陸圣芝，曹俊杰，周峰，金城，陳正華

（國網(wǎng)江蘇省電力公司揚州供電公司，江蘇 揚州 225000）

隨著全球能源危機與環(huán)境問題的日益突出，能源互聯(lián)網(wǎng)、綜合能源系統(tǒng)（integrated energy system，IES）等概念被提出，并在近幾年能源領(lǐng)域中被廣泛采用[1-2]。IES是能源互聯(lián)網(wǎng)的物理載體[3]，是適應能源行業(yè)變革、促進能源互聯(lián)網(wǎng)推進的重要支撐，其包含了冷、熱、電、氣等不同能源系統(tǒng)領(lǐng)域[4]。依據(jù)IES的地理因素與能源發(fā)/輸/配/用等特性，其可以劃分為三類：跨區(qū)級、區(qū)域級與用戶級[5]。作為承上啟下的重要環(huán)節(jié)，區(qū)域級綜合能 源 系 統(tǒng)（regional integrated energy system，RIES）的實現(xiàn)是整個IES建設(shè)的關(guān)鍵。為了實現(xiàn)RIES的有效構(gòu)建，滿足不同能源的合理、高效利用，以及充分了解與認識RIES的核心價值，實現(xiàn)對RIES有效評估指標體系的構(gòu)建以及方法的提出具有重要意義。

目前，針對RIES的能源轉(zhuǎn)換與利用評估、區(qū)域內(nèi)不同裝置的運行評估等方面均取得了一定的研究成果，例如：為了實現(xiàn)RIES內(nèi)運行設(shè)備的有效評估，考慮系統(tǒng)內(nèi)所存在的大量組件，文獻[6]提出了一種基于馬爾科夫模型多組件的評估方法，實現(xiàn)了區(qū)域RIES的有效評估，但所存在的邊界效應需進一步解決；針對RIES系統(tǒng)的設(shè)備節(jié)能潛力，文獻[7]通過冷-熱-電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)矩陣實現(xiàn)了該系統(tǒng)節(jié)能潛力的有效評估，取得了較好的效果；文獻[8]提出了基于蒙特卡洛模擬法的RIES評估體系，并依據(jù)不同能源網(wǎng)絡(luò)流動模型對系統(tǒng)狀態(tài)進行了具體分析；站在系統(tǒng)規(guī)劃與運行的角度，文獻[9-12]分別從規(guī)劃方法、模型構(gòu)建與效益評估等角度對RIES進行了研究，取得了較好的研究成果；針對RIES中能源利用效率問題，文獻[13]通過參數(shù)分析方法對四種不同的影響RIES效率的因素進行了分析，得到了較好的分析效果，然而，文中僅考慮了設(shè)備轉(zhuǎn)換問題，并未對供能子系統(tǒng)做統(tǒng)一分析。通過上述分析可知，目前對于RIES的評估研究工作大多集中于某一特性獨立系統(tǒng)[14]，評估指標的細化導致評估內(nèi)容缺乏多方位與完整性。

針對目前RIES評估指標體系與方法所存在的問題，本文首先從能源供應效率、能源轉(zhuǎn)換效率、能源供應可靠性、能源供應質(zhì)量、經(jīng)濟效益與社會效益等六個維度構(gòu)建了用以評估RIES能效的多維度指標體系；在此基礎(chǔ)上，通過主、客觀權(quán)重以及組合權(quán)重計算方法的分析，提出了基于多維度評估指標體系的RIES能效評估方法；最后，以含有工業(yè)生產(chǎn)區(qū)與商業(yè)區(qū)的RIES為例，對所提多維度評估指標體系與方法的有效性進行了驗證。

