基于模糊層次分析法的分散式風(fēng)電場宏觀選址研究

1、天津工業(yè)大學(xué)2019屆本科生畢業(yè)論文第一章 緒論1.1選題的依據(jù)和意義能源是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先決條件，而且在很大程度上決定著公眾整體生活水平的高低，以天然氣、煤炭以及石油為主的化學(xué)能源是能源的主要消耗形式，盡管我國一直被冠以“煤炭大國”的稱號，但是在煤炭儲量的勘探方面，我國僅達(dá)到世界的11.6%左右，而我國現(xiàn)已勘探的石油儲量占世界石油儲量的2.1%；我國現(xiàn)已勘探的天然氣儲量占世界儲量的1%；。根據(jù)世界銀行對我國人口的預(yù)測數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2020年我國人口將達(dá)到14.2億左右，以2009年人口為基數(shù)，年均增長為0.56%。由以上數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)有的化石能源儲蓄量無法滿足日益增長的人口需求。此外，由于化石能源

2、在鋼鐵、有色、建材、造紙、化工等工業(yè)行業(yè)的大量消耗過程中產(chǎn)生了溫室氣體，不僅加劇了全球變暖，而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。由此可見，隨著化石能源資源的短缺、能源需求的增加、全球變暖的危險以及人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，我們不得不加快步伐，爭取尋求更多更加高效和清潔的新能源，特別是在當(dāng)今節(jié)能環(huán)保的大政策下，更應(yīng)加速開發(fā)和利用可再生新能源，而新能源的發(fā)展必然也會推動我國經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展。隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，國內(nèi)外在新能源研究方面也取得十足進(jìn)步，除了風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電之外，現(xiàn)在我們還可以利用生物或者太陽能來進(jìn)行發(fā)電，而且技術(shù)成熟度已經(jīng)相當(dāng)之高，這些新能源發(fā)電不僅成本更低，也越來越呈現(xiàn)出一定的規(guī)?；?。其中，風(fēng)能作

3、為一種清潔能源，具備非常突出的市場前景和潛力，在未來很長一段時間內(nèi)將具備較強(qiáng)的競爭力，其應(yīng)用也注定是未來電力行業(yè)的必然趨勢。近幾年，我國尤為重視新能源的投入和發(fā)展，多次采用價格補(bǔ)貼的方式來加大新能源建設(shè)的寬度和力度，在這個大背景下，我國的風(fēng)力發(fā)電廠在數(shù)量和質(zhì)量方面都得到飛速發(fā)展，當(dāng)然，這些風(fēng)力發(fā)電廠也主要分布于沿海地區(qū)和西北地區(qū)，因?yàn)檫@些區(qū)域存在非常豐富的風(fēng)力資源，這種分布方式也有助于對風(fēng)力發(fā)電效能的最大化利用。建設(shè)過程中，風(fēng)力發(fā)電廠的選址及布局規(guī)劃是基礎(chǔ)和核心工作。首先，合理的選址及布局可影響經(jīng)濟(jì)效益，一旦選址錯誤或者布局不合理，一方面會造成發(fā)電量的大量損失，另一方面也會在使用過程中大大增加

4、維修費(fèi)用；其次，選址及布局能將自然資源進(jìn)行最大程度的利用，從而得到最大的發(fā)電量。最后，選址和布局是否合理是節(jié)約能源和減少污染的重要影響因素，也直接決定著社會發(fā)展成本（社會成本與經(jīng)濟(jì)成本）的高低，對可持續(xù)發(fā)展有重要意義。本文具有的研究意義如下：（1）風(fēng)力發(fā)電的合理和良好發(fā)展，既有助于滿足國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)和公眾生活的電力需求，也能最大化地避免污染環(huán)境。在風(fēng)能發(fā)展中，發(fā)電廠選址的合理與否，不僅是關(guān)鍵與核心，更是建設(shè)風(fēng)力發(fā)電廠的必要準(zhǔn)備?？梢哉f，我們能否保證風(fēng)力發(fā)電廠選址的科學(xué)性與合理性，在很大程度上關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電的整體發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益，也間接影響著社會經(jīng)濟(jì)和電力行業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。（2）諸多因素都會對風(fēng)力發(fā)電

5、廠的合理選址產(chǎn)生影響，選址結(jié)果可能由于標(biāo)準(zhǔn)的重要性受到主觀和客觀的一定影響存在一定的差異。本文針對層次分析法的不足，引入模糊層次分析法，結(jié)合選址過程中風(fēng)能、環(huán)境、地理、交通四個方面的影響因素，對備選方案進(jìn)行比較和分析，最終選出一個最優(yōu)方案，為項(xiàng)目投資決策者提供科學(xué)的理論支持。（3）本文的研究內(nèi)容不僅為將來的風(fēng)力發(fā)電廠選址提供一定的理論及研究方法，同時，也在一定程度上有助于對其它可再生能源（如水能）項(xiàng)目的選址研究，以便于合理有效地開展選址工作。（4）通過對天津市濱海新區(qū)風(fēng)能資源實(shí)測數(shù)據(jù)的分析和比較后，風(fēng)對風(fēng)機(jī)選擇和布局提供建議以及評估發(fā)電量，是崇明電場天津市濱海新區(qū)風(fēng)力發(fā)電廠的后期建設(shè)的理論參考

6、數(shù)據(jù)。1.2研究內(nèi)容本文以天津市濱海新區(qū)為研究對象，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電廠影響因素較多且評價標(biāo)準(zhǔn)不一的特點(diǎn)，利用模糊層次分析法對多個備選風(fēng)力發(fā)電廠廠址進(jìn)行比較，并進(jìn)行優(yōu)劣排序。首先，根據(jù)評價指標(biāo)選取原則，選取風(fēng)能、環(huán)境、地理、交通因素的評價指標(biāo)，并在GIS工具的支持下，得到相關(guān)數(shù)據(jù)。之后，相繼提出模糊層次分析法和數(shù)據(jù)實(shí)際處理法，最終，將該方法應(yīng)用于實(shí)際工程中，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)解決了天津市濱海新區(qū)風(fēng)發(fā)電力工廠的選址問題，驗(yàn)證了方法的合理性和有效性。通過對天津市濱海新區(qū)風(fēng)能資源分布情況的分析，以天津市氣象站實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對其風(fēng)能資源做詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)和對比分析。對風(fēng)力發(fā)電廠的風(fēng)力機(jī)參數(shù)選擇及布點(diǎn)的給出建議，并對其

