環保視角下的區域智能電網低碳效益評價模型構建

段凱 田野 陳瑞

摘 要：隨著我國智能電網的快速發展，逐步形成了電網運行新態勢，要建立低碳效益評估指標模型，結合地區實際情況進行智能電網運行效益的分析，以便制定智能電網效益實現路徑。本文針對地區智能電網低碳效益評價模型進行研究，通過確定指標權重大小，準確分析不同地區智能電網在推動低碳發展上的作用，為區域智能電網建設提供借鑒。

關鍵詞：智能電網;組合權重;低碳效益評價

中圖分類號：TM715;F416 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）05-0043-03

Construction of Low Carbon Benefit Evaluation Model for Regional Smart Grid from the Perspective of Environmental Protection

Duan Kai， Tian Ye， Chen Rui

（Luoyang Power Supply Company of Henan Electric Power Company，Luoyang 471000， China）

Abstract：With the rapid development of Chinas smart grid， a new situation of grid operation has gradually formed. It is necessary to establish a low-carbon benefit evaluation index model and analyze the benefits of smart grid operation in combination with the actual conditions in the region in order to formulate the path to achieve the benefits of smart grid. This paper studies the evaluation model of low-carbon benefits of regional smart grids. By determining the weight of indicators， it accurately analyzes the role of smart grids in different regions in promoting low-carbon development， and provides a reference for regional smart grid construction.

Key words：smart grid; combined weight; low-carbon benefit evaluation

0 前言

現代社會環境下，碳排放目標為智能電網建設提出了約束，要通過地區智能電網發展，來達到較大低碳效益。由于智能電網具有高效、清潔、低碳等特性，在優化能源結構方面有現實意義，能發揮輸配電多個環節中的低碳優勢，是未來我國電網行業主要發展方向。要想實現智能電網低碳效益最大化，需要構建低碳效益評價模型，以便保證智能電網建設合理化。

1 智能電網低碳效益

了解智能電網低碳效益內涵，是保證低碳效益評價科學性的關鍵。智能電網推動低碳發展是基于低碳經濟觀念上的。通常來講，低碳經濟是指具有低污染、低能耗等特征的經濟運行模式，旨在減少碳污染，是社會持續發展的前提條件，需要從能源節約角度出發，注重能源高效利用。

當前我國智能電網規劃逐步落實，已經形成低損耗、大容量的電網系統。隨著智能電網規模的擴大，能全面提高區域內低碳發展水平。具體來說，智能電網低碳效益內涵包括以下2點：①低碳效益衡量關鍵為二氧化碳排放量減少程度;②低碳效益的實現包括直接和間接兩種途徑，直接途徑是指從發電側入手，減少煤炭等燃料的使用，間接途徑為提高電網輸電效益，減少電網運行過程造成的電量損耗。

2 智能電網低碳效益評價模型的構建

2.1 關鍵指標的選取

首先在發電側方面的低碳效益指標選取上，主要考慮化石能源、清潔能源占比等，可準確反映發電側低碳效益。其中清潔能源包括風能、熱能、太陽能等多個種類，實際建設智能電網時，要注重清潔能源在發電側的運用，清潔能源占比的增多，可取得較好節能減排效果。計算公式為：

清潔能源占比=能源消費/一次能源消費

清潔能源實際發電占比是指清潔能源在一定時間內占區域發電總量的占比，需要將其看做是重要的發電側低碳效益評價指標[1]。另外，在清潔能源減排量方面，可通過計算清潔能源在評價周期內發電過程中減少的碳排放量求得。另外，還需要考慮電網側的低碳效益評價指標，針對電網系統運行可靠性和建設技術對低碳效益實現的影響，具體評價電網發電側碳排放效益。在全網綜合線損方面，應考察電網線損率來判斷損失的電量。電網線損計算公式如下：

綜合線損率=（全地區電站輸入電網電量總和-用戶用電總和）/全地區電站輸入電網電量總和×100%

同時還要計算供電可靠率，是反映電網性能的重要指標，要在加強電網可靠性的基礎上，促進電網低碳發展。其中供電可靠率=（有效配電時間/統計時間）×100%。最后，從用戶側出發進行電網低碳效益分析時，可選擇智能電表數、電動汽車充電裝置數量以及平均用電負荷大小等評價指標。具體的智能電網低碳效益評價指標如表1所示。

2.2 指標權重分析

為了保證智能電網低碳效益評價結果準確性，在確定評價指標后，還要進行指標權重分析。不同類型的評價指標有不同量級和單位，需要進行各個指標的無量綱化處理，假設有n個評價指標，原始評價數據X=（xij）m×n，進行評價指標統一處理時，可利用以下處理公式：

假設>0，可通過這一處理公式的運用，進行文本數據統一處理。在主觀權重評價方面，本次主要利用層次分析法來判斷不同指標的權重大小，由專家對準則層、指標層、目標層元素間的權重關系進行對比，建立A-U評價矩陣，之后可進行分析結果和實際情況的一致性檢驗。另外，還需要確定客觀權重，利用熵權法來衡量系統內各評價指標的重要程度。通過對評價指標進行賦權，可實現評價對象信息的量化處理，從而簡化指標權重分析過程。對于有n個評價指標的方案，權重分析計算步驟如下：首先利用歸一化方法進行指標的規范化處理，之后進行指標的同度量化處理，計算某一指標在總評價體系中的比重值。運用熵權法確定指標權重時，可采取以下計算公式：

在通過上述方法得到各項指標的主觀權重和客觀權重后，還要確定指標綜合權重，可采取線性加權法，確定主觀權重和客觀權重對應的系數?？偟膩碚f，在進行區域智能電網的低碳效益評價時，應做好指標選擇工作，確定指標體系建立原則和獲取需要，之后從電網側、發電側和用戶側等角度出發，進行評價指標的解釋和權重分析，采用層次分析、熵權法確定指標權重，方便之后電網低碳效益的評價。

