基于AHP的海上風電場選址方案研究

孫啟碩，劉三明，王致杰

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基于AHP的海上風電場選址方案研究

孫啟碩，劉三明，王致杰

（上海電機學院 電氣學院，上海 201306）

隨著陸上風電場建設的穩步有序發展，海上風電場的發展也進入了新的階段。影響海上風電場選址的因素眾多，簡單定性分析無法完成系統化定量評價，因此，采用AHP（層次分析法）進行評價研究與決策，分析影響海上風電場的各個因素，整理歸納，進而確定海上風電場選址的評價指標體系；采取AHP建立對海上風電場選址的評價模型；對相應實例進行量化分析和評價，驗證該評價模型的有效性，而采用AHP有利于優化選址決策。

層次分析法；海上風電場；海洋風資源；海洋環境

在對新能源的開發與利用不斷深入研究的背景下，海洋風資源得到了更廣泛的關注，建立海上風電場勢在必行[1-5]。在以往開發海洋風資源的過程中，海上風電場帶來了諸如影響沿海地區后續各項海洋開發活動、與生態自然保護區重疊沖突等問題，海上風電場的運行維護等也與其所在的海洋環境密切相關[6-9]。這些問題凸顯了海上風電場選址的重要性，要求提出一種合理的評判方法進行海上風電場選址決策。本文采用的層次分析法是一種權重決策分析方法[10]，通過劃分因素層次、構建判別矩陣、求權重向量并計算一致性3個環節[11]，實現對比、判斷、評價及決策，為最佳方案的選擇提供了更加科學、直觀的依據[12]。其決策關鍵在于將影響海上風電場的各個因素層次化并以此確定各因素的權重。

1 確定海上風電場選址評價指標

海上風電場具有風力資源較為豐富、不占用土地資源與在空間上具有排他性等特點；而在選址方面既與陸上風電場選址有相近之處，又因地處海洋而具有獨特的要求。分析影響海上風電場選址的具體因素，以此構建海上風電場選址評價指標體系，如表1所示。對于具體海上風電場工程的選址情況，構建海上風電場選址適合度評判集{非常適合，比較適合，一般，比較不適合，非常不適合}，并分別賦值得海上風電場選址適合度向量（100，50，0，－50，－100）。

2 建立海上風電場選址評價模型

2.1 確定各指標權重

為了確定各個指標對于系統評定過程中所對應的重要程度，邀請相關專家對各指標元素之間按重要性由1～9賦值，相應倒數表示“如果選取的兩指標相比，前者較后者為以上整數，則后者較前者為其倒數”。

由此得目標層-準則層判別矩陣與4個指標層間判別矩陣，如表2、表3、表4、表5和表6所示。

表1海上風電場選址評價指標體系

目標層準則層（一級指標）因素層（二級指標） 海上風電場選址A規劃海上風電場規模B1風機數量C11 風電場總容量C12 計劃占地面積C13 經濟性因素B2風能資源C21 并網條件C22 城市發展C23 建設條件C24 規模化C25 排他性因素B3生態環境C31 通信電纜等C32 航船航線C33 其他因素C34 環境因素B4地質條件C41 水文條件C42 災害可能性C43

表2判別矩陣-

AB1B2B3B4 B111/91/81/6 B29123 B381/212 B461/31/21

表3判別矩陣-

B1C11C12C13 C1111/32 C12314 C131/21/41

表4判別矩陣-

B2C21C22C23C24C25 C2115417 C221/511/31/52 C231/4311/42 C2415417 C251/71/21/21/71

表5判別矩陣-

B3C31C32C33C34 C3111/41/51/7 C32411/21/3 C335211/2 C347321

表6判別矩陣-

B4C41C42C43 C4111/21/5 C42211/3 C43531

當矩陣階數為3，4，5時，平均隨機一致性指標分別取值為0.52，0.89，1.12[13]，如果一致性指標與平均隨機一致性指標比值小于0.1，則滿足一致性，近似權向量可以應用于綜合評價；如果不滿足一致性，則需要專家重新賦值評分指標重要性，修正判別矩陣，使其滿足一致性。