7、發(fā)電量進(jìn)行評估。1.3本章小結(jié)本章闡述了論文選題依據(jù)、意義及研究內(nèi)容，并提出了利用GIS工具及模糊層次分析法解決風(fēng)力發(fā)電廠選址及布局規(guī)劃問題。第二章 文獻(xiàn)綜述2.1國內(nèi)研究情況 國內(nèi)關(guān)于風(fēng)力發(fā)電廠選址的研究文獻(xiàn)較少，主要集中在風(fēng)能資源評估、風(fēng)力發(fā)電廠選址經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以及風(fēng)力發(fā)電廠如何選址等方面。楊振斌首次提出風(fēng)能資源評估綜合分析系統(tǒng)模型，有機(jī)結(jié)合了GIS、衛(wèi)星遙感技術(shù)以及復(fù)雜地形的風(fēng)測量技術(shù)，并將這些技術(shù)融于風(fēng)場模擬中，從而能夠更加直觀和立體地評估資源，有助于進(jìn)一步推動國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的規(guī)?；?；馮迎春結(jié)合寧夏地區(qū)風(fēng)力發(fā)電廠建設(shè)的特點(diǎn)，分析了風(fēng)力發(fā)電廠開發(fā)建設(shè)過程中的選址和定位，并結(jié)合實(shí)際情況提出了

8、建議；鄧元昌選取國內(nèi)部分現(xiàn)存風(fēng)力發(fā)電廠，利用ArcGIS軟件工具來統(tǒng)計(jì)和分析其坡度數(shù)據(jù)與地形波動，并以此為基礎(chǔ)將上述兩種參數(shù)有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而對地形復(fù)雜程度予以全面反映;陸雪琴基于已建立的風(fēng)電地理數(shù)據(jù)庫，結(jié)合最新的指標(biāo)體系，建立了最新的選址評價模型，具體而言，在模型中，他首先運(yùn)用AHP來對各指標(biāo)權(quán)重加以明確，并將其與GIS工具分析模型相結(jié)合，在保證數(shù)據(jù)量化的同時，進(jìn)一步保障了其標(biāo)準(zhǔn)化，最終再運(yùn)用多級加權(quán)求合法得出最佳結(jié)論。2.2國外研究情況Bennui等人將風(fēng)速、海拔高度、地形坡度、區(qū)域公路和鐵路的距離、區(qū)域森林風(fēng)景區(qū)的距離用作選址的影響因素指標(biāo)，利用GIS與MCDM方法結(jié)合研究了泰國大型風(fēng)力渦輪

9、機(jī)的有效選址；Moiloa選擇美國、英國和南非三個國家基于GIS的風(fēng)力發(fā)電廠設(shè)施選址模型進(jìn)行案例研究，并說明GIS如何被計(jì)劃者和決策者應(yīng)用； Sliz-Szkliniarz和Vogt在波蘭使用基于GIS的方法評估了風(fēng)能潛力，并開發(fā)了一種使用GIS進(jìn)行選址決策過程的方法；Aydin等人依據(jù)風(fēng)能潛力、環(huán)境適應(yīng)性、環(huán)境可接受性等選址決定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合MCDM方法和GIS創(chuàng)建了土耳其西部風(fēng)力渦輪機(jī)選址的決策支持系統(tǒng)；Tag hilo利用地理信息系統(tǒng)和MCDM方法，共同研究了三個方案，以優(yōu)化替代伊朗Zanjan風(fēng)力發(fā)電廠，并且他使用五種多標(biāo)準(zhǔn)方法（指數(shù)疊加法、層次分析法、模糊層次分析法、TOPSIS和模糊T

10、OPSIS）找到風(fēng)力發(fā)電廠的最優(yōu)替代方案，發(fā)現(xiàn)模糊層次分析法結(jié)果是最被可接受的；Asakereh等人利用模糊AHP法有效評估了伊朗的庫齊斯坦省的太陽能光伏發(fā)電站，并根據(jù)評估結(jié)果選擇合適的位置；Multazam等人采用模糊AHP方法確定包括經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、技術(shù)方面因素的權(quán)重，選定印度尼西亞地區(qū)產(chǎn)出量最大且經(jīng)濟(jì)并環(huán)保的風(fēng)力發(fā)電廠位置。2.3現(xiàn)有研究的總結(jié)國內(nèi)外學(xué)者利用地理信息系統(tǒng)、層次分析法和多屬性評價方法對陸上和海上的風(fēng)力發(fā)電廠選址進(jìn)行相關(guān)的研究和分析，并得到一定的研究成果。由于國內(nèi)學(xué)者在這些領(lǐng)域的研究工作開展較晚，相比于國外學(xué)者得到的研究成果較少。就國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電廠選址而言，既缺乏定量兼定性分析相結(jié)

11、合的評價方法，也沒有普遍適用的評價指標(biāo)體系，更不用說缺少相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。所以，相關(guān)的理論研究和方法仍需進(jìn)一步深入發(fā)展。具體結(jié)論如下：（）由于人為主觀影響，確定評價因素的權(quán)重和各個因素的評分結(jié)果會有所差異。若主觀性帶來的影響，容易導(dǎo)致評價結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差；（）模糊層次分析法和多屬性評價方法解決風(fēng)力發(fā)電廠選址問題在中國應(yīng)用較少，在國外的應(yīng)用較多。（）多種評價因素會對風(fēng)力發(fā)電廠選址有一定的影響，以往的很多研究通常僅考慮風(fēng)能資源的影響，很少比較多個影響因素產(chǎn)生的的評價結(jié)果，這樣做可能無法保證選址方案的科學(xué)性和合理性。因此，本文研究選取GIS作為輔助工具，使用模糊層次分析法，以中國天津市濱海新區(qū)的風(fēng)

