基于熵权-德尔菲法的源网荷储多能互补项目结构

　　中国国度成长委、国度能源局于2020年8月和2021年2月，先后印发《关于开展“风光水火储一体化”“源网荷储一体化”的指点看法（收罗看法稿）》、《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补成长的指点看法》，指出源网荷储一体化和多能互补的实施线，对推进中国能源转型和经济社会成长具有主要的现实意义和深远的计谋意义。《中国电力》2024年第12期刊发了康俊杰等撰写的《基于熵权-德尔菲法的源网荷储多能互补项目结构评估方式》一文。文章通过梳理总结当前“一体化”现有模式形态，连系现实开辟项目实践，归纳提炼出具有经济价值、可推广的“一体化”成长模式。此中，源网荷储一体化成长模式次要有燃气冷热电三联供蓄冷蓄热储能、新能源发电微电网电动汽车充电储能、“火电”耦合发电、风光储燃气冷热电三联供蓄冷蓄热、虚拟电厂、光伏建建一体化6种典型模式；多能互补成长模式目前处于摸索阶段，大都多能互补项目包含风电和太阳能发电，并正在此根本上按照工程实施前提打捆水电、火电和储能设备等，成长出风光储一体化、风光水（储）一体化、风光火（储）一体化3种模式。“一体化”成长影响要素是进行结构评估的环节，本文起首从“一体化”的内涵、素质、意义及成长根本、前提、缘由总结阐发了“一体化”成长结构的影响要素，提出各省（区、市）“一体化”成长模式评估目标系统。正在此根本上，基于熵权法-德尔菲法对各省（区、市）结构“一体化”成长模式进行计较打分，此种方式兼具评估的客不雅性和客不雅性，可进行好坏阐发判断，进而为各省（区、市）开辟结构“一体化”项目供给方式根据，推进“一体化”项目扶植。源网荷储一体化和多能互补对于加速新型电力系统扶植，实现电力系统高质量成长，提高多种能源协调互济能力，鞭策中国能源绿色低碳转型和经济社会成长有主要意义。起首，基于阐发中国源网荷储一体化和多能互补资本要素、国度成长计谋、用电负荷、电价价钱、新能源消纳程度、调理能力扶植需求等要素，成立了从客不雅组合赋权的评估系统。然后，使用熵权法确定“一体化”多种成长线影响要素的客不雅权沉，同时也使用德尔菲法确定客不雅权沉，颠末融合计较得出分析权沉。最初，按照影响要素分值和权沉对各类成长线进行分析评分，划分优先品级，获得中国各省（区、市）“一体化”项目扶植优先挨次，为各省（区、市）结构“一体化”项目供给手艺参考。中国负荷核心取能源禀赋前提呈逆向分布，煤炭资本多集中正在西部和北部，据中国煤炭地质总局最新统计，山西、陕西、3省（区）煤炭资本量为2。18万亿吨，占中国煤炭资本总量的83。9%。天然气资本次要正在东、中、西部地域，据天然资本部及国度统计局2022年数据显示，天然气次要分布正在新疆、青海、四川、陕西等地，此中，塔里木、鄂尔多斯、四川、柴达木、准格尔等10个盆地，资本量达46万亿立方米，约占中国天然气资本总量的82%。水能资本次要分布于西南、中南地域，据《中国水资本公报》统计，2022年，中国水资本总量为亿立方米，四川、云南、、青海等西部地域水能资本占82%。陆优势能资本丰硕地域次要分布正在东北三省、大部、华北北部、甘肃西部、新疆东北部等地域，海优势能资本次要集中正在东南沿海及其附近岛屿。太阳能资本次要分布于西北、西南地域，而能源消费沉心位于保守能源资本相对窘蹙的东中部地域。跟着经济的不竭快速成长，东中部地域能源自给率呈逐年下降趋向，而西部地域另有大量的能源资本开辟潜力。连系资本前提、国度能源次要计谋结构，各区域明白“一体化”成长标的目的。风光水储一体化统筹推进川滇黔桂、藏东南等地域风光水一体开辟，沉点扶植金沙江川藏和川滇段、大渡河、雅砻江、乌江、雅鲁藏布江下逛等风光水分析，积极鞭策中部地域加大可再生能源开辟力度，扶植黄河中下逛绿色能源廊道。