而且還反映在一天的不同時點(diǎn)差異，這種差異使得電力系統(tǒng)難以精確估計電網(wǎng)的供電量，進(jìn)而影響電網(wǎng)的運(yùn)行和調(diào)度。③調(diào)峰能力不足。區(qū)域電網(wǎng)調(diào)峰能力不足一直是制約我國風(fēng)能太陽能發(fā)電上網(wǎng)的重要因素，這種矛盾又會被我國區(qū)域間的資源稟賦、能源需求和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等方面的空間差異性加劇，導(dǎo)致可再生能源裝機(jī)容量的進(jìn)一步浪費(fèi)[5-8]。為了解決這種矛盾和不穩(wěn)定性就需要在考慮能源技術(shù)的異質(zhì)性及互補(bǔ)性的前提下，綜合電網(wǎng)規(guī)劃、區(qū)域發(fā)展和經(jīng)濟(jì)環(huán)境等空間要素的差異性，進(jìn)行科學(xué)合理地選址與布局。

為了應(yīng)對全球氣候變化與能源安全，提高能源供給質(zhì)量和效益，化解和防范過剩產(chǎn)能，推進(jìn)能源清潔開發(fā)利用，需要合理規(guī)劃傳統(tǒng)能源產(chǎn)能和可再生能源發(fā)展規(guī)模，合理布局能源基礎(chǔ)設(shè)施。能源基礎(chǔ)設(shè)施選址不僅需要考慮能源技術(shù)的異質(zhì)性與互補(bǔ)性，而且還需要充分考慮能源需求、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等空間要素，是一個復(fù)雜決策問題。一般地，可以借助專家知識及以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行能源基礎(chǔ)設(shè)施的選址決策，然而，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、資源稟賦以及決策者偏好不一致，還是一個多指標(biāo)、多準(zhǔn)則問題，使用常規(guī)方法難以得到合意的決策結(jié)果。因此，本文提出一種結(jié)合網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）和多目標(biāo)規(guī)劃的模型，利用ANP方法分析能源技術(shù)的異質(zhì)性及其目標(biāo)的重要性，解決多指標(biāo)問題及指標(biāo)之間的相關(guān)性。通過ANP分析所得權(quán)重構(gòu)建多目標(biāo)規(guī)劃模型進(jìn)行選址，以期為我國政府部門制定多能互補(bǔ)相關(guān)政策、解決棄風(fēng)棄光問題提供決策支持。

1 文獻(xiàn)綜述

選址問題是一項(xiàng)戰(zhàn)略性決策，其影響深遠(yuǎn)且持久。從最初的單一設(shè)施選址到多個設(shè)施選址，從直線、平面上的布局到網(wǎng)絡(luò)上的規(guī)劃，從確定的參數(shù)到隨機(jī)的分布，來源于實(shí)踐的選址研究逐漸從簡單發(fā)展到復(fù)雜，從零散發(fā)展到系統(tǒng)，并隨著應(yīng)用背景的廣泛變化不斷豐富和發(fā)展，涉及物流設(shè)施選址、應(yīng)急設(shè)施選址等[9-14]。

隨著選址理論模型及其應(yīng)用研究的不斷深入，能源系統(tǒng)的選址也越來越受到關(guān)注，主要包括如下研究：

（1）空間因素對選址的影響研究。許多研究指出進(jìn)行正確的空間分析（包括位置識別、合理選址和正確布局）可以減少環(huán)境影響。韋慶明等[15]在實(shí)證分析農(nóng)村改水工程健康效應(yīng)時，指出這種健康效應(yīng)具有正向的空間溢出特征。空間分析在可再生能源可持續(xù)性領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，Mann 等[16]利用Logistic回歸研究了Iowa風(fēng)能發(fā)展的空間因素，涉及風(fēng)速、土地利用、地質(zhì)特征、輸電線、道路和消費(fèi)者分布等。Piyatadsananon[17]認(rèn)為，在地面安裝光伏電站的選址時需要考慮氣候、電網(wǎng)、水資源、土地使用以及地形等空間因素，并指出這些因素可以通過GIS系統(tǒng)獲得。Punt等[18]研究了海上風(fēng)電場選址對海洋環(huán)境的影響，指出風(fēng)電場的合理空間規(guī)劃是經(jīng)濟(jì)與環(huán)境雙贏的關(guān)鍵因素。Uyan[19]結(jié)合GIS和AHP方法研究了土耳其Karapinar地區(qū)的光電場的選址問題。Xu等[20]利用GIS技術(shù)分析了火電廠的位置識別與選址問題，對道路、燃料供應(yīng)、電網(wǎng)可用性和土地利用等因素進(jìn)行了空間分析。Venier等[21]基于地質(zhì)、環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)因素，利用GIS合理性分析給出了沼氣發(fā)電廠設(shè)立的潛在位置。在考慮農(nóng)場規(guī)模大小和交通距離經(jīng)濟(jì)可行性的同時，利用空間統(tǒng)計分析法研究了沼氣發(fā)電廠的最優(yōu)選址。Noorollahi等[22]利用GIS分析了Markazi的風(fēng)能選址問題。