12、力發(fā)電廠為研究對象，開展相關(guān)理論研究。2.4本章小結(jié)本章主要介紹了國內(nèi)外有關(guān)風(fēng)力發(fā)電廠選址所幵展的相關(guān)理論研究及取得的研究成果，并對國內(nèi)和國外該領(lǐng)域的研究成果進(jìn)行比較和總結(jié)。通過分析已有的研究成果，針對其不足之處，提出在GIS工具的基礎(chǔ)上，利用模糊層次分析法，對研究區(qū)域的風(fēng)力發(fā)電廠選址開展研究。第三章 關(guān)于模糊層次分析法的概述3.1關(guān)于層次分析法的概述3.1.1概念及特點(diǎn)簡介（）產(chǎn)生背景事實(shí)上，定量分析方法是最早被廣泛應(yīng)用于社會科學(xué)問題的研究并引起很高的重視，奠定了社會科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。定量分析方法中的最優(yōu)化模型曾在一定時期內(nèi)對決策問題的研究產(chǎn)生很大影響。雖然如此，在具體應(yīng)用過程中，該方法依然存

13、在諸多問題：在問題決策方面，往往存在較強(qiáng)的主觀性，但這卻無法體現(xiàn)于其最優(yōu)化模型之中；實(shí)際問題一般較為復(fù)雜，很難利用合適的數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確表達(dá)出來。即使構(gòu)造出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通常也難以執(zhí)行解決；構(gòu)造復(fù)雜的模型不僅操作困難，同時也帶來成本過高的問題。由于上述問題的存在，相關(guān)學(xué)者嘗試采用一種新的決策方法來解決社會科學(xué)問題，所選方法既可以保證決策結(jié)果在數(shù)學(xué)分析方面的準(zhǔn)確性，又同時兼顧人類在思考問題過程中的思維規(guī)律，即定性與定量相結(jié)合。層次分析法正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生的。（）產(chǎn)生過程層次分析法，就是我們常說的AHP，早在上個世紀(jì)七十年代，美國著名運(yùn)籌學(xué)家薩迪便首次提出這一概念。最早的應(yīng)用是1971年于美國

14、國防部“應(yīng)急計(jì)劃”研究中。六年后，在當(dāng)年的國際數(shù)學(xué)建模會議中，薩迪通過論文發(fā)表的方式正式論述了這一分析法，層次分析法被眾多學(xué)者了解和熟知。（）層次分析法的發(fā)展自Saaty在國際數(shù)學(xué)建模會議上正式提出層次分析法，AHP法在廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域決策方法的解決，且AHP法的理論也不斷的深入和發(fā)展。我國引入AHP法較晚，在1982年召開的中美能源、資源、環(huán)境會議上由Saaty教授的學(xué)生高蘭尼柴第一次向中國學(xué)者介紹這一新的決策理論。從此，AHP法在我國得到迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于工程計(jì)劃、政策制定、城市規(guī)劃以及資源分配等各個領(lǐng)域。AHP法定性與定量相結(jié)合地處決策因素的特點(diǎn)，使得決策問題的解決更加簡潔靈活。 （

15、）概念及特點(diǎn)概念：所謂層次分析法，具體而言，就是指站在整體角度來看待某個復(fù)雜性較高的多目標(biāo)決策問題，并對其進(jìn)行分解，形成數(shù)個指標(biāo)或者準(zhǔn)則，再進(jìn)一步分解成多個約束、準(zhǔn)則或者目標(biāo)的數(shù)個層次，然后運(yùn)用定性指標(biāo)模糊量化方法對其總排序與層次單排序進(jìn)行計(jì)算，最終在定量和定性兩個方面來對多方案或者多目標(biāo)優(yōu)化決策加以解決的系統(tǒng)方法。特點(diǎn)：定性與定量分析是層次分析法的主要特點(diǎn)，AHP法通過數(shù)字把人的主觀判斷表達(dá)出來，有效地對決策方案進(jìn)行科學(xué)合理的評判。層次分析法的決策過程可簡單概括為三個步驟，即分解（構(gòu)造遞階層次結(jié)構(gòu)）、比較（因素相對重要性）和合成（方案優(yōu)劣順序）因此，它適用于解決復(fù)雜社會科學(xué)領(lǐng)域決策問題。同時

16、，由于層次分析法的表現(xiàn)形式相對簡單，便于接受和理解，使得其被廣泛應(yīng)用。3.1.2層次分析法的優(yōu)缺點(diǎn)層次分析法的應(yīng)用十分廣泛，可以有效解決電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)、機(jī)組電力恢復(fù)環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)等多個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的決策問題。層次分析法的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（） 系統(tǒng)性即在分析過程中，將研究對象視為一個系統(tǒng)，然后通過分解和比較的方式得到?jīng)Q策問題的結(jié)果。系統(tǒng)性強(qiáng)調(diào)所有影響結(jié)果的因素都存在關(guān)聯(lián)性，不能割裂看待，同時每層權(quán)重設(shè)置都會對結(jié)果產(chǎn)生一定影響。（）實(shí)用性層次分析法的主要特點(diǎn)是將定量和定性緊密結(jié)合，進(jìn)一步分解本來比較復(fù)雜的系統(tǒng)，使思維過程更加系統(tǒng)化和數(shù)學(xué)化，以符合人們的習(xí)慣需求，因此，該方法能處理許多用