风光火储一体化加大西电东送等输电通道扶植，操纵上都、托克托、锦界等火电“点对网”公用外送通道，就近结构新能源项目，鞭策保守单一煤电向风光火储一体化分析能源转型，沉点鞭策陕甘宁、晋蒙新等地域新能源火电储能的多能互补扶植。风光储一体化支撑最大化当场就近消纳新能源，推进东北三省、京津冀等地域风光互补绿色洁净能源扶植。鞭策近海规模化开辟和深近海示范化开辟，沉点扶植山东半岛、长三角、闽南、粤东、北部湾5大海优势电集群。加速推进京津冀、、山西、河南、山东等地分布式新能源扶植。“一体化”扶植能够推进新能源当场消纳、处理地域缺电等问题。因而，用电需求兴旺、负荷增加速度较快的省份有益于开展“一体化”项目。按照中国电力企业结合会发布的电力行业成长演讲，从用电量看，2022年，东、中、西部和东北地域全社会用电量别离为亿、亿、亿和亿kWh，增速别离为2。4%、6。7%、4。2%和0。8%，18个省份用电量增速跨越中国平均程度，3个省份用电量正在亿kWh以上，如图1所示。广东用电量仍居榜首，为亿kWh；山东用电量第二，为亿kWh；江苏以亿kWh位居第三；浙江全社会用电量为亿kWh，排名第四；、、河南、新疆、四川紧随其后，用电量为亿~亿kWh。从财产用电布局来看，二产、三产用电比严沉的地域更适合开展源网荷储一体化营业。按照中国电力企业结合会用电统计数据阐发，2022年中国第二财产用电需求占比最大，用电量为5。7万亿kWh，占总用电量比沉为66。01%。跨越平均程度的共有11省（区），别离为、青海、、新疆、山东、山西、甘肃、云南、辽宁、江苏和浙江，此中前4位的占比跨越80%，推广工业用电源网荷储一体化扶植潜力较大。第三财产用电方面，2021年中国用电量占比17。1%，跨越平均程度的共有17省（区、市），别离为、海南、上海、、沉庆、、广东、天津、山西、、湖南、湖北、四川、、河南、江西和安徽，此中前4位占比跨越30%，5~8位占比跨越20%。除自治区外，、海南等7个省（区、市）推广贸易源网荷储一体化扶植潜力较大。从用电需求增加潜力看，通过对近几年电力供需形式阐发测算，估计2025年全社会用电量可达9。5万亿kWh，年均增加4。9%。通过对中国各省（区、市）的用电量进行预测，除、海南用电基数较小外，有14省（区）的用电增速跨越平均程度。此中，湖北、新疆增速跨越7%，贵州、江西、增速均为6。5%摆布。从用电量绝对值增加来看，广东、江苏、浙江正在“十四五”期间位列前三强，增速别离为1802亿、亿、亿kWh，新疆、河南、等地紧随其后，增加亿kWh摆布。总体来看，广东、江苏、浙江、新疆、湖北、河南、等地用电基数大，市场成长潜力较大，并且次要增加点位于第二、第三财产，适合开辟风光发电微电网电动汽车充电储能、风光储燃气三联供蓄冷蓄热等“一体化”工程项目。正在投资成底细差不大的环境下，电价高的地域收益更好，更有益于调动投资扶植者的积极性，积极推进“一体化”项目扶植。2021年10月，国度成长委正式发布《关于进一步深化燃煤发电上彀电价市场化的通知》（发改价钱〔2021〕号），此次的焦点是扩大燃煤发电市场买卖价钱的浮动范畴，调整后电力市场的价钱将愈加矫捷，更有益于阐扬市场机制感化。各省电网企业发布的2022年1~12月代办署理购电价钱如图2所示，湖南、陕西、湖北、广西、沉庆、四川代办署理购电价钱波动较大，江西、、新疆、河南全年波动较小。中国全境（除）代办署理购电平均购电价钱为元/(kWh)，电价正在~元/(kWh)之间波动，上海、广东、浙江、海南4地平均购电价钱正在0。5元/(kWh)以上，、天津、冀北、南网、山西、山东、蒙东、蒙西、广西等8个地域正在0。3~0。