（2）選址的定性指標(biāo)及其分析方法研究。在分析空間因素對選址影響的文獻(xiàn)均指出選址決策包含了多準(zhǔn)則問題，在選址時考慮了許多定性因素，涉及技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、地理和政策等方面[21-24]。AHP廣泛應(yīng)用于多準(zhǔn)則間的重要性比較[19，24-25]，但AHP難以處理準(zhǔn)則間的關(guān)聯(lián)性，其他學(xué)者利用語言Choquet積分算子、模糊積分以及ANP等方法進(jìn)行了研究[23，26-28]。由此可見，開發(fā)出一種有效的工具對于提高選址效率非常重要。

（3）選址的定量模型研究。許多文獻(xiàn)通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型定量化研究選址問題。Cheng等[29]將DEA與二元整數(shù)線性規(guī)劃模型相結(jié)合用于建設(shè)項(xiàng)目選址的投資分析。Lv等[30]以經(jīng)濟(jì)增長、碳排放為目標(biāo)，秸稈供需為約束，構(gòu)建了一個多目標(biāo)混合整數(shù)規(guī)劃模型用于秸稈發(fā)電站的選址研究。Song等[31]建立了雙層多目標(biāo)規(guī)劃模型用于火電廠的選址與布局優(yōu)化問題。由于數(shù)學(xué)規(guī)劃模型難以將定性因素考慮進(jìn)去，也無法確切地給出多目標(biāo)決策中各個目標(biāo)的優(yōu)先級，使得選址結(jié)果難以滿足決策者的要求。

目標(biāo)規(guī)劃被認(rèn)為是可以處理多目標(biāo)問題的有效方法，已廣泛應(yīng)用于可再生能源規(guī)劃、環(huán)境分析、可持續(xù)發(fā)展以及選址。Ramón等[32]構(gòu)建了多源多匯網(wǎng)絡(luò)，考慮多種可再生能源，假定每個備選點(diǎn)均可配置各種能源，但一個地方只能建一個發(fā)電廠，進(jìn)而建立了目標(biāo)規(guī)劃模型用于可再生能源發(fā)電廠選址。Chang[33]改進(jìn)了文獻(xiàn)[32]中的模型，構(gòu)建了一個多目標(biāo)規(guī)劃模型，考慮了電量、投資成本、減排量、創(chuàng)造的工作崗位、運(yùn)行與維護(hù)成本以及距離安全和社會接受度等目標(biāo)，用于分析可再生能源行業(yè)的電源規(guī)劃問題。Ramón等[34]基于環(huán)境投入產(chǎn)出線性規(guī)劃構(gòu)建了一個考慮社會、環(huán)境、能源和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的目標(biāo)規(guī)劃模型，并將其應(yīng)用于西班牙環(huán)境政策分析，便于政策制定者檢驗(yàn)不同的目標(biāo)以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。Nixon等[35]利用目標(biāo)規(guī)劃分析了印度Punjab的熱解裝置的選址問題。基于股東對資本成本、投資回報期和生物制油及發(fā)電的生產(chǎn)成本的要求，同時考慮選址、設(shè)施大小和數(shù)量、下游能源應(yīng)用以及原料加工的最優(yōu)決策，從而實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的最優(yōu)設(shè)計。然而，由于存在不確定性以及信息不完全，決策者有時難以決定每個目標(biāo)的特殊值。對于多重選擇問題而言，目標(biāo)之間的沖突無法由單一的目標(biāo)規(guī)劃解決，文獻(xiàn)[33]中構(gòu)建了多重選擇目標(biāo)規(guī)劃可以滿足決策者對多目標(biāo)的需求。

