针对当前我国火电行业节能减排技术筛选与评估缺乏统一准则，评价方法未充分考虑技术数据的模糊性和不确定性等问题，从资源能源消耗污染物排放 经济效益和技术性能等 4 个方面，建立不同类型节能减排技术的评估指标体系框架;针对技术指标数据多为区间值的特点，建立基于区间值的模糊数学综合评价模型;最后，以燃煤发电技术节能减排综合性能评估作为研究实例结果表明，在目前的技术状况下，超超临界发电技术的综合性能最好，其后依次是常压循环流化床发电技术、整体煤气化联合循环发电技术和增压流化床联合循环发电技术，常规火电技术的综合性能最差所建立的评估方法是火电节能减排技术评估比选的实用工具，可为火电行业节能减排先进适用技术遴选提供科学依据。
中国能源结构以煤炭为主，而火力发电是煤炭消耗与大气污染物排放的主要部门之一。在存在“高投入、高耗能”问题的同时，火电行业“高排放、低效率”的问题也同样突出。2008年，独立火电厂共消耗燃料煤13.7亿t，占全国工业煤炭消费量的48.9%;二氧化硫排放量为1006万t。占全国工业二氧化硫排放量的50.5%。近年来火电行业通过“上大压下”调整电源结构，实现节能减排的空间将进一步缩小，通过推广先进适用的节能减排技术，挖掘火电厂节能减排潜力，成为主要手段之一。目前，我国在工业节能减排技术管理方面已开展了大量工作，发布了清洁生产技术标准、行业污染物排放标准、限期淘汰落后技术、限制淘汰鼓励技术目录等指导性文件。同时，《燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策(环发[2002]26号)、《燃煤电厂污染防治最佳可行技术指南(试行)》(HJ-BAT-001)和《火电厂氮氧化物防治技术政策》(环发[2010]10号)等文件的发布，为火电行业节能减排技术的推广应用提供了有效的指导。然而由于各部门从各自职能需求出发，使得不同的节能减排技术清单之间协调性得不到保证，缺乏统一的技术筛选、评估原则和方法。这给企业判断技术适用性带来了困难，影响了节能减排技术的推广应用。
同时，学界针对火电行业节能减排技术评估也开展了大量的研究。在指标体系研究方面，欧盟以生命周期评价法、多目标决策法为基础发展出一套评估“最佳可行技术”的指标体系，对技术环境影响的评估指标采用了全球变暖、人体毒性、生态毒性、酸化效应、富营养化效应、臭氧层破坏、光化学烟雾效应等LCA指标。清华大学针对行业污染防治最佳可行技术评估，提出了包括资源消耗、能源消耗、污染物排放、成本效益分析、技术普及率等5方面评估指标的评估指标体系框架，各行业可结合自身特点进一步细化，并建立本行业的污染防治最佳可行技术评估指标体系。曾维华等构建的环境无害化技术评估指标体系包括总目标、子目标层、评估指标层与基础指标层4个层次。总目标层为环境无害化技术的可推广性，子目标层包括环境无害化技术的技术目标、环境效益目标、经济效益目标、生产目标、市场目标、社会效益目标等。邱立新等从经济-能源-环境分析的角度建立的洁净煤技术评价指标体系包括技术、经济、环境和社会4类评价指标，每类一级指标又可细分出二级、三级指标，且每类指标随时序、地区分布的不同，其重要性也有所不同。中国能源研究会结合我国基本情况，采用环境特性、节能率、成熟性和经济性4项指标对洁净煤发电技术进行综合评价。吴保章等从洁净煤技术基本概念和框架体系入手，运用层次分析和系统评价方法，分煤炭燃烧前、中、后3种不同情况，选用环境特性、节能率、技术成熟度、经济性4项指标，建立了洁净煤技术评价体系。
在技术评估方法方面，国外学者在IPCC指令的指导下，对污染防治最佳可行技术(BAT)评估方法学开展了大量研究，并已形成比较完善的评估体系最初作为对产品“从摇篮到坟墓”的全过程评价方法——生命周期评价，因其全局的视野和其中包含对环境影响因子识别的定性与定量表征过程，被广泛应用于BAT技术评估过程中。国内部分学者已开始将生命周期评价方法应用于节能减排技术评估，并取得了一定的研究成果。但由于其过程相对繁琐，而且对数据要求较高，涉及大量数据且运算困难，国内尚无一套完整的数据库可供参考，其推广应用仍存在一定的障碍。与之相比，多属性综合评估方法流程相对简单，可直接反映资源能源效率和综合环境影响，并将这些不同维度的信息加以综合，便于在不同的技术间进行比较、因此，此类方法在洁净煤技术评价、燃煤电厂污染控制技术评价等方面得到广泛应用。然而，由于技术数据受到外界环境、监测时间等诸多因素的影响，其指标数值往往以区间数的形式呈现，具有明显的模糊性。已有相关研究中多采取均值或极值的方式取代区间数据进行运算，一定程度上造成了评估信息的遗漏。