4元/(kWh)之间波动，云南、青海、、新疆正在0。3元/(kWh)以下。这些电价有劣势的省份能够沉点结构燃气三联供蓄冷蓄热储能、风光发电微电网电动汽车充电储能、风光储燃气三联供蓄冷蓄热、光伏建建一体化等源网荷储及风光火（储）一体化等多能互补项目，投资收受接管压力较小。用户侧储能次要是通过峰谷电价差套利获取收益，按照储能行业深度研究演讲测算，当峰谷分时电价差达到0。7元/(kWh)，储能可盈利，有益于激励储能大范畴成长，无效推进源网荷储一体化、分布式新能源、风光（储）一体化等项目大规模开辟扶植。中国各省（区、市）连续出台了完美分时电价机制相关政策。目前，从各省份已发布的2023年2月电网代购电价区域，已有19个地域的最大峰谷价差跨越0。7元/(kWh)，此中广东、湖北、湖南的最大峰谷价差跨越1元/(kWh)，海南最大峰谷价差从2022全年第2位下降至第7位，2月呈现幽谷电价，进一步拉大峰谷价差，最大峰谷价差从2022年均价0。74元/(kWh)提高到0。93元/(kWh)。2021年，中国仅有6个省份峰谷价差跨越0。7元/(kWh)，而目前，已有一多半省份峰谷价差跨越0。7元/(kWh)，具备储能盈利前提。将来峰谷价差将进一步扩大，项目标投资收受接管期将进一步缩短，项目标盈利能力加强，更有益于开展“一体化”项目扶植。“一体化”项目既能够提高所正在地域新能源的操纵率，又能够扩大增量新能源扶植规模。新能源操纵率暗示一个地域新能源消纳程度，一般来说，中国省级电网新能源操纵率不该低于95%。按照中国新能源消纳监测预警核心发布的《2023年新能源并网消纳环境》，中国风电平均操纵率为97。3%，光伏平均操纵率为98%，分歧省区之间，新能源操纵率存正在必然差同性。具体来说，风电方面冀蒙甘等地操纵率低于平均程度，光伏方面甘藏青等地操纵率低于平均程度。因而，上述地域对具有较好调理能力的工程需求较大。从区域资本禀赋角度看，津沪苏浙等地风电光伏操纵率达100%，以上地域有优良的光照前提和风资本，以多能互补形式开辟扶植能源能够更好地实现能源当场消纳。近年来，中国第三财产快速成长，钢铁、有色、建材等高耗能用电行业的用电比沉逐步下降，第三财产和城乡居平易近糊口用电量占全社会用电量的比沉逐年提高。取第二财产的大工业用电分歧，第三财产和居平易近糊口用电峰谷差更大，对电网调理能力提出了更高的要求。“十四五”期间，跟着新能源拆机快速增加和用电布局深度调整，加剧了电力负荷峰谷差变化，间接导致了系统调峰需求的显著添加。按照目前的成长趋向和能源政策，将来用电量最大的第二财产用电量占比还将进一步降低，第三财产和城乡居平易近糊口用电量占比还将继续提拔。如图3所示，按照内部调研数据，通过度析近几年中国各省典型日峰谷差的变化趋向和特点，能够清晰发觉峰谷差逐渐增大趋向较着，由此对换峰资本的需求也将响应添加。此中，江苏和浙江做为中国经济发财省份，跟着新兴财产成长，典型日用电负荷持续走高，峰谷差进一步扩大。另一方面，发电拆机增加也会带来新的调峰资本，所以峰谷差绝对值的变化趋向不克不及间接反映某一地域调峰压力能否会逐渐增大，需要从负荷率的角度进行进一步阐发。负荷率是描述电网负荷变化特征的主要目标，反映了电网的平均负荷取最大负荷之间的相对关系。当电网负荷率较高时，表白该地域的负荷变化较为平稳，峰谷差别较小，负荷分布相对平均，电力系统的调峰压力相对较小；当电网负荷率较低时，表白该地域的峰谷差别较大，负荷变化较为猛烈，调峰压力会响应增大。按照测算，从中国各省负荷率变化环境看，安徽、江西等地负荷率变小，面对调峰需求压力大，需要开辟更多调峰资本来提高电网调峰能力，将有益于推进“一体化”成长；天津、福建、湖南、等地负荷率变大，其他地域变化较平稳。