17、傳統(tǒng)的最優(yōu)化技術(shù)無法著手的實(shí)際問題，并廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。（）簡潔性層次分析法把相對比較復(fù)雜的決策問題轉(zhuǎn)化成多層次的單目標(biāo)問題，然后每兩個進(jìn)行相互比較，對相鄰兩層數(shù)量關(guān)系加以確定，最終轉(zhuǎn)化成比較簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算。這種方法集邏輯性和簡潔性于一體，理解和運(yùn)用都相對容易，適用于各種文化程度的人解決實(shí)際問題。雖然層次分析法具備上述顯著優(yōu)點(diǎn)，但是在具體研究過程中也發(fā)現(xiàn)諸多亟需改進(jìn)之處，具體如下：（）目前C.R.小于0.1是對判斷矩陣是否一致進(jìn)行確定的主要標(biāo)準(zhǔn)，但這個標(biāo)準(zhǔn)明顯缺乏科學(xué)性；（）在對判斷矩陣是否一致進(jìn)行檢驗(yàn)的過程中，如果階數(shù)過大，會大大增加精確計(jì)算的實(shí)際工作量；（）當(dāng)前調(diào)整判斷矩陣的過程和方式也

18、比較冗雜。如果在矩陣判斷過程中，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)出不一致化，只能通過判斷矩陣元素的不斷調(diào)整來使其一致，而這個程序非常復(fù)雜，需要大量重復(fù)性的調(diào)整和檢驗(yàn)步驟。3.2關(guān)于模糊層次分析法的概述在實(shí)踐過程中，尤其是從宏觀上進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電廠選址的實(shí)際操作過程中，層次分析法存在諸多問題，在實(shí)際效果方面也不盡如人意，因此，本文特引入模糊層次分析法，這種新型評價方法不僅在判斷一致性方面采取了更加科學(xué)合理的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，也進(jìn)一步彌補(bǔ)了之前在一致性檢驗(yàn)與調(diào)整過程中存在的各種缺陷。3.2.1遞階層次結(jié)構(gòu)的建立通過遞階層次結(jié)構(gòu)的建立，能夠把原本復(fù)雜的問題分成多個層次來解決，通常情況下，包括以下四個層次：第一個是目標(biāo)層，第二個是準(zhǔn)

19、則層，第三個是指標(biāo)層，最后一個則是方案層。具體如下圖所示。目標(biāo)層 目標(biāo)準(zhǔn)則層 準(zhǔn)則1 準(zhǔn)則2 準(zhǔn)則3指標(biāo)層 指標(biāo)1 指標(biāo)2 指標(biāo)3 指標(biāo)4方案層 方案1 方案2 方案3 圖3.1 遞階層次結(jié)構(gòu) 3.2.2判斷矩陣的確定我們用R來表示判斷矩陣，其中，元素rij表示指標(biāo)或者準(zhǔn)則，rij越大，代表著ri比rj越重要，以此為基礎(chǔ)，在判斷矩陣的構(gòu)建過程中，我們用0.1、0.2直至0.9來代表其重要性，具體如下：當(dāng)重要性標(biāo)度為0.1至0.4時，元素ri與rj、rj與ri的重要性之比分別用rij和rji來表示；當(dāng)重要性標(biāo)度為0.5時，代表著上訴兩種元素具備同等重要性；當(dāng)重要性標(biāo)度為0.6時，代表著前者的重要

20、性比后者稍大；當(dāng)重要性標(biāo)度為0.7時，代表著前者的重要性比后者較大；當(dāng)重要性標(biāo)度為0.8時，代表著前者的重要性比后者要大很多；當(dāng)重要性標(biāo)度為0.9時，代表著前者的重要性比后者極端大。定義1 R=（rij）nn，若滿足：0rij1,(i,j=1,2,n),則R是模糊矩陣。定義2 若模糊矩陣R=（rij）nn滿足：rij+rji=1，(i,j=1,2,n)則R為模糊互補(bǔ)矩陣。如果為模糊互補(bǔ)矩陣，則其性質(zhì)如下：（） rij=0.5，i,j=1,2,n；（） rij=1-rji，i,j=1,2,n。根據(jù)上述性質(zhì)，通常需要先后經(jīng)過三個步驟：第一步是對第一部分進(jìn)行填寫；第二步是進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果來填

21、寫矩陣的下三角部分或者上三角部分；第三步是以判斷矩陣的實(shí)際性質(zhì)為依據(jù)，對剩余部分完成填寫。3.2.3關(guān)于判斷矩陣一致性的檢驗(yàn)與調(diào)整盡管通過分析判斷矩陣的某個列或者某個行，就能夠幫助專家清晰地判斷各個元素的重要程度，但是在判斷矩陣列或者行的組合過程中，不同專家的習(xí)慣和喜好各不相同，從而會出現(xiàn)各種各樣的組合方式，最終影響主觀判斷，我們通常用以下三種假設(shè)來總結(jié)專家習(xí)慣：第一種是判斷矩陣中的某個列或者某個行，能夠在最大程度上對專家的所有重要性判斷予以反映；第二種是判斷矩陣中的某個列或者某個行，能夠最全面地將元素總體中某個元素的重要性予以反映；第三種是判斷矩陣中的全部列或者行，是對專家判斷的共同反應(yīng)，即

22、便存在部分與一致性要求相偏離的值，也屬于不同值之間修正后得出的合理結(jié)果。不同的駕駛對應(yīng)不同的組合，其反過來確定不同的矩陣調(diào)整方法。本文中，筆者首先運(yùn)用第一種假設(shè)，在操作過程中，如果判斷矩陣的構(gòu)造存在不一致現(xiàn)象，就可以運(yùn)用模糊一直矩陣的充分條件，具體表現(xiàn)為以下幾個定理：定理1 模糊互補(bǔ)矩陣R=（rij）nn具體需要經(jīng)過以下幾個步驟：第一步是選擇一個具備一般性特征的元素，而且必須能夠大概率明確判斷該元素和其他元素的重要性對比情況，并假設(shè)該有把握判斷為r11，r12，r1n。第二步是將R的首行元素與下一行相對應(yīng)的元素進(jìn)行作差，如果結(jié)果均為常數(shù)，就不需要對下一行元素進(jìn)行調(diào)整，反之，需要不斷調(diào)整，直至符