1 RIES多維度能效評估指標體系構(gòu)建

為了避免采用單一維度指標對RIES評估所帶來的片面性、局限性，同時為確保綜合能效評估結(jié)果的科學性與合理性，根據(jù)評估目的和數(shù)據(jù)采集條件，從多個角度考慮系統(tǒng)的全部能量輸送與存儲環(huán)節(jié)，以反映評估對象的運行狀態(tài)與系統(tǒng)的本質(zhì)能效屬性為方向，從多維度能效評估角度對RIES進行評估是實現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計與調(diào)控優(yōu)化的重要依據(jù)。針對區(qū)域級綜合能源系統(tǒng)多維度能效評估指標體系構(gòu)建的實際需求和SMART原理的基本概念，在指標體系構(gòu)建時遵循目的性、規(guī)范性、全面性、系統(tǒng)性、簡明性、定性定量相結(jié)合與可比性等基本原則。同時考慮RIES中電、冷、熱、氣計量情況，以實用性與可操作性為前提，從能源供應效率、能源轉(zhuǎn)換效率、能源供應可靠性、能源供應質(zhì)量、經(jīng)濟效益以及社會效益六個維度構(gòu)建用以實現(xiàn)RIES多維度能效評估的指標體系，具體體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 綜合能源多維度能效評估指標體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Multi-dimensional energy efficiency evaluation index system structure of comprehensive energy

1.1 能源供應效率指標

在RIES中，能源供應效率指標主要考慮在傳輸網(wǎng)絡(luò)和存儲設(shè)備中的損耗。電、冷、熱、氣系統(tǒng)的供應效率指標分別如下。

1.1.1 電能供應效率

RIES中的電力供應主要由外部電網(wǎng)、儲能系統(tǒng)與能源轉(zhuǎn)換裝置三部分構(gòu)成，電力消耗對象則主要為純電負荷、儲電裝置以及實現(xiàn)熱（冷）、氣等轉(zhuǎn)換的設(shè)備等。因此，本文在考慮供電效率時主要考慮電能的輸送、分配與存儲環(huán)節(jié)。考慮RIES從外部所購入的電能以及三聯(lián)供機組所提供電壓等級的不同，在此選定RIES的外購電壓等級與三聯(lián)供機組電壓等級分別為10 kV與380 V作為代表進行具體分析，則RIES的電能供應量WE為

式中：Pe為從外部電網(wǎng)購入的電量；ηt為變壓器運行效率；Echp為三聯(lián)供系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能；Re為RIES中可再生能源產(chǎn)生的電能；γe為電負荷的折算系數(shù)；De為儲電裝置所釋放的能量；ηline為電力線路效率。

在RIES電能供應量的基礎(chǔ)上，計算得到系統(tǒng)電能供應效率：

式中：ηse與ηde分別為儲電裝置的儲/放電效率；Se為計及儲電裝置儲能損耗后實際儲入的能量。

1.1.2 冷/熱能供應效率

RIES中的冷/熱供應主要由系統(tǒng)外部購入的冷/熱、儲冷/熱系統(tǒng)提供的冷/熱、能源轉(zhuǎn)換裝置供應的冷/熱等構(gòu)成。在冷/熱能供應系統(tǒng)中，冷/熱能在管網(wǎng)中傳輸勢必會存在一定能量的耗散，在此通過單位長度的管網(wǎng)耗散情況簡化處理。由此，供冷與供熱系統(tǒng)的供冷量Wc與供熱量Wh分別為

式中：Ce-c，Ch-c分別為由電能和熱能通過能源轉(zhuǎn)換裝置獲得的冷能；Hg-h，He-h分別為由天然氣和電能轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換獲得的熱能；Rc，Rh分別為可再生能源產(chǎn)生的冷/熱能；γc為冷負荷的折算系數(shù)；Hchp為三聯(lián)供系統(tǒng)產(chǎn)生的熱能；Dh為儲熱裝置釋放的熱能；lc，lh分別為冷/熱管網(wǎng)的長度；ac，ah分別為冷/熱管網(wǎng)每100米的耗散率；γh為負荷的折算系數(shù)；Dc為儲冷裝置釋放的能量；Dh為儲熱裝置釋放的能量。

在RIES冷/熱能供應量的基礎(chǔ)上，計算得到系統(tǒng)冷/熱能供應效率分別為

式中：ηsh，ηdh分別為儲熱裝置的儲/放熱效率；ηsc，ηdc分別為儲冷裝置的儲/放冷效率；Sh，Sc為計及儲熱/冷裝置儲能損耗后實際儲入的能量；Ph為外部熱網(wǎng)輸入熱量。

1.1.3 供氣效率

RIES中的供氣系統(tǒng)主要指的是其天然氣供應系統(tǒng)，其能量輸入端口為外部購入的天然氣與由能量轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的天然氣，輸出端口為純天然氣負荷以及用以轉(zhuǎn)換為冷/熱/電的負荷。本文不考慮天然氣在供氣系統(tǒng)中的損耗，由此可以計算得到供氣量Wg以及供氣效率近似為100%。