2.3 智能電網低碳效益評價模型的構建

2.3.1 灰色關聯度評價模型

進行智能電網低碳效益評價模型構建時，可選擇灰色關聯度評價模型，能總結數據間的客觀規律，利用數據間的關聯性，得到最終評價結果。不同數據間存在一定內部規律，這一方法是比較樣本方案中數據序列的曲線相似性，根據數據序列曲線間的相似程度，來衡量不同數據間的關聯程度。關聯性越大則曲線相似性越大?；疑P聯度評價模型在一些小容量的樣本方案和難以定量化處理的評價指標上有較強適用性，使其能很好應用在智能電網的低碳效應評價上。傳統的灰色關聯度方法還存在一定局限，主要體現在各指標重要程度沒有考慮到曲線關聯度比較上，導致評價結果容易出現偏差[2]。從智能電網低碳排放效果進行分析時，低碳效益涉及的影響因素較多，包括需求側管理、輸配電質量、終端接入的充電設施數量、清潔能源發電占比等，不同因素產生的影響程度不同。而改進后的灰色關聯度分析方法，加大對了評價指標權重關系的考慮，可確保評價結果有較高參考價值。

另外，如果數據序列是根據灰色關聯度計算得出的，則全部指標關聯系數總和是一個固定值，盡管不同指標對應的關聯系數發生變化，但是評價方案之間關聯度是不變的，這種評價不符合智能電網運行效益評價規定。在采用灰色關聯度方法時，曲線間關聯大小和各個指標關聯系數有關，當忽視這一問題時，會造成評價結果不準確。而利用改進后的灰色關聯度法評價智能電網低碳效益時，可構建指標矩陣，將原始矩陣進行歸一化，之后建立加權矩陣，可由加權矩陣得到理想解，計算樣本方案理想解和對應指標的關聯系數。根據關聯系數比較參考序列數列曲線和比較序列相似度，還能對比不同曲線關于某個指標的關聯性。關聯度大小可通過以下公式求得：

按照上述公式計算各方案的關聯度大小，之后進行關聯度值的比較，一般來講關聯系數越大，說明方案越好。

2.3.2 逼近理想法評價模型

理想法評價模型原理是計算各預選方案和理想解間的差距，比較差異大小進行方案排序，其中最為接近正理想解的方案為最優方案。這一評價模型在多目標決策方案對比分析上有較好應用。在智能電網低碳效應分析方面，可利用理想法分析不同方案對智能電網運行效益產生影響的大小。傳統理想法是在計算歐氏距離后，判斷理想方案和預選方案間的差異性，實際計算結果容易出現和正負距離點相差不大的現象，不能保證分析結果準確反映不同方案間的排列順序。

本文在利用逼近理想評價法時，確定了一個假設的負理想點來代替原有負理想點，再次進行理想方案和預選方案間貼合度的計算[3]。假設有m個評價方案，選定n個評價指標，根據不同評價對象對應的指標值，可建立原始矩陣，之后采用指標無量綱化處理方式進行矩陣規范處理，可得到決策矩陣。各評價指標對應各自的權重系數，還要結合指標權重系數構建加權矩陣，同時還要計算方案的正負理想解。之后確定虛擬理想點，在此基礎上計算歐式距離，假設不同樣本到理想樣本間距為D1和D2，通過計算虛擬理想點到決策點的距離求得。計算公式為：

而在貼合度計算上，可通過公式C=D1/D1+D2計算，貼合度越大，說明決策樣本更加貼合理想樣本，應優先選擇這類方案。根據貼合度大小來進行智能電網建設方案的排序，能得到最佳決策方案，確保電網系統運行過程中能取得較好低碳效益。實際利用逼近理想法進行電網系統低碳效益評價時，需要結合地區實際情況確定虛擬理想點，保證計算結果準確性。

3 智能電網低碳效益實現路徑

為了提高智能電網運行時的低碳效益，需要采取以下實現路徑：一是發電環節，要積極采用熱能、風能等清潔能源，推動核電、水電、風電等發電形式的大規模發展，有利于提高發電側清潔能源的使用占比。在清潔能源大量使用的情況下，實現集中式發電，能達到減少二氧化排放量的效果。二是在輸配電環節，應通過智能調度技術的使用，按照二氧化碳排放情況進行發電機組的排序，在保障供電穩定的條件下，優先選擇清潔能源的發電方式[4]。三是在配電環節，應采取分布式發電方式來提高電力資源利用率，在終端接入更多利用清潔能源的分布式電源。同時還要提供電力調度靈活性，適當增加清潔能源在電網體系中的占比，以便提高供電網絡低碳效益。四是從輸電環節入手，提供提高輸電網絡可靠性，利用先進的輸電技術來實現電力實時輸送，降低電力輸送過程中產生的線損，有利于提高輸電效率，發揮供電系統運行功能。總的來講，智能電網建設方案較多，要求技術人員能結合地區具體供電情況，以提高電網低碳效益為目的，科學選擇電網建設方案，通過以上智能電網低碳效益評價方法的運用，可幫助工作人員選出最優方案，達到預期建設目的。

4 結論

綜上所述，智能電網在區域低碳經濟發展上有促進作用，加大對智能電網低碳效益的評價，對實現我國電力系統減排目標有重要意義，有利于區域經濟良好發展。當前我國智能電網涉及面廣，不同地區智能電網對應的低碳效益不同，因此，需要建立智能電網低碳效益評價模型，旨在提高評價結果準確性，提高低碳發展效益，保證智能電網建設可行性及合理性。

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