23、合前一個條件為止。第三步是將R的首行元素與第三行中與之對應(yīng)的元素進(jìn)行作差，如果結(jié)果為常數(shù)，就不需要對第三行元素進(jìn)行調(diào)整，反之，需要不斷調(diào)整，直至符合前一個條件為止。然后不斷對上述步驟進(jìn)行重復(fù)，直到首行元素和每一行與其對應(yīng)的元素作差都能得到常數(shù)的結(jié)果。3.2.4對層次單排序權(quán)重進(jìn)行靜思園我們用n來表示準(zhǔn)則層的準(zhǔn)則數(shù)量，用wnA來代表不同準(zhǔn)則層的權(quán)重，第i個準(zhǔn)則ai中指標(biāo)的數(shù)量為s，用,bs表示,然后用 wis表示其權(quán)重，則準(zhǔn)則層次單排序權(quán)重如公式3.1所示：wiA=1n-12+1n k=1nrik,i(1,2,n) (3.1)上述公式中：代表不同準(zhǔn)則間重要程度差異的指標(biāo)因子, 數(shù)值越大，代表專家

24、對其差異的重視程度越低。實(shí)踐中通常認(rèn)定=n-1/2。指標(biāo)層層次單排序可表示為：wij =1s-12+1sk=1srik,j(1,2,s) (3.2)上述公式中，代表不同指標(biāo)間重要程度差異的指標(biāo)因子,數(shù)值越大，代表專家對其差異的重視程度越低。實(shí)踐中通常認(rèn)定=s-1/2。由此可以得出，全部指標(biāo)的層次總排序權(quán)重向量可以表示為：W=(w1B, w2B,，wmB)3.2.5對層次總排序權(quán)重進(jìn)行計(jì)算由于層次單排序存在不同，所以總排序也會有所不同。我們假設(shè)遞階層次結(jié)構(gòu)的指標(biāo)數(shù)量為m，具體用,bm來表示，其對于準(zhǔn)則ai層次單排序權(quán)重為 wim。結(jié)合上述單排序公示，可以將指標(biāo)層B以及其他指標(biāo)的層次總排序權(quán)重公式

25、表示為：wjB= i=1nwiAwij, j1,2,m (3.3)3.2.6實(shí)際數(shù)據(jù)處理方法本文基于模糊層次分析法，推出了下文中的實(shí)際數(shù)據(jù)處理方法，具體步驟和方法如下所示：假設(shè)評價指標(biāo)組成有m個，xij表示樣本集數(shù)據(jù)，且為零或者正數(shù)。為了保證建模符合通用性，避免評價指標(biāo)出現(xiàn)量綱效應(yīng)，本文以指標(biāo)滿意度為參考，在描述各個指標(biāo)在方案中的重要性時，采取了滿意度標(biāo)準(zhǔn)。即對某個指標(biāo)進(jìn)行定義，用1和0分別代表滿意度的最優(yōu)值和最劣值。并采用插值法來獲取其中間值。我們可以分別用圖3.4和圖3.5來表示越大越優(yōu)和越小越優(yōu)兩種不同類型的指標(biāo)。xij=1 0+xij-minxjmax xj-minxj01 xij=m

26、ax xjminxjxijmax xj，xij=minxj （3.4）式中：max xj= maxxij， minxj= minxij，其中i=1,2,n，j=1,2,l xij=1 0+max xj-xijmax xj-minxj01 xij=minxjminxjxijmax xj，xij=max xj （3.5）式中：max xj= maxxij， minxj= minxij，其中i=1,2,n，j=1,2,l3.2.7選址決策關(guān)于模糊評價綜合值的計(jì)算，可以使用下述公式：W =WX=(wjB)1m(xij)ml (3.6)在獲得各個方案的不同綜合值之后，可以對其進(jìn)行排序，就能夠以此為依據(jù)來

27、排序備選區(qū)的風(fēng)能資源豐富程度。3.3本章小結(jié) 本章首先介紹了層次分析法的產(chǎn)生背景、發(fā)展過程以及主要特點(diǎn)，并分析了層次分析法在解決實(shí)際決策問題時的優(yōu)缺點(diǎn)。之后引進(jìn)模糊層次分析法來代替層次分析法，同時提出并分析了實(shí)際數(shù)據(jù)處理方法，從而一方面提升了一致性判斷標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性與合理性，另一方面也提升了檢驗(yàn)和調(diào)整的準(zhǔn)確性和簡便性。第四章 基于模糊AHP法的風(fēng)力發(fā)電工廠選址研究4.1關(guān)于風(fēng)力發(fā)電廠的宏觀選址4.1.1概念概述宏觀選址非常重要，不僅有助于提升風(fēng)力發(fā)電的整體經(jīng)濟(jì)效益，也是風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的基礎(chǔ)。宏觀選址是指在范圍較大的地域內(nèi)，通過對地理和氣象等多種類別建設(shè)條件分析和比較，最終從中選出一個或者數(shù)個既具備

28、較高的利用價值，又儲備豐富風(fēng)能資源的小區(qū)域。選取過程既要符合國家和當(dāng)?shù)氐恼?guī)劃要求，也要結(jié)合現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電廠的實(shí)際運(yùn)行情況。4.1.2宏觀選址的基本原則（1）經(jīng)濟(jì)性原則 在風(fēng)力發(fā)電廠建設(shè)中，經(jīng)濟(jì)效益是一個重要的影響指標(biāo)。為保證一定的經(jīng)濟(jì)效益，控制年發(fā)電量、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用及項(xiàng)目投資年折舊等度電成本是前提。減少度電成本可有效提升經(jīng)濟(jì)效益，如選擇具備風(fēng)能資源豐富的場址，并將匹配的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝過來，以此提升機(jī)組的年發(fā)電量，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性。（2）環(huán)保性原則風(fēng)力發(fā)電過程中可避免污染物排放到大氣中，有效的改善了大氣環(huán)境，增強(qiáng)了環(huán)保性。但在風(fēng)力發(fā)電廠建設(shè)中，仍應(yīng)注意避免因噪聲、電磁輻射及生態(tài)破壞對環(huán)境造成的不良