式中：Pg，Ge-g分別為由外部購入以及由電能轉(zhuǎn)換的天然氣量。

1.2 能源轉(zhuǎn)換系數(shù)指標

在RIES中，能源轉(zhuǎn)換主要有電轉(zhuǎn)熱/冷、氣轉(zhuǎn)電/熱與熱轉(zhuǎn)冷等。本文考慮的不同能量之間轉(zhuǎn)換的系數(shù)指標具體如下。

1.2.1 電轉(zhuǎn)熱/冷能源轉(zhuǎn)換設(shè)備能效

在電轉(zhuǎn)熱/冷過程中，能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸入端口為電能，輸出端口為熱/冷能。電轉(zhuǎn)熱/冷能源轉(zhuǎn)換系數(shù)分別可通過下式計算：

式中：Ce-h，Ce-c分別為電轉(zhuǎn)熱/冷的制熱/冷系數(shù)；λh，λe，λc分別為熱、電、冷能折算系數(shù)。

1.2.2 氣轉(zhuǎn)電/熱能源轉(zhuǎn)換設(shè)備能效

在氣轉(zhuǎn)電/熱過程中，能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸入端口為天然氣，輸出端口為電/熱能。在此主要考慮熱電聯(lián)產(chǎn)機組與燃氣鍋爐的能量轉(zhuǎn)換，兩者的轉(zhuǎn)換系數(shù)分別由下兩式計算：

式中：Echp，Hchp分別為熱電聯(lián)產(chǎn)機組所產(chǎn)生的電能與熱能；λsteam為熱電聯(lián)產(chǎn)機組蒸汽的折算系數(shù)；λg為天然氣折算系數(shù)；Gchp為熱電聯(lián)產(chǎn)機組所消耗的天然氣量；COPg-h為天然氣的制熱系數(shù)。

1.2.3 熱轉(zhuǎn)冷設(shè)備能效

能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸入端口為熱能，輸出端口為冷能，該類設(shè)備的能源轉(zhuǎn)換系數(shù)為

式中：COPh-c為制冷機的制冷系數(shù)。

1.3 能源供應可靠性指標

在RIES中，能源供應可靠性指標主要考慮冷、熱、電、氣能源供應可靠程度，分別構(gòu)建指標體系，具體如下。

1.3.1 供電可靠性

供電系統(tǒng)的可靠性通過供電可靠率指標表示：

式中：λse為供電系統(tǒng)理論失效率（單位：失效次數(shù)/年）；μse為供電系統(tǒng)理論修復率（單位：修復次數(shù)/年）；MTTR為供電系統(tǒng)理論平均修復時間（單位：h）；MTTF為供電系統(tǒng)理論失效前平均運行時間（單位：h）；f為供電系統(tǒng)理論平均失效頻率（單位：失效次數(shù)/年）。

1.3.2 燃氣管網(wǎng)供應可靠性

燃氣管網(wǎng)的供應可靠性以燃氣管網(wǎng)的出口壓力合格率表示，以燃氣管網(wǎng)相關(guān)標準為基準計算其合格率：

式中：Psc為燃氣管網(wǎng)出口壓力測量值；Psb為燃氣管網(wǎng)的相關(guān)壓力標準。

1.3.3 供熱、冷可靠性

對于RIES的供熱、冷可靠性以其相關(guān)設(shè)備的故障率表征：

式中：tc/h-n為供冷、熱設(shè)備的正常運行時間；tc/h-m為供冷、熱設(shè)備的故障維修時間。

1.4 能源供應質(zhì)量指標

在RIES中，能源供應質(zhì)量指標主要考慮電、冷、熱、氣能源供應質(zhì)量，在此分別構(gòu)建指標體系。

1.4.1 供電質(zhì)量

在RIES的供電網(wǎng)絡(luò)中，主要考慮中低壓臺區(qū)的諧波含量與電壓合格率兩個指標：

式中：Ne-f為中低壓臺區(qū)滿足諧波含量的臺區(qū)數(shù)量；Nall-f為中低壓臺區(qū)總數(shù)量；Ne-U為中低壓臺區(qū)滿足電壓質(zhì)量的檢測點數(shù)量；Nall-U為中低壓臺區(qū)總檢測點數(shù)量。

