Segmented Energy Efficiency Evaluation of Urban Integrated Energy System Based on Data Envelopment Analysis Method

Lebing ZHAO; Lei WANG; Can WAN; Mengjing WU; Kai YUAN; Yi SONG

doi:10.7500/AEPS20211218003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Segmented Energy Efficiency Evaluation of Urban Integrated Energy System Based on Data Envelopment Analysis Method

Special Topic on Urban Energy Systems for Carbon Emission Peak and Carbon Neutrality | 更新时间：2025-06-16

- Segmented Energy Efficiency Evaluation of Urban Integrated Energy System Based on Data Envelopment Analysis Method
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 17, Pages: 132-141(2022)
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.国网浙江省电力有限公司经济技术研究院，浙江省杭州市 310008
  3.国网北京城区供电公司，北京市 100032
  4.国网经济技术研究院有限公司，北京市 102209
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.7500/AEPS20211218003
  CLC：
- Received：18 December 2021，
  
  Revised：2022-06-14，
  
  Published Online：17 August 2022，
  
  Published：10 September 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
赵乐冰,王蕾,万灿等.基于数据包络分析法的城市综合能源系统分环节能效评价[J].电力系统自动化,2022,46(17):132-141.

ZHAO Lebing,WANG Lei,WAN Can,et al.Segmented Energy Efficiency Evaluation of Urban Integrated Energy System Based on Data Envelopment Analysis Method[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(17):132-141.
赵乐冰,王蕾,万灿等.基于数据包络分析法的城市综合能源系统分环节能效评价[J].电力系统自动化,2022,46(17):132-141. DOI： 10.7500/AEPS20211218003.

ZHAO Lebing,WANG Lei,WAN Can,et al.Segmented Energy Efficiency Evaluation of Urban Integrated Energy System Based on Data Envelopment Analysis Method[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(17):132-141. DOI： 10.7500/AEPS20211218003.

摘要

城市综合能源系统的多能耦合特性能够有效提升系统能源利用效率。为了辨识不同运行场景下城市综合能源系统能源利用效率的薄弱环节，提出了一种基于数据包络分析法的城市综合能源系统分环节能效评价方法。首先，考虑不同供能形式的品位差异，围绕能源消耗总量、能量梯级利用、清洁能源出力情况等角度构建了城市综合能源系统能效评价指标体系；然后，计及系统多种能源流动情况，提出了基于关联网络数据包络分析模型的系统分环节能效分解方法；最后，根据城市综合能源系统经济运行结果，得到系统能效指标体系中各指标数值，进一步计算出城市综合能源系统各环节的能效评价结果。算例结果证明，该评价方法能够有效比较不同用能需求、不同运行方式的城市综合能源系统相对能效情况，确定不同运行场景下的系统重点提升能效环节，为综合能源系统高效降碳和精准提效奠定基础。

Abstract

The multi-energy coupling characteristics of urban integrated energy systems can effectively improve the energy utilization efficiency of the system. In order to identify the weak links in the energy utilization efficiency of urban integrated energy systems in different operation scenarios

a segmented energy efficiency evaluation method of urban integrated energy systems based on data envelopment analysis (DEA) is proposed. Firstly

considering the grade differences of different forms of energy supply

the energy efficiency evaluation index system of the urban integrated energy system is constructed from the perspectives of total energy consumption

echeloned utilization of energy

and clean energy output. Then

considering the various energy flows of the system

a system energy efficiency decomposition method based on the relational network DEA model is proposed. Finally

according to the economic operation results of the urban integrated energy system

the index values in the system energy efficiency index system are obtained

and the energy efficiency evaluation results of all links of the urban integrated energy system are further calculated. The results of the example simulation show that the evaluation method can effectively compare the relative energy efficiency of urban integrated energy systems with different energy consumption needs and different operation modes

determine the key links of improving energy efficiency in different operation scenarios

and lay a foundation for the efficient carbon reduction and accurate efficiency improvement of the integrated energy system.

关键词

Keywords

references

中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见［N］. 人民日报， 2021-10-25 （1）.

Opinions of the CPC Central Committee and the State Council on the complete ， accurate and comprehensive implementation of the new development concept and the completion of carbon peak and carbon neutralization ［N］. People’s Daily ， 2021-10-25 （1）.

2030年前碳达峰行动方案［N］. 人民日报， 2021-10-27 （1）.

Carbon emission peak action plan before 2030 ［N］. People’s Daily ， 2021-10-27 （1）.

吴京锴，穆云飞，贾宏杰，等 . 基于能量价值的多能协同园区能源利用效率指标［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 21 ）： 54 - 62 .

WU Jingkai ， MU Yunfei ， JIA Hongjie ， et al . Energy value based efficiency index of energy utilization for multi-energy cooperative park ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 21 ）： 54 - 62 .

张涛，朱彤，高乃平，等 . 分布式冷热电能源系统优化设计及多指标综合评价方法的研究［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 14 ）： 3706 - 3713 .