“十四五”中后期，电力供需形势逐渐趋紧，供电保障压力不竭添加。连系日负荷曲线和负荷率的变化环境，江苏、浙江等地调峰需求空间较大，适合成长虚拟电厂、“火电”耦合发电等“一体化”模式。“十三五”以来，中国国度成长委、国度能源局出台了《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补成长的指点看法》《关于报送“十四五”电力源网荷储一体化和多能互补工做方案的通知》等11项取“一体化”成长相关配套政策，连系各省发布的第十四个五年规划和二〇三五年近景方针纲要、“十四五”现代能源系统规划等政策，梳理出中国各省（区、市）支撑“一体化”成长政策办法。西南地域和云南等地具有丰硕的水资本，连系风光发电和储能手艺，将沉点推进水风光储一体化工程；西北地区广宽，具有得天独厚的水、风、光、地、热资本，陕西、甘肃、青海、新疆等区域将着沉打制风光储能源示范；南方地域正在风电、光伏和核电等范畴具有必然的手艺劣势和财产根本，广东、浙江、江苏等区域成长这些范畴有帮于满脚本地能源需求；、辽宁、、广西等区域将鼎力成长氢能财产和新能源财产，构成新型能源财产成长款式；、山西、河南等区域积极鞭策化石能源绿色开采和洁净操纵，同时全力支撑新能源和可再生能源成长；湖南、等地将通过加速抽水蓄能电坐扶植，推进新能源消纳。分析前述影响要素阐发，拔取计谋结构、资本禀赋、电力负荷、电价程度、新能源消纳能力、调理能力需求等7项进行评估。此中，计谋结构分为风光互补、风光火互补、风光水互补、分布式新能源。资本前提细分为煤炭、天然气、风、光、水、海优势电等资本。电力负荷具体分为用电基数、用电布局、用电需求增加潜力，如表1所示。为更好阐发各省（区、市）适宜“一体化”成长模式，将每个影响要素项分为高、中、低3个级别，如表1所示，暗示第一级，代表影响要素分值高，成长前提极为优胜，环节要素质量高、资本丰硕，成长“一体化”有较着的合作劣势；暗示第二级，代表影响要素分值中等，资本前提成长较好，可通过资本整合和优化设置装备摆设，鞭策“一体化”计谋深切实施；暗示第，代表影响要素分值较低，各项资本要素一般，明白区域正在“一体化”历程中的定位，积极寻求取其他地域的合做，更好参取“一体化”扶植。为更清晰呈现中国各省（区、市）源网荷储一体化6种模式和多能互补3种模式的成长结构好坏，对各省（区、市）“一体化”成长模式进行打分。起首，将表1中每个影响要素项的3个级别赋分值，此中，第一级10分、第二级5分、第1分。其次，按照“一体化”成长模式的特点和侧沉点，阐发确定成长模式的影响要素及其权沉，正在确定每种影响要素权沉时，能够采用熵权法和专家经验法相连系的方式。然后，正在获得每种模式影响要素对应的权沉后，乘以该模式下各个影响要素的分值。最初，将该模式下每个要素的得分相加得出每个省（区、市）成长该模式的总分，按照中国各个省（区、市）的得分由高到低进行排名，得出中国成长“一体化”各类模式的全体环境，具体流程如图4所示。目前，常用的多目标分析评估方式有熵权法、条理阐发法（analytic hierarchy process，AHP）、从成分和因子阐发法、恍惚分析评价法、数据包络阐发法、德尔菲法、秩和比（rank-sum ratio，RSR）分析评价法等。上述评估方式中，AHP法和德尔菲法属于从权赋权法，区别正在于AHP需要建立判断矩阵，将多个目标进行两两对比打分，合用于对多个条理目标权沉计较。熵权法和从成分和因子阐发法属于客不雅赋权法，前者次要按照各目标供给的消息连系变异程度计较各目标权沉，后者次要通过降维处置简化数据布局提取次要特征。恍惚评价法、数据包络阐发法和RSR等属于好坏评价方式，此中恍惚评价法的附属度函数难以确定，合用于目标较少的环境；数据包络法次要用于评价多输入取多输出目标，普遍使用于业绩评价；秩和比法次要通过矩阵秩的转换，获得纲统计量RSR，将该值做为评价对象好坏排序获分档根据。