（4）多能互補(bǔ)選址研究。能源技術(shù)具有異質(zhì)性，需要充分考慮各種能源技術(shù)的優(yōu)劣勢，并考慮多能互補(bǔ)的優(yōu)勢，進(jìn)行能源基礎(chǔ)設(shè)施的綜合選址[3-4，32-33]。Aydin等[36]利用GIS 分析了混合的可再生能源系統(tǒng)。Wu等[37]基于理想物元可拓法研究了風(fēng)電混合電站的宏觀選址問題。Vasileiou等[38]利用GIS與MCDM 方法研究了希臘海上風(fēng)電和海浪能混合系統(tǒng)的選址問題。盡管如此，文獻(xiàn)中較少考慮多種能源間的協(xié)同效應(yīng)，以及與已有設(shè)施之間的協(xié)同，尤其當(dāng)前棄風(fēng)棄光現(xiàn)象嚴(yán)重的情況下，合理匹配多種能源及其合理選址對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。

由此可見，現(xiàn)有文獻(xiàn)對單一能源的選址問題已展開廣泛的研究，尤其是風(fēng)能、生物質(zhì)、垃圾發(fā)電等新能源選址，文獻(xiàn)中不僅強(qiáng)調(diào)了空間因素對能源選址決策的重要作用，而且還研究了多能互補(bǔ)系統(tǒng)選址問題。盡管現(xiàn)有文獻(xiàn)對能源技術(shù)異質(zhì)性和空間差異性進(jìn)行了較為深入的研究，但是缺少對選址決策所涉及的多指標(biāo)、多準(zhǔn)則之間的關(guān)聯(lián)性以及多能互補(bǔ)的協(xié)同效應(yīng)的研究。本文通過ANP方法研究多指標(biāo)、多準(zhǔn)則的關(guān)聯(lián)性問題，并確定指標(biāo)的重要性程度，進(jìn)而形成多重選擇目標(biāo)規(guī)劃。在相關(guān)約束中考慮不同能源技術(shù)之間的協(xié)同效應(yīng)，拓展了多能互補(bǔ)選址模型，便于決策者進(jìn)行科學(xué)決策。

2 能源基礎(chǔ)設(shè)施選址問題描述

2.1 能源基礎(chǔ)設(shè)施選址的空間差異性及其評價準(zhǔn)則

空間分析對于選址研究至關(guān)重要，許多研究指出進(jìn)行正確的空間分析（包括位置識別、合理選址和正確布局）可以減少環(huán)境影響。這不僅充分考慮了區(qū)位差異，而且還結(jié)合了技術(shù)異質(zhì)性。GIS被廣泛應(yīng)用于空間分析，也有許多文獻(xiàn)從多指標(biāo)、多準(zhǔn)則角度來刻畫選址的空間差異性，在可再生能源選擇以及能源發(fā)電廠選址相關(guān)文獻(xiàn)中對選址準(zhǔn)則展開了廣泛的討論，文獻(xiàn)[21-24]中總體可以歸結(jié)為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會等方面，文獻(xiàn)[28]中還增加了政治方面。文中在能源基礎(chǔ)設(shè)施選址分析時只考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會4個準(zhǔn)則，根據(jù)文獻(xiàn)，這些準(zhǔn)則由具體指標(biāo)進(jìn)行度量，衡量技術(shù)準(zhǔn)則的指標(biāo)包括效率、可靠性、資源可用性、投資能力、技術(shù)成熟度和技術(shù)風(fēng)險；衡量經(jīng)濟(jì)方面的指標(biāo)包括投資成本、運(yùn)行和維護(hù)成本、研發(fā)成本、投資回報率和生產(chǎn)成本；衡量環(huán)境方面的指標(biāo)包括溫室氣體排放、土地利用、噪聲、生態(tài)系統(tǒng)影響和環(huán)境風(fēng)險；衡量社會方面的指標(biāo)包括社會效益、社會可接受度、工作創(chuàng)造和健康風(fēng)險。由此可以形成選址的三級層次結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 能源基礎(chǔ)設(shè)施選址的層次結(jié)構(gòu)

圖1中，第1層是能源基礎(chǔ)設(shè)施選址的最終目標(biāo)，第2層是準(zhǔn)則層，分為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會4個方面，第3 層是指標(biāo)層，分別用于度量相應(yīng)的準(zhǔn)則。