1.4.2 供氣質(zhì)量

天然氣管網(wǎng)出口質(zhì)量合格率為

式中：TS，TH2S，TC分別為天然氣出口硫、硫化氫、二氧化碳雜質(zhì)含量的測試值；TS-n，TH2S-n，TC-n分別為天然氣相關(guān)標準中出口硫、硫化氫、二氧化碳雜質(zhì)含量的規(guī)定值。

1.4.3 供冷、熱質(zhì)量

RIES的供冷、熱質(zhì)量以冷、熱網(wǎng)出口溫度波動合格率表示：

式中：Tc/h-max，Tc/h-min分別為冷熱網(wǎng)出口的測量溫度最高與最低值；Tc/h-N為冷、熱用戶所需求的溫度值。

1.5 經(jīng)濟效益指標

本文以單位投資供能成本、單位投資增供能量、財務(wù)凈現(xiàn)值、投資回收期與財務(wù)內(nèi)部收益率來反映其經(jīng)濟性水平，評價多能源配置條件下的經(jīng)濟效益優(yōu)化程度。

1.5.1 單位投資供能成本

單位投資供能成本計算如下：

式中：I0為初始投資；VR為固定資產(chǎn)殘值；N為項目運行年份；Ar為第r年的運行成本；Dr為第r年的折舊；Pr為第r年的利息；Yr為第r年的供能量，采用等效電法進行統(tǒng)一度量；ir為折現(xiàn)率。

1.5.2 單位投資增供能量

單位投資增供能量UIES（單位：標煤/萬元）可采用下式計算：

式中：FAWE，F(xiàn)VBP分別為期末、期初年供能量；CPICE為計算期內(nèi)綜合能源系統(tǒng)建設(shè)工程投資。

1.5.3 財務(wù)凈現(xiàn)值指標

財務(wù)凈現(xiàn)值為系統(tǒng)收益能力的計算：

式中：nc為項目計算周期；NCt為計算周期內(nèi)第t年的新增凈現(xiàn)金流量；ic為基準收益率。

1.5.4 投資回收期

投資回收期PP可采用下式計算：

式中：NY為累計凈現(xiàn)金流量開始出現(xiàn)正值的年分數(shù)；ANCF為上年累計凈現(xiàn)金流量；NCF為當年凈現(xiàn)金流量。

1.5.5 財務(wù)內(nèi)部收益率

財務(wù)內(nèi)部收益率可采用下式計算：

式中：FIRR為財務(wù)內(nèi)部收益率。

1.6 社會效益指標

RIES的社會效益主要從其對環(huán)境的影響角度進行分析，在此考慮可再生能源產(chǎn)能占比與年二氧化碳/硫排放減少量等指標。

1.6.1 可再生能源產(chǎn)能占比

表示RIES內(nèi)可再生能源提供的能量與系統(tǒng)年總消耗量的比值：

式中：QRGx為RIES內(nèi)第x類可再生能源的年供能量；QGy為RIES內(nèi)第y類能源的年供能量；a為RIES中可再生能源種類數(shù)量；b為RIES中能源種類數(shù)量。

1.6.2 CO2/SO2年排放減少量

CO2/SO2年排放減少量可分別通過下二式計算：

式中：Fco2，F(xiàn)so2分別為CO2/SO2年排放減少量；FC為含碳能源節(jié)約量（折算為標準煤）；Csc為每噸標準煤發(fā)電所產(chǎn)生的CO2排放量；FS為含硫能源節(jié)約量（折算為標準煤）；Cssc為每噸標準煤發(fā)電所產(chǎn)生的SO2排放量。

2 基于多維度指標體系的RIES能效評估方法

2.1 權(quán)重計算方法

為了反映不同指標對于RIES多維度能效評估的貢獻度，在此選用組合權(quán)重法對指標權(quán)重進行計算分析，其中主觀權(quán)重法與客觀權(quán)重法分別采用層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）與熵權(quán)法（entropy weight method，EWM），最后通過矩估計思想進行規(guī)劃求解，進而得到組合權(quán)重。

2.1.1 主觀權(quán)重計算

主觀權(quán)重的計算選用AHP，具體思路如下：

1）層次模型構(gòu)建；

2）相對重要程度確定，由此得到判斷矩陣P；

3）重要性排序計算：計算P的最大特征根λmax與特征向量w：P=λmaxw；然后，將特征向量歸一化，即得到各個因素的權(quán)重分配；

4）一致性檢驗：利用一致性檢驗來驗證權(quán)重的合理性，所需的一致性指標為CI（consistency index）：CI=λmax/（k-1）；k為每一層次中影響因素數(shù)量；