29、影響。為控制運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲音量，風(fēng)力發(fā)電廠選址需要與居民區(qū)所遠(yuǎn)離；為減少電磁輻射對電視信號和微波傳輸?shù)挠绊?，風(fēng)力發(fā)電廠選址需要與微波傳輸路徑所遠(yuǎn)離；為減少因風(fēng)力發(fā)電廠建設(shè)造成的土地占用、植被破壞及野生動物棲息地破壞等不良影響，風(fēng)力發(fā)電廠選址應(yīng)多方面考察其周圍生態(tài)環(huán)境。（3）科學(xué)性原則 評價指標(biāo)因素的科學(xué)與否直接影響風(fēng)力發(fā)電廠選址的結(jié)果。所以，風(fēng)力發(fā)電廠評價指標(biāo)因素要結(jié)合風(fēng)力發(fā)電廠廠址的特征，站在經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)發(fā)展的雙重角度，并且充分考慮安全因素和環(huán)境因素。（4）高效性原則在建設(shè)風(fēng)力發(fā)電廠時，除了要考慮經(jīng)濟(jì)性原則、環(huán)保性原則及科學(xué)性原則之外，還需要關(guān)注所選廠址的高效性。一方面，在設(shè)計(jì)風(fēng)力

30、發(fā)電廠的過程中，要盡可能減小與電網(wǎng)之間的距離，最大限度地避免損壞輸電系統(tǒng)；另一方面，應(yīng)當(dāng)充分考慮電網(wǎng)和發(fā)電設(shè)備的接納與承受水平，從而保證風(fēng)電輸出的波動性與間歇性。4.1.3以選址原則為基礎(chǔ)來確定評價指標(biāo)因素本文通過GIS獲得各指標(biāo)的測量數(shù)據(jù)，以便更準(zhǔn)確直觀地分析研究結(jié)果。結(jié)合實(shí)際情況，需要確定的指標(biāo)因素主要包括以下四種：（1） 風(fēng)能因素風(fēng)速：所謂風(fēng)速，是能源系統(tǒng)的常見技術(shù)指標(biāo)之一，也是評價選址優(yōu)劣的重要因素之一。對風(fēng)力發(fā)電廠進(jìn)行選址的過程中，在保證風(fēng)速適宜的前提下，區(qū)域的風(fēng)速越大，該區(qū)域就越適合建立風(fēng)力發(fā)電廠。風(fēng)功率密度：平均風(fēng)功率越大，表明風(fēng)能資源越好，越有利于建設(shè)風(fēng)力發(fā)電廠。（2） 環(huán)境因

31、素與居民區(qū)的距離：環(huán)境因素主要考慮噪聲帶來的不良影響。建立風(fēng)力發(fā)電廠如果靠近居民生活區(qū)，將會對居民生活造成很大的負(fù)面影響，因此風(fēng)力發(fā)電廠的選址與居民區(qū)的距離越遠(yuǎn)越好。（3） 地理因素地形坡度：即地形是否平緩以及平緩的程度，通常情況下，地形坡度越大，表明地形越陡峭，越不容易安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，這就在很大程度上提高了基建成本和風(fēng)電機(jī)組的整體性能要求，由此可見，風(fēng)力發(fā)電廠的選址應(yīng)選在地形盡量平緩的區(qū)域。地形起伏度：由數(shù)據(jù)可知，我國風(fēng)力發(fā)電廠中地形起伏度小于300m的占88.6%，地形起伏度在200m以內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電廠占78.9%。由此可見，地形起伏度越小，越有利于風(fēng)力發(fā)電廠選址。土地適宜度：基于國家標(biāo)準(zhǔn)

32、土地利用現(xiàn)狀分類可知，沙裸地為最適宜風(fēng)電設(shè)場建設(shè)廠址；草地、林地為較適宜廠址；耕地、水域及設(shè)施地為不適宜廠址。（4） 交通因素交通因素主要是看風(fēng)力發(fā)電廠選址區(qū)域和主干道之間的距離長短，一般而言，這個距離越短越好，一方面有助于運(yùn)輸成本的有效控制，另一方面也有助于后期使用過程中風(fēng)能設(shè)備維修的便利性。4.1.4研究區(qū)域本文以天津市濱海新區(qū)的風(fēng)力發(fā)電廠選址為研究對象，通過模糊層次分析法對研究區(qū)域進(jìn)行評估，選擇適合風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安裝的區(qū)域。濱海新區(qū)地處北緯38403900，東經(jīng)1172011800，位于華北平原東北部，海河流域下游，東臨渤海，隔海與朝鮮、日本半島相望，是華北、西北等廣大地區(qū)的主要出?？?。受

33、潮汐和海浪作用影響，地貌以海洋沖積平原地貌為主，西北高，東南低。常住人口263.52萬，其中戶籍人口115.88萬。建成區(qū)面積303.07平方公里，輔助道路面積32.32平方公里主要是沿海河向東部入?？诘膮^(qū)域?yàn)橹饕鞘锌臻g擴(kuò)展區(qū)域，對鹽田、灘涂的占用以及圍填海工程的新增陸地為新增建設(shè)用地主要來源。近幾年，濱海新區(qū)的發(fā)展日新月異，已經(jīng)被列為國家發(fā)展戰(zhàn)略之一，而隨著濱海新區(qū)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，也在很大程度上造成了土地資源的嚴(yán)重緊缺，進(jìn)而影響能源需求，能源供應(yīng)壓力不斷增大。為了解決這一問題，當(dāng)?shù)卣岢龆喾N備選方案，而最佳方案就是發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，這也是源于該區(qū)域具備極其豐富的風(fēng)能資源。為了更好地掌握濱