2.2 能源技術(shù)的異質(zhì)性及互補(bǔ)性分析

風(fēng)能、水能、太陽能發(fā)電在可再生能源中占比最大，且發(fā)展速度最快、發(fā)展前景廣闊，不同技術(shù)的資源條件不同，呈現(xiàn)出異質(zhì)性，導(dǎo)致區(qū)域發(fā)展不平衡，需要因地制宜。同時，各種能源技術(shù)又在時間和空間上具有互補(bǔ)性，通過取長補(bǔ)短、合理布局能夠提高能源保障能力，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。因此，多能互補(bǔ)被認(rèn)為是一種更高效、可靠的發(fā)電方式，在能源基礎(chǔ)設(shè)施選址時考慮多能互補(bǔ)至關(guān)重要。在具體選址研究中，由于指標(biāo)反映的空間差異性和技術(shù)異質(zhì)性、互補(bǔ)性，研究指出，選址的決策準(zhǔn)則之間存在著復(fù)雜的交互影響，如果用簡單的AHP探析其內(nèi)在含義，將使得決策不夠準(zhǔn)確[23，26-28]。由于存在關(guān)聯(lián)性，圖1 中的屬性關(guān)系不再是簡單的獨(dú)立關(guān)系，它們有時相互依賴，有時會產(chǎn)生反饋效應(yīng)，指標(biāo)層的交互作用也會導(dǎo)致屬性間的交互效果，其復(fù)雜關(guān)系如圖2所示。

圖2 準(zhǔn)則及指標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系

以社會與環(huán)境之間的交互關(guān)系為例來說明圖2的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。社會與環(huán)境之間的關(guān)系廣受公眾關(guān)注，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能的可持續(xù)性是由社會和環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)同反饋?zhàn)饔眯纬傻摹Ｒ粋€地區(qū)的人口增長是由當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境容量所決定，相應(yīng)地，人類活動也影響著物理和生物環(huán)境。環(huán)境承載能力是動態(tài)的，隨著生命支持系統(tǒng)退化而降低，也會隨著新的環(huán)境改善技術(shù)的使用而提高。

除此之外，能源技術(shù)的互補(bǔ)性主要體現(xiàn)在項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)性，主要包括3種類型：①資源相關(guān)性，是指能源基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目間共享場地和電網(wǎng)設(shè)施，相同的人員等資源，同時實(shí)施兩個或更多項(xiàng)目需要的資源，比單個實(shí)施這些項(xiàng)目需要更少的資源；②效益相關(guān)性，是指當(dāng)兩個相關(guān)的項(xiàng)目共同作用時，能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而使總的效益提高；③技術(shù)相關(guān)性，是指在開發(fā)一個能源項(xiàng)目時需要開發(fā)一個相關(guān)項(xiàng)目。因此，在能源基礎(chǔ)設(shè)施選址決策時不僅要關(guān)注資源的空間分布，還要關(guān)注技術(shù)關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而可以共享有價值的資源，從而使得總的資源消耗減少。尤其在當(dāng)前產(chǎn)能過剩、棄風(fēng)棄電棄水嚴(yán)重的情形下，如何利用好與已實(shí)施項(xiàng)目間的協(xié)同問題，并考慮到資金分配的問題，對于提高資源利用率和效益至關(guān)重要。

2.3 能源基礎(chǔ)設(shè)施選址的一般描述

能源基礎(chǔ)設(shè)施選址問題是一個多源多匯問題，即多種能源技術(shù)、多個備選地址。本文基于文獻(xiàn)[32-33]，給出多源多匯網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)，設(shè)定m種能源技術(shù)，n-m個備選地址，如圖3所示。

評估這m種可再生能源技術(shù)的指標(biāo)可以從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會等方面展開（見圖1），包括發(fā)電量、投資成本、年CO2減排量、工作崗位創(chuàng)造、運(yùn)行和維護(hù)成本以及電站的距離、社會可接受度等，可以根據(jù)實(shí)際情況獲得相應(yīng)數(shù)值，并結(jié)合國家能源規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景設(shè)定了理想值作為優(yōu)化目標(biāo)值。最后，得到可再生能源的選址決策。

圖3 多源多匯網(wǎng)絡(luò)

由此可見，關(guān)聯(lián)性是能源技術(shù)項(xiàng)目的重要特性之一，關(guān)聯(lián)性原理要求在能源基礎(chǔ)設(shè)施選址時，不僅要考慮備選項(xiàng)目多屬性間的關(guān)聯(lián)性，還要考慮能源項(xiàng)目間、及其與已實(shí)施項(xiàng)目間的關(guān)聯(lián)問題。本文通過ANP方法分析指標(biāo)、準(zhǔn)則的關(guān)聯(lián)性，并得到眾多目標(biāo)之間的重要性排序。進(jìn)而，考慮多能互補(bǔ)系統(tǒng)的協(xié)同效應(yīng)，詳細(xì)描述能源基礎(chǔ)設(shè)施選址決策的多重目標(biāo)約束及多種資源約束。最后，結(jié)合權(quán)重考慮各目標(biāo)偏差的多重目標(biāo)規(guī)劃模型進(jìn)行選址決策。