源网荷储一体化和多能互补成长线评估需要考虑浩繁影响要素，样本规模较大，因为一些要素反映当前环境和趋向，收集的是近期新数据样本，采用熵权-德尔菲法连系了熵权法和德尔菲法的长处，兼具客不雅性和客不雅性，使评价愈加全面。假设评估n种成长线，每种成长线有m种影响要素，可成立一个m×n维的评价矩阵X。xij为第j种成长线的第i个影响要素，此中i=1，2，，m；j=1，2，，n。按式（1）对矩阵中的目标进行尺度化处置，即德尔菲法是专家按照“一体化”成长线经验，并考虑现实工程项目扶植成长“一体化”后定出权沉。具体评价方式和根基步调如下。1）列表给出所有成长线影响要素的权沉范畴及确定法则，别离设定各目标权沉的均值和尺度差值。2）邀请10位“一体化”相关范畴专家，细致申明每个目标的寄义、影响要素的权沉计较过程、环节影响目标、评分体例等，对评价目标进行评分。3）列出需要确定的目标权沉并制成表格，同时附上取影响要素相关的布景材料、相关数据，由专家匿名给出影响要素的权沉值。4）收集所有专家的答复数据，将每个目标的权沉值进行汇总、拾掇和阐发，计较各目标权沉的均值，将均值做为该目标的初步权沉值，同时计较每个目标权沉的尺度差，以控制专家对统一目标权沉的离散程度。5）设置尺度差阈值，尺度差越大，申明专家给出的目标权沉值不合大，尺度差越小，申明专家看法较为分歧。拾掇确定超出阈值的目标项，将初步计较的目标权沉及弥补材料返还给专家，并请求专家对超出阈值的权沉值进行调整。6）收集专家调整后的新权沉值，从头计较该目标的权沉，反复以上操做，曲至专家给出的权沉值正在阈值范畴内。1）按照表1中成长线影响要素的不划一级对应的分值，操纵熵权法别离计较所有成长线影响要素的权沉，2）采用德尔菲法通过多轮收集、处置、阐发和整合该范畴专家们的看法，确定所影响要素的客不雅权沉。3）按照步调1）、步调2）得出的权沉值，连系现有“一体化”结构环境，发觉德尔菲法得出的权沉值更贴合现实，因而采用加权平均的方式，将熵权法和德尔菲法得出的权沉按照40%和60%比例进行融合计较，从而获得最初总权沉。“一体化”优化调整后的权值如表2~3所示。从表2计较成果可知，源网荷储一体化6种成长线都取用电基数、用电布局、用电需求增加潜力、电价程度、新能源操纵程度、调理能力需求、利好政策等要素相关，各线连系本身成长，需求的资本禀赋分歧。每种成长线中，影响要素权严沉的表白对这种成长线影响大，为次要要素，影响要素权沉小的表白对这种成长线影响较小，为次要要素。由表3可知，多能互补成长线的多种影响要素中，起从导影响要素的是计谋结构、资本禀赋，电价程度、新能源消纳能力等影响较小。由表2可知，6种成长线的影响要素次要涉及煤炭、天然气、资本分布、负荷成长等12种，通过对中国各省（区、市）打分，得出成长线的分数，进而按照每种线分）、成长前提一般（45分及以下）3个层级，按照图3流程计较得出中国各省（区、市）源网荷储一体化成长线 中国各省（区、市）源网荷储一体化6种成长线阐发表中国各省（区、市）源网荷储一体化6种成长线次要集中正在东部沿海、华北及华中等负荷增加较快、电价程度较高、调理需求能力较大的区域，具体每个省的成长可按照表4阐发，分析选择适合每个省成长的线B；储能成长线得分靠前的地域次要集中正在浙江、广东、江苏、河南等地，以上地域有较丰硕的天然气开采及进口LNG供应资本，用电基数、用电布局等成长空间较大、电价程度相对较高，能够更好阐扬燃气三联供劣势，快速结构燃气三联供项目。