针对已有研究的不足，在构建火电行业节能减排技术的先进适用性评价指标体系的基础上，研究并建立基于区间数的模糊综合评价模型;最后，以燃煤电厂发电技术评估为例，选取超超临界发电技术等多项技术开展综合评估，从节能减排角度比较分析各项技术的优劣势，为政府制定火电行业技术发展规划和推广政策提供决策参考。
1 评估指标体系
通过对国内外工业节能减排技术评估指标的对比研究，综合考虑火电行业具体特点和数据可得性等因素，分别从资源能源消耗、污染物排放、成本效益和技术性能等4个方面构建火电行业节能减排技术评估指标体系框架。
(1)资源能源消耗指标。包括物质消耗指标和能源消耗指标两类。物质消耗指标包括原辅料消耗、新鲜水耗等;能源消耗指标根据实际能源类型选择相应指标，如煤耗、电耗或综合能耗等。
(2)污染物排放指标。表征生产过程技术的污染物产生或排放水平，包括水污染物、大气污染物和固体废弃物等三大类，具体指标可参考已有行业排污标准、清洁生产标准中涵盖的污染物种类等。
(3)成本效益指标。包括技术初始投资成本和运行维护成本。
(4)技术性能指标。包括定量指标与定性指标。定量指标用于反映该项技术的具体性能，例如反映设备运行效率的指标(发电效率等)或反映污染治理设备处理效果的指标(污染物削减率等);定性指标一般用于表征技术不可量化的属性信息，如技术成熟度、技术可靠性等指标。依据指标体系构建的分类性原则，不同类型技术的指标构成不同，表1给出了不同类型技术的指标构成。
表1技术类型与指标体系的对应关系
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2 评估模型
本文在模糊数学综合评价方法中引入区间值相关理论，建立基于区间值的模糊数学综合评价模型。
2.1 构建因素集
X={x1,x2,...,xn｝是因素集，其中xi是评价指标，如单位发电的标准煤耗。
2.2 确定评价指标权重
本研究结合AHP中的判断矩阵形式来确定各评价指标的权重，确定方法如下：
(1)根据模型结构，邀请专家对技术评估层次指标间的相互重要性予以讨论和判断，并采用统计方法对层次间的相互关系进行均一化处理，处理结果用于权重指标设定。
(2)设 aij 为指标i相对于指标j的重要程度，采用1~9的比例标度构造各层次因素的判断矩阵A，且满足 aij>0,aij=1/aji,aii=1，则判断矩阵如下：
(3)权重向量W=[w1,w2,...,wn]，wi的计算方法一般采用近似计算方根法进行求解。
由式(2)可得出指标权重集合W。
(4)一致性检验。为避免评价时的逻辑错误，根据AHP原理，定义一致性指标为：
计算判断矩阵的随机一致性比率CR：
式(5)中，RI为平均随机一致性指标。当CR<0.1时，则认为判断矩阵的一致性是可接受的;否则，需要重新修正判断矩阵，直至一致性检验通过。
2.3 建立隶属度函数
2.3.1 定量指标隶属度函数
设某项指标i的区间值为[xi-，xi+]。
若定量指标越大越好(如发电效率)，采用升半梯形分布的隶属函数。其中a1、a2分别为该指标的最小值和最大值。
若定量指标越小越好(如投资成本)，采用降半梯形分布的隶属函数。
分别将xi-，xi+代入上式，求得该指标的隶属度[ri-，ri+]。
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2.3.2 定性指标隶属度函数
首先，确定评语集V及标准隶属度集X，见表2。
表2定性指标评语集与标准隶属度
专家根据以上等级进行打分，取最大值和最小值，构成指标评价结果的区间值[xi-，xi+]。那么，定性指标的隶属函数表达式为：
2.4 综合评估
依据以上隶属度函数，针对第j项技术(j=1，2，...，m)可得到一个区间值模糊映射：
进而得到所有技术的区间值模糊综合评判矩阵。
进行矩阵乘法可得到各技术的综合评价结果。
其中，
2.5 结果排序
根据实际应用的需要，本研究采取基于中间数的排序方法。
3 实例研究
目前，我国的火电厂以燃煤机组为主，这决定了我国电力企业节能减排发电的基本路线是：清洁、高效地利用煤炭，在电力增长和环境保护中寻求和谐发展。发展大容量、高效率和低污染的常规火电机组，积极开发并推广发电新技术，是提高燃煤发电机组的效率和推进节能减排的重要技术手段。目前，世界上正在大力发展的发电技术(指正在应用或近期有望实现较大规模商业应用的)包括超临界(USC)或超超临界(USCSC)技术、循环流化床燃烧发电技术(CFBC)、增压流化床技术(PFBC-CC)、整体煤气化化技术(IGCC)、部分煤气化技术(APFBC-CC)等。应用前面建立的评价模型对超超临界等技术开展评估，结合评价结果对各项技术的优劣势和适用性进行分析，为政府制定火电行业技术发展规划和推广政策提供决策参考。