3 ANP與多重選擇目標(biāo)規(guī)劃模型構(gòu)建

本文利用ANP確定用于不同選址目的的定性評價指標(biāo)的權(quán)重，建立多重選擇目標(biāo)規(guī)劃模型對備選地址進(jìn)行定量研究。因此，綜合ANP 與多重選擇目標(biāo)規(guī)劃模型研究能源基礎(chǔ)設(shè)施選址的流程如圖4所示。

圖4 ANP與多重選擇目標(biāo)規(guī)劃模型分析流程

3.1 空間差異性和準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)性的ANP分析

AHP方法廣泛應(yīng)用于多指標(biāo)決策問題，它對于解決多層次、多目標(biāo)的大系統(tǒng)優(yōu)化問題很有效。在傳統(tǒng)的AHP方法中，同一層次中的元素被認(rèn)為是彼此獨(dú)立的，這種遞階結(jié)構(gòu)雖然給處理系統(tǒng)問題帶來方便，同時也限制了它在復(fù)雜決策問題中的應(yīng)用。實(shí)際的決策問題不具有很清晰的層次結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈兩婕吧稀⑾聦右蛩亻g的相互作用和依賴性問題。這樣構(gòu)造的問題就涉及一個反饋的過程，具有網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。因此，需用ANP 來解決項(xiàng)目及指標(biāo)間的相關(guān)性問題。

能源基礎(chǔ)設(shè)施選址的關(guān)聯(lián)性分析一般過程包括：①識別值得考慮的多種指標(biāo)，并建立指標(biāo)的關(guān)系圖，得到反映指標(biāo)關(guān)聯(lián)程度的關(guān)聯(lián)矩陣；②確定指標(biāo)間或項(xiàng)目間的影響程度，比較所有項(xiàng)目在每個指標(biāo)下的重要程度，用1～9標(biāo)度來衡量，反映在兩兩比較的重要性矩陣中；③得到全部備選地址的優(yōu)先級別及其權(quán)重。

3.2 多重選擇目標(biāo)規(guī)劃

目標(biāo)規(guī)劃能夠處理單個主目標(biāo)與多個目標(biāo)并存，以及多個主目標(biāo)與多個次目標(biāo)并存的問題，通過平衡各標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度，使得每個目標(biāo)函數(shù)的偏差之和最小。Chang[39]構(gòu)建了多重選擇目標(biāo)規(guī)劃，允許決策者為每個目標(biāo)設(shè)定多重選擇的預(yù)期水平，以防低估了決策。其模型形式為：

式中：ωi為目標(biāo)函數(shù)的正偏差的權(quán)重，是由ANP方法計算所得；分別為第i個目標(biāo)的正負(fù)偏差；n為目標(biāo)的個數(shù)為針對第i個目標(biāo)關(guān)于備選位置的線性函數(shù)；gi為第i個目標(biāo)的預(yù)期水平，gi，max、g i，min分別為g i的上限和下限值分別為或的正負(fù)偏差值；m、l分別為能源種類和能源基礎(chǔ)設(shè)施備選位置的數(shù)目，假設(shè)某些備選位置間存在著關(guān)聯(lián)性，備選項(xiàng)目與已實(shí)施項(xiàng)目同樣存在關(guān)聯(lián)性。用A、B分別表示備選和已實(shí)施的能源基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目編號的集合，記A= ｛1，2，…，m｝，B= ｛1，2，…，l｝；定義x i、y i為：

顯然，多重選擇目標(biāo)規(guī)劃是目標(biāo)規(guī)劃的線性形式，在達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的同時實(shí)現(xiàn)最優(yōu)選址。