5）計算一致性比例CR（consistency ratio）：CR=CI/RI，其中RI為隨機一致性指標。

2.1.2 客觀權(quán)重計算

客觀權(quán)重計算采用EWM，其主要思路為利用指標的信息熵來確定熵值，然后通過熵權(quán)計算對權(quán)重進行修正，具體步驟如下：

1）指標矩陣的構(gòu)建。評價對象的樣本數(shù)為p，評價指標數(shù)為q，各指標值為v（iji=1，2，…，p；j=1，2，…，q），則指標矩陣為Vpq。

2）規(guī)范化指標矩陣。對指標矩陣進行規(guī)范化處理，得到規(guī)范化矩陣為X=（xi）jpq，其中xij為矩陣中第i個樣本的第j個指標值，可通過下式計算：

3）EWM確定指標權(quán)重。每種指標出現(xiàn)的概率hij，第j項指標的熵權(quán)sj，系統(tǒng)的信息熵kj分別為

指標權(quán)重列向量為

式中，sq為第q項指標權(quán)重。

4）加權(quán)標準化。加權(quán)標準化矩陣為

式中：yij為標準化矩陣第i個樣本的第j個指標值。

2.1.3 組合權(quán)重計算

在此提出基于AHP-EWM的組合權(quán)重計算方法對指標進行賦值。由上述AHP與EWM計算得到的權(quán)重向量分別為T=（t1，t2，…，tq）與S=（s1，s2，…，sq）T，兩者對組合權(quán)重向量的相對重要程度分別為α與β，且滿足組合權(quán)重向量與主觀權(quán)重向量的偏差最?。?/p>

式中：H（w）j為組合權(quán)重；wj為第j個指標組合權(quán)重；α為主觀權(quán)重向量對組合權(quán)重的相對重要程度；β為客觀權(quán)重向量對組合權(quán)重的相對重要程度。

依據(jù)矩估計的基本思想，計算不同指標的主/客觀權(quán)重的期望值，進而可以計算單一指標主/客觀權(quán)重向量的相對重要系數(shù)：

對于多決策矩陣中的評價指標，可計算整體主/客觀權(quán)重向量的相對重要系數(shù)：

針對每一個指標xj，以H（w）j最小為優(yōu)，可轉(zhuǎn)換為如下公式：

將多目標最優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為單目標最優(yōu)化模型進行求解，計算方式如下：

2.2 能效評估方法

基于上述所構(gòu)建的指標體系，進行RIES運行方案的能效評估，評價周期為一個自然年。鑒于優(yōu)劣解距離法（technique for order preference by similarity to an ideal solution，TOPSIS）具有不受指標量綱影響、能充分反映不同方案之間的差距、可以真實反映實際情況、直觀可靠等優(yōu)勢，具有普遍的適用性。然而，TOPSIS法對于單一方案的評估卻存在一定局限，由此提出改進型TOPSIS法，具體如下：

1）建立評估初始矩陣。在樣本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上得到實際值A(chǔ)1=[c11c12…c1e]，并選取指標的預期值為最優(yōu)值A(chǔ)2=[c21c22…c2e]，選定傳統(tǒng)規(guī)劃方案下的指標值為最劣值A(chǔ)3=[c31c32…c3e]，進而構(gòu)建評估初始矩陣：

式中：e為二級指標個數(shù)。

2）決策矩陣規(guī)范化。利用下式對初始矩陣進行規(guī)范化處理：

3）構(gòu)造加權(quán)規(guī)范矩陣Z=（zmn）3×e：

4）實際值與最優(yōu)/劣值之間的距離：

式中：d+與d-為實際值與最優(yōu)/最劣值之間的距離；zm+與zm-分別為正理想解與負理想解，zm+由矩陣Z中每列數(shù)據(jù)的最大值構(gòu)成，zm-由矩陣Z中每列數(shù)據(jù)的最小值構(gòu)成。