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3.1 评价指标与权重确定
基于前文构建的指标体系框架，结合燃煤发电技术的特征和数据可得性，确定其先进适用性评价指标。定量指标的获取依靠实地调研和文献资料等途径，定性指标信息的获取和权重的确定主要采用专家打分的方式。本研究依托相关课题单位，确定专家调研样本，共包括3名电力行业技术专家、2名电厂环保人员以及5名环保行业专家。
根据专家打分和层次分析法确定各项指标权重，其结果通过一致性检验，见表3。
3.2 结果与讨论
综合评估结果见表4。超超临界+石灰石/石灰-石膏法脱硫的组合技术的节能减排先进适用性最好，其次分别是超超临界、CFBC、IGCC、PFBC-1和常规煤粉炉(高温高压)。
表3评价指标与权重
表4综合评估结果
为了更好地比较各项发电技术在不同方面的优劣势，表5列出了资源能源消耗、污染物排放、经济效益和技术性能等一级指标的评价结果。
表5一级模糊综合评价结果
超超临界发电技术在能源消耗与技术性能指标方面均有明显优势，比投资低于IGCC和PFBC-1。同时，在增加了末端脱硫装置(FGD)后，环境性能得到显著提高。而且，由于超超临界技术在诸多发电技术中技术继承性最好，技术难点相对较少，能很好地利用我国现有工业基础和研发能力，短时间内即能实现规模化生产，从而满足我国未来快速增长的电力需求，并优化我国火电机组结构。因此，配备末端污染治理设施的超超临界发电机组将是我国当前适合发展的主流机组，短期内具有其它技术难以替代的地位。
CFBC在环境性能方面的优势比较突出，比投资相对较低，技术成熟度和可靠性较高，目前商用技术已基本成熟。但是，该项技术要达到更高的发电效率受到一定限制，在能源消耗指标方面与超超临界技术、PFBC-1以及IGCC仍存在一定的差距。因此，CFBC可作为我国火电机组的有力补充，而且循环流化床具有很好的负荷适应性和良好的汽温调节性能，即使在低负荷情况下也不需要采用分床压火或用油助燃，其热负荷变化率为5%~10%，这一优点使采用循环流化床锅炉的机组便于参加电网调峰。
PFBC-1除了具有与CFBC相似的优势外，其发电能力比相同蒸汽的单汽轮机增加20%左右，热效率提高3%~4%。但该项技术目前尚处于示范阶段，在热烟气除尘、燃料供给和灰渣排放等关键问题上需进一步研究和完善，成熟度和可靠性等方面尚待加强。
IGCC 环境性能最优，发电净效率也可达到45%~55%，但是技术尚待成熟，可靠性不高，而且投资和运行费用偏高。目前，该技术在国内仍处于示范阶段，我国已掌握部分生产与200~400MW等级IGCC电站匹配的关键技术，但在燃机技术、煤气化等关键技术方面，还需要进一步加大研发和引进合作力度。
随着技术进步和成熟，IGCC和PFBC-1不失为最有发展前景的技术。我国应在消化吸收引进技术的同时，加强国内自主研发和再创新的力度，实现相关技术设备设计制造的自主化，以应对将来电力行业发展的需求以及国际市场的激烈竞争。
4 结论
(1)从资源能源消耗、污染物排放、经济效益和技术性能等4个方面，建立了针对不同类型火电行业节能减排技术的评估指标体系框架。针对技术指标数据多为区间值的特点，建立了基于区间值的模糊数学综合评价模型。
(2)以燃煤发电技术为例，应用本研究建立的评价指标与模型开展综合评估。结果表明，在目前的技术状况下，超超临界+石灰石/石灰-石膏法脱硫组合技术的节能减排先进适用性最好，其次分别是超超临界、CFBC、IGCC、PFBC-1和常规煤粉炉(高温高压)。本模型的评价结果反映了客观实际，可为火电行业节能减排先进适用技术遴选提供有效工具。
(3)翔实的技术数据是本研究开展必不可少的条件，目前火电行业技术数据比较分散、数据质量良莠不齐，在一定程度上影响了技术评估和组合优选的准确性和可信度。虽然本研究针对数据不确定性的问题建立了基于区间数的模糊评估模型，但依然无法从根本上解决以上问题。建议加强火电行业技术数据统计、实地抽样测试和技术参数的制定工作，为行业技术评估等方面的研究提供基础。
许乃中 环境保护部华南环境科学研究所，广州
曾维华 北京师范大学水环境模拟国家重点实验室，北京
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原标题：火电行业节能减排技术综合评价方法研究