3.2.1考慮技術(shù)異質(zhì)性和互補(bǔ)性的目標(biāo)設(shè)定

在利用多重選擇目標(biāo)規(guī)劃分析之前，需要明確設(shè)定的目標(biāo)及各種約束條件。本文中的目標(biāo)即是能源基礎(chǔ)設(shè)施選址的準(zhǔn)則（也可以直接設(shè)定評價指標(biāo)為目標(biāo)），在給定的決策環(huán)境中，要全部或部分達(dá)到的目標(biāo)，即經(jīng)濟(jì)目標(biāo)、環(huán)境目標(biāo)、技術(shù)目標(biāo)和社會目標(biāo)[40]。系統(tǒng)約束是指對決策變量進(jìn)行限制的條件，確保項(xiàng)目選擇是可行的，如資源約束、強(qiáng)制性約束等。

（1）經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。根據(jù)前面分析可知，可以用電站總成本來度量經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，總成本包含運(yùn)行與維護(hù)成本、投資成本、研發(fā)成本和生產(chǎn)成本等。由于能源品種間存在協(xié)同效應(yīng)，實(shí)施兩種或更多的能源比單獨(dú)實(shí)施這些項(xiàng)目帶來更多的效益（如保障供電穩(wěn)定性）。經(jīng)濟(jì)目標(biāo)要求實(shí)現(xiàn)電站總成本最小化，且假設(shè)只考慮兩種能源間的協(xié)同效應(yīng)，則經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)為

式中：i，j∈A，k∈B，K為已實(shí)施能源種類；ci、cij、ciK分別為單獨(dú)實(shí)施第i種能源需要的成本，同時實(shí)施第i、j種能源減少的成本（考慮備選能源品種之間協(xié)同效用下能夠減少的成本），同時實(shí)施第i種能源與已實(shí)施的第K種能源減少的成本（考慮與已實(shí)施能源品種之間協(xié)同效應(yīng)下能夠減少的成本，這里不需考慮選址問題，只需匹配能源品種即可），且ci，cij，ciK≥0。

實(shí)測距離采用商用精度為1 mm的激光測距儀定標(biāo)，圖7(a)為實(shí)際采樣到的波形，前一個為激光發(fā)射波形，后一個為接收回波波形，飽和度為500%.圖7 (b)中傳統(tǒng)形心算法、窗寬自適應(yīng)形心修正算法的誤差頻率分布分別為-3.3～-2.4 ns、0～0.7 ns，窗寬自適應(yīng)形心修正算法精度有較大提升，但由于實(shí)測波形的微變形導(dǎo)致誤差范圍偏移.在飽和度50%～1 000%下計算窗寬自適應(yīng)形心修正算法誤差平均值Ec，并基于實(shí)測波形對偏移進(jìn)行修正，即

（2）技術(shù)目標(biāo)。一些項(xiàng)目投資失敗是由于技術(shù)或管理問題造成，選用不恰當(dāng)?shù)哪茉促Y源往往會造成項(xiàng)目失敗，進(jìn)而影響選址決策。因此，技術(shù)目標(biāo)可以從風(fēng)險角度進(jìn)行度量。風(fēng)險涉及很多方面，如技術(shù)成熟度、技術(shù)效率、技術(shù)可靠性以及資源的可用性等。由于實(shí)際中對風(fēng)險的確定很復(fù)雜，考慮到能源資源間的協(xié)同性，同時實(shí)施兩種或多種能源會降低風(fēng)險。項(xiàng)目風(fēng)險可看成某個項(xiàng)目失敗的可能性，即項(xiàng)目不能成功實(shí)施的可能性。風(fēng)險目標(biāo)要實(shí)現(xiàn)風(fēng)險最小化，則風(fēng)險目標(biāo)函數(shù)為

式中：i，j∈A，k∈B，K為已實(shí)施能源種類；ri、rij、riK分別為單獨(dú)實(shí)施第i種能源的技術(shù)風(fēng)險，同時實(shí)施第i、j種能源能降低風(fēng)險（考慮備選能源品種之間協(xié)同效用下能夠降低的風(fēng)險），同時實(shí)施第i種能源與已實(shí)施的第K種能源降低的風(fēng)險（考慮與已實(shí)施能源品種之間協(xié)同效應(yīng)下能夠降低的風(fēng)險，這里不需考慮選址問題，只需匹配能源品種即可），且ri，rij，riK≥0。

（3）環(huán)境目標(biāo)。環(huán)境目標(biāo)可以從溫室氣體排放以及化石能源使用來度量。關(guān)聯(lián)性問題與前面的目標(biāo)類同，也只考慮兩種能源間的關(guān)聯(lián)，根據(jù)國家政策大力推進(jìn)可再生能源發(fā)展，降低化石能源的比例。因此，實(shí)施多種能源可以減少溫室氣體排放，也會降低化石能源的使用。環(huán)境目標(biāo)應(yīng)實(shí)現(xiàn)溫室氣體排放和化石能源使用的最小化，則環(huán)境目標(biāo)函數(shù)為