2.2 綜合評價

根據層次分析法，先對每一級指標進行綜合，可得每一級所對應的評價指標權重向量，分別為=（0.039 4，0.484 3，0.298 0，0.178 3）；1=（0.238 5，0.625 0，0.136 5）；2=（0.379 3，0.070 6，0.121 3，0.379 3，0.049 5）；3=（0.055 7，0.173 2，0.285 1，0.486 0）；4=（0.122 0，0.229 7，0.648 3）。

計算得一致性比值分別為0.024 9，0.017 5，0.027 9，0.017 0，0.003 5，均符合相應的一致性檢驗標準。

2.3 建立海上風電場選址評價矩陣

為了檢驗海上風電場選址評價模型的有效性，選取坐標約為N21°42′，E112°04′的廣東川山群島沿岸海區一海域進行評價分析，相關情況概況如下。

規劃總裝機容量80 MW，單機容量2.5/3 MW，裝機臺數30臺[14]，用海面積約為315 hm2。年平均風能密度充足。靠近陽江市，有利于滿足該市對于電能的需求，同時有利于地區經濟發展。該選址避開航線密集珠江口外沿岸海區，航線相對較少，避開了水產養殖區域與當地漁船的捕撈區域，減小了風電場對當地漁業的影響。該海域平緩堅實的巖層，不存在嚴重淤積現象，對建設條件需求較低。由離岸距離推測得需要鋪設的海底電纜長度約為16 km。該海域夏季偶有臺風經過，歷史上無其他嚴重自然災害的發生。

由多位專家對14項指標進行評估，通過得到的評估結果明確各指標評價等級，進而完成歸一化處理，并建立廣東川山群島沿岸海區一海域海上風電場指標評價矩陣，如表7所示。

表7廣東川山群島沿岸海區一海域海上風電場指標評價表

一級指標二級指標評價等級wiw 非常適合比較適合一般比較不適合非常不適合 B1C110.830.170000.238 50.039 4 C120.670.330000.625 0 C130.170.660.17000.136 5 B2C210.830.170000.379 30.484 3 C220.500.330.17000.070 6 C230.670.330000.121 3 C240.330.500.17000.379 3 C250.170.330.50000.049 5 B3C3100.330.500.1700.055 70.298 0 C320.500.330.17000.173 2 C330.170.500.33000.2851 C3400.500.50000.486 0 B4C410.500.330.17000.122 00.178 3 C420.330.500.17000.229 7 C43000.330.500.170.648 3

2.4 評價結果分析

由表7中的相關數據對該海域建設海洋風電站的適合度進行綜合評價。通過將適合度評價等級和對應的每一個指標層內權重向量及目標層與準則層間權重向量耦合，可得多級綜合評價權重向量=（0.363 5，0.340 0，0.216 3， 0.060 6，0.019 7）。該海域建設海上風電場適合度數值=×（100，50，0，－50，－100）=48.350 0.該數值在5個適合度等級中靠近較為適合的等級，說明該海域僅較為適合建設海上風電場。工程中應用本方法對海上風電場進行選址時，可對多個備選方案進行綜合評價，選取最合適的方案。

3 結論

層次分析法有條理、有層次地從定性與定量2個方面對海上風電場選址方案進行評價。在對海上風電場選址方案評價上，層次分析法的應用可以有效地綜合專家經驗與各因素影響，為海上風電場的選址提供了更加直觀的數據依據，同時，也具有相應的操作性和適用性，提高了海上風電場選址決策的可靠性。

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2095－6835（2018）23－0088－02

TM614

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.23.088

孫啟碩（1994—），男，碩士研究生，研究方向為新能源發電與電力電子技術。

〔編輯：張思楠〕