34、海新區(qū)的風(fēng)能資源特點(diǎn)，本文對天津市的整體風(fēng)能資源分布進(jìn)行了簡要分析，主要呈現(xiàn)出從內(nèi)陸到沿海，從地面到高空不斷增加的特點(diǎn)。站在季節(jié)的角度來看，春季的風(fēng)能資源最為豐富，夏季最為貧乏，而秋冬季節(jié)相對比較平均。在濱海新區(qū)中，風(fēng)速基本在每秒5.5米之上，風(fēng)功率密度可以達(dá)到每平方面150至300瓦，尤其是在海陸熱力差異的條件和影響下，濱海新區(qū)的沿海區(qū)域風(fēng)功率密度和風(fēng)速均相對較高，可以說風(fēng)能資源的開發(fā)潛力非常大。4.2工程實(shí)例研究4.2.1針對風(fēng)力發(fā)電廠選址建立遞階層次結(jié)構(gòu)根據(jù)上文中對于遞階層次結(jié)構(gòu)的闡述，在濱海新區(qū)風(fēng)力發(fā)電廠的選址過程中，我們應(yīng)當(dāng)著重分析以下四個層次：第一個層次是目標(biāo)層，也是最高層，我們用

35、A來表示，本研究中具體為選址決策；第二個層次是準(zhǔn)則層，主要由風(fēng)能、環(huán)境、地理以及交通這四個因素共同組成，我們分別用B1至B4來表示；第三個層次是指標(biāo)層，也就是準(zhǔn)則層的細(xì)化和支配指標(biāo)；最后一個層次是方案層，也是最底層，即對可供選擇的位置進(jìn)行確定。具體如表4.1所示：表4.1 風(fēng)力發(fā)電廠選址的遞階層次結(jié)構(gòu)目標(biāo)層 風(fēng)力發(fā)電廠選址決策準(zhǔn)則層 風(fēng)能因素(B1) 環(huán)境因素(B2) 地理因素(B3) 交通因素(B4) 指標(biāo)層 風(fēng)速 噪聲影響 地形坡度 運(yùn)輸線路長度風(fēng)功率密度 地形起伏度 土地適宜度方案層 漢沽大神堂 塘沽中新生態(tài)城 大港油田4.2.2數(shù)據(jù)處理在對判斷矩陣進(jìn)行構(gòu)建的過程中，評價結(jié)果的主觀性往往

36、比較強(qiáng)烈，這一方面源于不同分析人員之間的水平有所差距，另一方面則源于資料限制。如果我們運(yùn)用專家群體判斷法，最終決策將具備較強(qiáng)的合理性和客觀性，因此，本研究專門成立了專家群組，其成員均是長期從事風(fēng)力發(fā)電研究的二十五名專家，最終得到以下判斷矩陣，A和B分別代表準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的判斷矩陣。具體如下所示：A=0.50.60.80.90.40.50.70.80.20.30.50.60.10.20.40.5，B1=0.50.70.30.5， B2=1 B3=0.50.60.70.40.50.70.30.30.5 B4=1(1)層次單排序根據(jù)式3.1對層次結(jié)構(gòu)中準(zhǔn)則層判斷矩陣進(jìn)行層次單排序可得權(quán)重向量，各個向

37、量分別表示各準(zhǔn)則的層次單排序權(quán)重。wA=(w1A, w2A, w3A, w4A) =(0.383, 0.283,0.183,0.117)根據(jù)式3.2對層次結(jié)構(gòu)中各指標(biāo)層判斷矩陣分別進(jìn)行層次單排序可得相應(yīng)準(zhǔn)則下的權(quán)重向量；各分量表示相應(yīng)準(zhǔn)則下各指標(biāo)的層次單排序權(quán)重。w11=(w11, w12)=(0.7000,0.3000)w3=(w31, w32,w33)=(0.3667,0.3667,0.2000)(2)層次總排序根據(jù)式3.3對各指標(biāo)層進(jìn)行層次總排序可得總的權(quán)重向量，各個向量分別表示各指標(biāo)的層次總排序權(quán)重。W=(w1B, w2B, w3B, w4B, w5B, w6B, w7B) =(0.2

38、681,0.1149,0.2830,0.0671,0.0671,0.0366,0.1170)(3)模糊評價矩陣結(jié)合所測量的實(shí)際數(shù)據(jù)，按照式3.3和式3.4處理完樣本集數(shù)據(jù)后，能夠得到如下表所示的模糊評價矩陣漢沽大神堂塘沽中新生態(tài)城大港油田風(fēng)速0.833301風(fēng)功率密度00.87701噪聲影響0.079501地形坡度100.5153地形起伏度100.3333土地適宜度100.6000運(yùn)輸線路長度0.2643104.2.3結(jié)果分析獲得不同方案的模糊評價綜合值后，根據(jù)所求綜合值做出柱形圖，可更直觀顯示評價結(jié)果。上圖對各個方案的綜合值進(jìn)行了明確顯示，并且相應(yīng)地可以獲得地址選擇的優(yōu)劣順序，可見，大港油田

39、最優(yōu)，漢沽大神堂次之，再為塘沽中新生態(tài)城。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)得到了各個候選區(qū)域的風(fēng)能資源平均值，如表4.2所示。表4.2 候選區(qū)域風(fēng)能數(shù)據(jù)平均值表候選區(qū)域 年平均風(fēng)速（m/s） 年平均風(fēng)功率密度（W/m2）漢沽大神堂 6.0 244.4塘沽中新生態(tài)城 5.5 194.5大港油田 6.1 251.4 本章中，筆者在探究風(fēng)力發(fā)電廠的宏觀選址過程中，僅根據(jù)年平均風(fēng)速與風(fēng)功率密度這2個指標(biāo)建立了評價指標(biāo)體系，因此，為了在比較時更加簡潔明了，我們可以將上述兩個指標(biāo)分別轉(zhuǎn)化成一定的數(shù)值，且該數(shù)值與模糊評價綜合值之間具備一定的可比性。具體轉(zhuǎn)化方式是先隨機(jī)選擇其他三個候選區(qū)域，并獲得其年平均風(fēng)速或者風(fēng)功率密度的最大