式中：i，j∈A，k∈B，K為已實(shí)施能源種類；Ei、Fi分別為單獨(dú)實(shí)施第i種能源的溫室氣體排放和化石能源使用量；Eij、Fij分別為同時實(shí)施第i、j種能源能減少溫室氣體排放和化石能源使用（考慮備選能源品種之間協(xié)同效用下能夠減少溫室氣體排放和化石能源使用）；EiK、FiK分別為同時實(shí)施第i種能源與已實(shí)施的第K種能源減少溫室氣體排放和化石能源使用（考慮與已實(shí)施能源品種之間協(xié)同效應(yīng)下能夠減少溫室氣體排放和化石能源使用，這里不需考慮選址問題，只需匹配能源品種即可），且Ei，F(xiàn)i，Eij，F(xiàn)ij，EiK，F(xiàn)iK≥0。

（4）社會目標(biāo)。社會目標(biāo)主要從社會接受度和創(chuàng)造的就業(yè)機(jī)會兩方面進(jìn)行衡量。社會接受度是指能源使用過程中受到公眾的認(rèn)可度，主要包括成本、噪聲、溫室氣體排放、土地和水資源的使用等因素，一般而言，多種能源的綜合使用會受到公眾的歡迎，因此也需要考慮協(xié)同效應(yīng)。就業(yè)是由能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)后所能創(chuàng)造的工作機(jī)會，由于多種能源協(xié)同時會共享部分人員反而會減少新的工作崗位，但與已實(shí)施項(xiàng)目協(xié)同則會創(chuàng)造新的崗位。對于社會目標(biāo)是追求最大化，其具體函數(shù)形式為

式中：i，j∈A，k∈B，K為已實(shí)施能源種類；πi、Ji分別為單獨(dú)實(shí)施第i種能源的社會接受度和創(chuàng)造的就業(yè)機(jī)會；πij、Jij分別為同時實(shí)施第i、j種能源能提高的社會接受度和減少就業(yè)機(jī)會（考慮備選能源品種之間協(xié)同效用下能夠提高的社會接受度和減少就業(yè)機(jī)會）；πiK、JiK分別為同時實(shí)施第i種能源與已實(shí)施的第K種能源提高的社會接受度和就業(yè)機(jī)會（考慮與已實(shí)施能源品種之間協(xié)同效應(yīng)下能夠提高的社會接受度和就業(yè)機(jī)會，這里不需考慮選址問題，只需匹配能源品種即可），且πi，Ji，πij，Jij，πiK，JiK≥0。

3.2.2考慮技術(shù)異質(zhì)性和互補(bǔ)性的約束分析

式中：i，j∈A，k∈B，K為已實(shí)施能源種類;分別為單獨(dú)實(shí)施第i種能源需要的土地使用量，同時實(shí)施第i、j種能源減少的土地使用量（考慮備選能源品種之間協(xié)同效用下能夠減少的土地使用量），同時實(shí)施第i種能源與已實(shí)施的第K種能源減少的土地（考慮與已實(shí)施能源品種之間協(xié)同效應(yīng)下能夠減少的土地使用量，這里不需考慮選址問題，只需匹配能源品種即可），且是總的可用土地。

（2）偶然性約束。偶然性約束是保證有關(guān)聯(lián)項(xiàng)目能被選擇而設(shè)定的系統(tǒng)約束。A j、Qj是A的一個子集，即A j?｛1，2，…，m｝，Qj?｛1，2，…，m｝。偶然性約束分為兩種形式：①嚴(yán)格互補(bǔ)約束，即項(xiàng)目間是緊密相關(guān)，要實(shí)施項(xiàng)目j時，要求同時實(shí)施Aj中的所有項(xiàng)目，即這些項(xiàng)目要求同時上或同時不上；②從屬關(guān)系約束，即項(xiàng)目j本身有可能被選中，但在實(shí)施中卻有條件的依賴于Qj中至少有一個項(xiàng)目的實(shí)施。

偶然性約束形式①為

偶然性約束形式②為

式中，QO為集合｛1，2，…，m｝的子集。

（3）強(qiáng)制性約束。在能源資源開發(fā)利用中，由于法律、企業(yè)組織的政策或環(huán)境等條件所規(guī)定要實(shí)施的項(xiàng)目，可將已實(shí)施的項(xiàng)目也視為這類。強(qiáng)制性約束形式為：