2）风光发电微电网电动汽车充电储能成长线得分靠前的地域次要集中正在冀北、江苏、广东等地，依托丰硕的风、光资本，通过峰谷差电价的利润空间，推进风光储充一体化项目扶植，实现分歧场景下多种形式能源的获取，协调均衡配电网、风电、光伏发电、储能、充电设备等分歧的能量单位。3）“火电”耦合发电成长线得分排序靠前的区域是河南、蒙西、蒙东等地，操纵存量火电机组进行燃料矫捷性，高效消纳秸秆、污泥等固废，降低耗煤量。同时，还能够连系本地其他资本禀赋，取煤电互补耦合发电，摸索“火电”耦合发电的多元模式。4）风光储燃气三联供蓄冷蓄热成长线B；储能线较为附近，添加了风光发电，通过风光互补，进一步提拔了电力系统的平安不变，推进可再生能源的并网，提高其消纳能力，得分靠前的区域是浙江、江苏、广东等地。5）虚拟电厂扶植依赖于电力负荷成长、电价程度、调理能力需求及多种分布式电源供应，得分靠前的区域是浙江、广东、上海等地。6）光伏建建一体化成长线得分靠前的区域是浙江、广东、江苏等地，以上区域工贸易电价程度相对较高，且用电高峰正在白日，适合成长光伏发电，可充实操纵建建屋顶、立面、厂房顶面等适宜场地空间安拆光伏发电设备，降低成本，加快具体项目落地。多能互补成长模式都是大能源型，次要集中正在中国的三北、西南及东部沿海区域，本文多能互补着沉针对以上区域进行阐发。由表3可知，影响多能互补成长模式次要要素有计谋定位、煤炭资本、风资本、光资本、水资本等10种，同样按照得分环境将3种成长线分）、成长前提一般（35分及以下）3个层级，具体成果如表5所示。风光水（储）一体化模式得分有劣势的区域是河道浩繁的云贵川藏等地，次要正在中国西南和黄河“几”字湾等水资本丰硕地域，次要考虑要素是计谋定位取资本前提，操纵水电坐的调理机能，取其他洁净能源构成互补，能够通过矫捷安排水电坐、优化储能设置装备摆设、制定风光水储协同优化策略、加强智能安排和办理等办法，实现能源全体高效操纵和系统不变运转。风光火（储）一体化模式得分有劣势的区域是、甘肃、山西、陕西等西北地域，存量煤电较丰硕，次要考虑要素是计谋定位取资本前提，通过节制系统、调零件组参数等体例，提拔煤电机组正在分歧负荷、分歧运转模式下的顺应性和矫捷性，更好应对新能源发电出力的波动性、间歇性，推进本地能源布局的优化和高质量成长。“一体化”阐发评估做为投资决策的首要环节，是后续开辟扶植的主要根本。本文总结了源网荷储一体化6种成长线种成长线，研究了中国各省（区、市）的资本前提、负荷成长、电价程度等“一体化”成长影响要素。正在此根本上，操纵熵权法和专家经验法融合的从客不雅法成立了各省（区、市）一体化线成长评估系统，通过对中国各省（区、市）“一体化”成长模式打分分档，得出各省（区、市）成长“一体化”的评估成果，从全体上明白了中国“一体化”开辟结构沉点，为中国各省（区、市）结构“一体化”项目供给了手艺支持。为进一步加速风光储、风光水（储）、风光火（储）多能互补分析能源成长，推进源网荷储一体化成长，阐扬多种电源互补劣势，供给标的目的。正在明白中国成长结构根本上，合理确定“一体化”具体营业开辟方案。一方面，目前，源网荷储一体化项目开辟扶植模式较多，正在中国曾经有较为成功的项目实践，各地正在考虑地区新能源资本禀赋和用户需求根本上，按照电源规模、出力特点和送出能力、负荷特征等要素，环绕各省的焦点财产开展多元供应营业，积极开展能效办理、售电代办署理等分析办事，强化源网荷储各环节的协调互动，构成具有区域特色的源网荷储一体化营业；另一方面积极整合当地资本，加速推进多能互补示范扶植历程，优先鼎力成长新能源，以质量效益为先，连系送端新能源特征、受端系统消纳空间，阐扬各类能源资本的劣势，勤奋扩大就近打捆新能源电力规模，摸索可复制、可推广的多能互补能源成长模式，成立手艺先辈、模式成熟的贸易运营方案，由“示范”到“推广”多能互补成长模式先辈经验。