5）評分標準構(gòu)建：

該評分標準反映了指標實際值與最優(yōu)值的接近程度，該值越大則越優(yōu)。相較于其他方法，對單個評價對象指標最優(yōu)/劣值的選取進行了優(yōu)化，改進了各指標實際值與最優(yōu)值接近程度的計算方法，改進后的TOPSIS法可以通過定量計算分析各方案的效果，更加直觀、清晰地對不同規(guī)劃方案進行評估。在該方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合上文所提出的多維度能效評估指標體系，對RIES的能效進行評估，具體評估流程如圖2所示。

圖2 評估流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of assessment process

由圖2可知：從能源供應與轉(zhuǎn)換效率、能源供應可靠性與質(zhì)量、經(jīng)濟與社會效益等角度確定了RIES的指標體系；然后，通過組合賦權(quán)法實現(xiàn)指標體系權(quán)重的計算；最后，基于構(gòu)建的指標體系與權(quán)重，利用改進的TOPSIS法對RIES的能效進行評估，即形成基于多維度能效評估指標體系的RIES評估方法。

3 算例分析

以某一138平方公里區(qū)域系統(tǒng)為例進行計算分析，該區(qū)域由工業(yè)生產(chǎn)區(qū)與商業(yè)區(qū)構(gòu)成。區(qū)域內(nèi)電負荷由外部電網(wǎng)、CCHP機組供應，冷負荷由常規(guī)冷機等供應（基于供熱負荷指標與用地規(guī)劃情況進行供熱/制冷負荷估算，其中全年累計供熱、制冷天數(shù)選取120天，且將熱水負荷需求按照熱水水溫為60℃、冷水水溫20℃進行熱負荷折算）。追溯至電力生產(chǎn)的污染物排放強度參考表1所示。

表1 污染排放強度參考Tab.1 Pollution emission intensity reference

在此對該區(qū)域的工業(yè)生產(chǎn)區(qū)與商業(yè)區(qū)兩種RIES典型場景進行多維度能效評估。RIES在源-網(wǎng)-荷-儲配置時，最優(yōu)的容量配置可以確保系統(tǒng)能在滿足可靠性以及安全性約束的條件下實現(xiàn)最低成本投入并且保證系統(tǒng)在最優(yōu)情況下運行。系統(tǒng)設(shè)備過度的容量配置會增加系統(tǒng)的成本，然而配置不足則會造成可再生能源的浪費、能源供不應求等情況。因此，為了對比分析不同配置方式下系統(tǒng)的多維度能效，本文選取RIES的單一目標最優(yōu)配置方式以及多目標最優(yōu)配置方式兩種不同方案進行多維度能效評估。

3.1 工業(yè)生產(chǎn)區(qū)能效評估

3.1.1 單一目標效益最優(yōu)供能模式

為了緩解環(huán)境污染壓力、降低碳排放，RIES通過可再生能源的有效利用能夠減少污染氣體的排放。選取環(huán)境效益為單一目標進行仿真，在環(huán)境效益最優(yōu)模式中，以系統(tǒng)各個設(shè)備年運行中的污染氣體排放量為目標函數(shù)，利用污染排放系數(shù)表示能源消耗的污染排放。運行優(yōu)化也以污染最小為目標。某區(qū)域環(huán)境效益最優(yōu)匹配方案如下所示，其環(huán)境效益好，但經(jīng)濟性與能源效率都較差。

在環(huán)境效益最優(yōu)模式下，以降低碳排放、降低污染物排放為主要目標進行容量配置，工業(yè)生產(chǎn)區(qū)配置容量情況如下：光伏發(fā)電系統(tǒng)25 MW，燃氣輪機101.5 MW，吸收式制冷機69.592 MW，余熱鍋爐55.59 MW，水源熱泵3 MW，地源熱泵3.28 MW，其余能量由電網(wǎng)提供。

3.1.2 多目標效益最優(yōu)供能模式

根據(jù)區(qū)域資源情況選取合適的分布式能源設(shè)備，以年成本最低為目標進行容量配置。年成本包括設(shè)備初始投資等年值、年購能花費、年設(shè)備維護費用。運行層面的優(yōu)化以每小時的經(jīng)濟性為目標，使得系統(tǒng)的運行成本最低。

多目標效益最優(yōu)供能模式下，工業(yè)生產(chǎn)區(qū)資源情況選取合適的分布式能源設(shè)備，以年成本最低為目標進行容量配置，配置容量情況為：光伏發(fā)電系統(tǒng)30 MW，燃氣輪機80.011 MW，吸收式制冷機52.614 MW，余熱鍋爐44.645 MW，燃氣鍋爐10.9 MW，水源熱泵1.668 MW，地源熱泵3.121 MW，空氣源熱泵1.352 MW，其余能量由電網(wǎng)提供。根據(jù)上文的指標計算方法進行指標計算，結(jié)果如表2所示。