40、值，將本區(qū)域的相應(yīng)值與該最大值相除，再與模糊評價綜合值的最大值相乘。得到的數(shù)據(jù)如圖所示：通過分析上圖可以發(fā)現(xiàn)，本章方法獲取的結(jié)果與上述數(shù)據(jù)評價得到的結(jié)果略有不同，由此可見，本章的方法對風(fēng)力發(fā)電廠選址分析分析具有一定意義。從圖中可看出，各個候選區(qū)域的年平均風(fēng)速區(qū)別相對不明顯。而聯(lián)想到其他的風(fēng)力發(fā)電廠宏觀選址情境，候選區(qū)域的年平均風(fēng)速可能會大致相同，很難依靠風(fēng)能數(shù)據(jù)評判廠址的優(yōu)劣。除此之外，在實(shí)際工程的操作過程中，風(fēng)能因素雖然可以作為評價不同候選區(qū)優(yōu)劣程度和優(yōu)劣順序的重要因素，但并不是唯一依據(jù)?？紤]地形坡度、地形起伏度和土適宜度地時，我們稱此時的模糊層次分析法為標(biāo)準(zhǔn)模糊層次分析法，不考慮地形坡度、

41、地形起伏度和土適宜度地時，我們稱此時的模糊層次分析法為欠地理因素模糊層次分析法。為了研究坡度、地形起伏度和土適宜度地等地理指標(biāo)對風(fēng)力發(fā)電廠宏觀選址的重要性，分別采用標(biāo)準(zhǔn)模糊層次分析法和欠地理因素模糊層次分析法進(jìn)行計(jì)算，分別得到各方案的模糊評價的綜合值。通過上述數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，針對地理因素采用模糊層次分析法后，能夠?qū)λ泻蜻x區(qū)域進(jìn)行優(yōu)劣排序，具體為：大港油田最優(yōu)，塘沽中新生態(tài)城次之，再為漢沽大神堂。這個結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)模糊層次分析法所得結(jié)果不同。由此可見，對于地形坡度、地形起伏度和土地適宜度等地理評價指標(biāo)應(yīng)該進(jìn)行考慮，本文的引用提升了風(fēng)力發(fā)電廠宏觀選址評價指標(biāo)體系的科學(xué)性和全面性。4.3本章小結(jié)首先對風(fēng)

42、力發(fā)電廠選址概念、選址原則進(jìn)行介紹，并通過選址原則確定了相關(guān)評價指標(biāo)因素。接著，將第3章所提到的模糊層次分析法實(shí)際應(yīng)用于天津市濱海新區(qū)風(fēng)力發(fā)電廠的選址，并將所得結(jié)果進(jìn)行一系列對比。根據(jù)對比我們可以明顯看到，該方法具備較強(qiáng)的科學(xué)性，尤其體現(xiàn)在三個方面：一是能夠充分全面的考慮諸多因素；二是決策過程的操作相對比較簡單，三是結(jié)果基本符合實(shí)際情況。層次分析法處理決策問題過程比較復(fù)雜，采用模糊層次分析法應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電廠宏觀選扯可以有效節(jié)省一定的工作量，適用于解決某些影響因素較復(fù)雜的風(fēng)力發(fā)電廠選址問題。第五章 基于風(fēng)能資源對基礎(chǔ)設(shè)施的研究5.1天津市濱海新區(qū)風(fēng)能資源分析5.1.1濱海新區(qū)的風(fēng)資源觀測概況就天

43、津市濱海新區(qū)進(jìn)行風(fēng)能資源觀測的部門而言，具有較高參考價值的是天津氣象站為風(fēng)力發(fā)電設(shè)立的測風(fēng)塔觀測系統(tǒng)。結(jié)合本文研究，所選數(shù)據(jù)為天津市濱海新區(qū)三座測風(fēng)塔（70m），分別位于大港油田、漢沽大神堂和塘沽中新生態(tài)城三個區(qū)域。3座測風(fēng)塔均建在地形開闊的沿海灘涂附近，可以準(zhǔn)確表示所在區(qū)域風(fēng)能資源情況。具體位置如下圖。5.1.2參考?xì)庀笳撅L(fēng)速風(fēng)向的統(tǒng)計(jì)分析（1）下圖顯示了測量風(fēng)能數(shù)據(jù)期間測風(fēng)塔每個高度的平均風(fēng)速的年變化。從圖中可以看出，測風(fēng)塔月平均風(fēng)速變化規(guī)律是一致的。春季的平均風(fēng)速最大，特別是4月，三個風(fēng)塔在70米高處的平均風(fēng)速為7.27.8m /s；其次是秋季；夏季最小，特別是8月， 70m高度的平均風(fēng)速僅為3.94.4 m /s。風(fēng)速的年變化與該地區(qū)的環(huán)流狀況密切相關(guān)。春季經(jīng)常受到華北平原地勢低壓槽的影響，風(fēng)速高，大風(fēng)天氣頻率高;在夏季，它受西北太平洋副熱帶高壓邊緣的影響，風(fēng)速小。除了自然因素影響，還要考慮社會因素的影響導(dǎo)致氣象站的年平均風(fēng)速變化的不確定性。因此，影響氣象站年平均風(fēng)速變化的因素很多。例如:氣候環(huán)境發(fā)生了變化;周邊城市化的加強(qiáng)；地面粗糙度的增加；還有