式中，QM?A。

（4）項(xiàng)目互斥約束。在項(xiàng)目集E?A，最多只能選擇其中一個項(xiàng)目i，則互斥約束形式為

綜上所述，在設(shè)定目標(biāo)預(yù)期值時，應(yīng)與當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況相結(jié)合，尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、資源稟賦、地形地貌以及社會習(xí)俗和文化等，還需要同時考慮國家政策法規(guī)和行業(yè)規(guī)范等約束條件，這樣才能使得決策方案有效可行。

4 模型的應(yīng)用

設(shè)定能源技術(shù)只有風(fēng)電和光電兩種，并有3個備選地址。具體背景數(shù)據(jù)為：結(jié)合文獻(xiàn)[27-28]以及ANP的計算方法，可以計算出能源基礎(chǔ)設(shè)施選址準(zhǔn)則的權(quán)重，如表1所示；選址準(zhǔn)則取值如表2所示；各地對能源的社會可接受度及備選地址的距離如表3所示。

表1 選址準(zhǔn)則及其重要性

表2 選址準(zhǔn)則取值

表3 備選能源的社會可接受度及地址距離

由此可得該應(yīng)用例子的結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 算例中能源基礎(chǔ)設(shè)施選址結(jié)構(gòu)

結(jié)合模型中的目標(biāo)及約束的分析，尤其考慮到協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)而設(shè)定七大目標(biāo)的理想值作為本文的優(yōu)化目標(biāo)，分別為：發(fā)電量不少于65 MW，越高越好；投資成本不得超過4 000 萬/a，越低越好；年CO2減排量不少11×106t，越多越好；工作崗位增加超過25，越多越好；運(yùn)行和維護(hù)成本不能超過100萬元/a，越低越好；電站覆蓋距離盡量超過600 km，越遠(yuǎn)越好；社會可接受度越接近最高水平18越好。

將數(shù)值代入式（1），利用Lingo軟件可以得到結(jié)果，如表4所示。

表4 算例選址結(jié)果

由表4可以看出，發(fā)電量以及年CO2減排量均比預(yù)期結(jié)果要好，結(jié)果相對滿意，該模型用于能源基礎(chǔ)設(shè)施選址分析是有效的。由于算例中只考慮兩種能源技術(shù)，備選地址也只有3個，故問題顯得簡單，所得結(jié)果有一定局限性，難以很好地反映能源技術(shù)的互補(bǔ)性以及協(xié)同效應(yīng)。

5 結(jié)語

我國可持續(xù)能源發(fā)展戰(zhàn)略是貫徹開發(fā)和節(jié)約并重的方針，改善能源結(jié)構(gòu)與布局，能源工業(yè)的發(fā)展以煤炭為基礎(chǔ)，以電力為中心，大力發(fā)展水電，積極開發(fā)石油、天然氣，適當(dāng)發(fā)展核電，因地制宜地開發(fā)新能源和可再生能源，依靠科技進(jìn)步提高能源效率，合理利用能源，減少環(huán)境污染。由此可見，能源品種具有多樣性，在空間分布上存在不均勻性，在進(jìn)行能源基礎(chǔ)設(shè)施投資與選址決策時需要關(guān)注能源品種間的空間與技術(shù)異質(zhì)性，也要關(guān)注資源間的互補(bǔ)性以及項(xiàng)目的關(guān)聯(lián)性。基于此，本文指出，在有限資源成本和一定的風(fēng)險之下進(jìn)行能源基礎(chǔ)設(shè)施選址決策時，不僅需要考慮各備選項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)因素，而且要考慮備選項(xiàng)目與已實(shí)施項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)因素，這樣才能使企業(yè)正確決策，從而獲得最大利潤。本文利用ANP方法分析了能源基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而，構(gòu)建了多重選擇目標(biāo)規(guī)劃模型，為企業(yè)進(jìn)行能源基礎(chǔ)設(shè)施投資及選址決策時提供了一種有效的方法，解決企業(yè)實(shí)施項(xiàng)目的多個目標(biāo)及資源優(yōu)化問題。在未來的研究中需要考慮更多的空間因素，結(jié)合GIS等技術(shù)收集相關(guān)數(shù)據(jù)展開深入分析，還需研究時序相關(guān)、設(shè)施相關(guān)等內(nèi)容。