使用層次分析法計算一級指標與二級指標的主觀權(quán)重，使用熵權(quán)法計算各二級指標客觀權(quán)，然后基于矩估計的思想，構(gòu)建組合權(quán)重的目標函數(shù)，使用非線性規(guī)劃求解計算得到最優(yōu)組合權(quán)重，結(jié)果如圖3所示。

圖3 工業(yè)生產(chǎn)區(qū)指標組合權(quán)重計算結(jié)果Fig.3 Calculation results of index combination weight in industrial production area

使用改進TOPSIS評價方法對兩種供能模式下的能效進行評估。通過仿真，得到各典型場景不同供能模式下的能效評估結(jié)果如表3所示。

表3 工業(yè)生產(chǎn)區(qū)能效評估計算結(jié)果Tab.3 Calculation results of energy efficiency assessment in industrial production area

通過工業(yè)生產(chǎn)區(qū)兩種供能模式下多維度能效評估可以看出，多目標效益最優(yōu)供能模式的能效優(yōu)于單一目標效益最優(yōu)模式下的能效。

3.2 商業(yè)區(qū)能效評估

3.2.1 單一目標最優(yōu)供能模式

在環(huán)境效益最優(yōu)模式下，以降低碳排放、降低污染物排放為主要目標進行容量配置，商業(yè)區(qū)配置容量情況如下：燃氣輪機76.160 MW，吸收式制冷機5 MW，余熱鍋爐4 MW，空氣源熱泵1.5 MW，其余能量由電網(wǎng)提供。

3.2.2 多目標最優(yōu)供能模式

多目標效益最優(yōu)供能模式下，商業(yè)區(qū)資源情況選取合適的分布式能源設(shè)備，以年成本最低為目標進行容量配置，配置容量情況為：燃氣輪機6 MW，吸收式制冷機4 MW，余熱鍋爐3.5 MW，空氣源熱泵0.4 MW，電制冷機1.5 MW，其余能量由電網(wǎng)提供。根據(jù)上文指標計算方法進行指標與權(quán)重計算，結(jié)果如表4與圖4所示。

表4 商業(yè)區(qū)不同供能模式指標計算結(jié)果Tab.4 Index calculation results of different energy supply modes in business district

圖4 商業(yè)區(qū)指標組合權(quán)重計算結(jié)果Fig.4 Calculation results of business district index combination weight

使用改進TOPSIS評價方法對兩種供能模式下的能效進行評估。通過仿真，得到各典型場景不同供能模式下的能效評估結(jié)果如表5所示。

表5 商業(yè)區(qū)能效評估計算結(jié)果Tab.5 Calculation results of energy efficiency assessment of business district

通過對商業(yè)區(qū)兩種供能模式下多維度能效進行評估可以看出，多目標效益最優(yōu)供能模式的能效優(yōu)于單一目標效益最優(yōu)模式下的能效。

4 結(jié)論

本文根據(jù)評估目的和RIES的數(shù)據(jù)采集條件，綜合考慮系統(tǒng)的全部能量輸送與存儲環(huán)節(jié)，以反映評估對象的運行狀態(tài)與系統(tǒng)的本質(zhì)能效屬性為原則與方向，建立了包含能源供應效率、能源轉(zhuǎn)換效率、能源供應可靠性、能源供應質(zhì)量、經(jīng)濟效益與社會效益等六個維度的指標體系并給出了其所對應指標的含義與計算方法；為了實現(xiàn)RIES的有效評估，本文在評價指標歸一化的基礎(chǔ)上，提出了基于多維度評估指標體系的RIES能效評估方法，并在組合權(quán)重計算的基礎(chǔ)上提出了基于改進TOPSIS法的RIES能效評估方法；最后，以某一由工業(yè)生產(chǎn)區(qū)與商業(yè)區(qū)構(gòu)成的138平方公里的區(qū)域系統(tǒng)為例進行了不同供能模式對比評估，由評估的計算結(jié)果可以看出，本文所提指標體系與評估方法具有較好的實用性，可以為未來RIES的能效評估工作提供一定參考與借鑒。