ZHANG Tao ， ZHU Tong ， GAO Naiping ， et al . Optimization design and multi-criteria comprehensive evaluation method of combined cooling heating and power system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 14 ）： 3706 - 3713 .

薛屹洵，郭庆来，孙宏斌，等 . 面向多能协同园区的能源综合利用率指标［J］. 电力自动化设备， 2017 ， 37 （ 6 ）： 117 - 123 .

XUE Yixun ， GUO Qinglai ， SUN Hongbin ， et al . Comprehensive energy utilization rate for park-level integrated energy system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2017 ， 37 （ 6 ）： 117 - 123 .

田立亭，程林，李荣，等 . 基于加权有向图的园区综合能源系统多场景能效评价方法［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 22 ）： 6471 - 6483 .

TIAN Liting ， CHENG Lin ， LI Rong ， et al . A multi-scenario energy efficiency evaluation method for district multi-energy systems based on weighted directed graph ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 22 ）： 6471 - 6483 .

张世翔，吕帅康 . 面向园区微电网的综合能源系统评价方法［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2431 - 2439 .

ZHANG Shixiang ， LÜ Shuaikang . Evaluation method of park-level integrated energy system for microgrid ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2431 - 2439 .

鞠文杰 . 综合能源系统项目发展的运营模式与效益评价研究［D］. 北京：华北电力大学， 2019 .

JU Wenjie . Research on operation model and benefit evaluation of integrated energy system project development ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2019 .

杨小彬，李和明，尹忠东，等 . 基于层次分析法的配电网能效指标体系［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 21 ）： 146 - 150 .

YANG Xiaobin ， LI Heming ， YIN Zhongdong ， et al . Energy efficiency index system for distribution network based on analytic hierarchy process ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 21 ）： 146 - 150 .

蒋文超 . 考虑电-气-热的能源枢纽运行优化问题研究［D］. 上海：上海交通大学， 2018 .

JIANG Wenchao . Research on operation optimization of energy hub considering electricity-gas-heat ［D］. Shanghai ： Shanghai Jiao Tong University ， 2018 .

李树林 . 基于广义DEA模型的电网投入产出效率研究［D］. 北京：华北电力大学， 2018 .

LI Shulin . Research on input-output efficiency of power grid based on generalized DEA model ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2018 .

孙加森 . 数据包络分析（DEA）的交叉效率理论方法与应用研究［D］. 合肥：中国科学技术大学， 2014 .

SUN Jiasen . Research on cross efficiency of data envelopment analysis（DEA）： theoretical method and application ［D］. Hefei ： University of Science and Technology of China ， 2014 .

刘洪，赵越，刘晓鸥，等 . 计及能源品位差异的园区多能源系统综合能效评估［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 8 ）： 2835 - 2843 .

LIU Hong ， ZHAO Yue ， LIU Xiaoou ， et al . Comprehensive energy efficiency assessment of park-level multi-energy system considering difference of energy grade ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 8 ）： 2835 - 2843 .

刘晓鸥，葛少云 . 区域综合能源系统的能效定义及其相关性分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 8 ）： 8 - 18 .

LIU Xiaoou ， GE Shaoyun . Definition and correlation analysis on energy utilization efficiency of regional integrated energy system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 8 - 18 .

于东立，曹军，屠聪为，等 . 考虑线性化网络约束的电-热多能源系统最优能量流分析［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 7 ）： 1933 - 1944 .

YU Dongli ， CAO Jun ， TU Congwei ， et al . Optimal energy flow of combined electrical and heating multi-energy system considering the linear network constraints ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 7 ）： 1933 - 1944 .

JIANG Y B ， WAN C ， BOTTERUD A ， et al . Convex relaxation of combined heat and power dispatch ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 2 ）： 1442 - 1458 .

JIANG Y B ， WAN C ， CHEN C ， et al . A hybrid stochastic-interval operation strategy for multi-energy microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 1 ）： 440 - 456 .

CHEN D W ， WAN C ， SONG Y H ， et al . Non-isothermal optimal power and gas flow ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 6 ）： 5453 - 5464 .

BAGDANAVICIUS A ， JENKINS N ， HAMMOND G P . Assessment of community energy supply systems using energy， exergy and exergoeconomic analysis ［J］. Energy ， 2012 ， 45 （ 1 ）： 247 - 255 .

中华人民共和国生态环境部 . 企业温室气体排放核算方法与报告指南：发电设施（2021年修订版）［R］. 2021 .

Ministry of Ecological Environment of PRC . Accounting methods and reporting guidelines for greenhouse gas emissions of enterprises： power generation facilities （revised in 2021）［R］. 2021 .

陈皓勇，文俊中，王增煜，等 . 能量网络的传递规律与网络方程［J］. 西安交通大学学报， 2014 ， 48 （ 10 ）： 66 - 76 .

CHEN Haoyong ， WEN Junzhong ， WANG Zengyu ， et al . Transfer laws and equations of energy networks ［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University ， 2014 ， 48 （ 10 ）： 66 - 76 .

余苏敏，杜洋，史一炜，等 . 考虑V2B智慧充电桩群的低碳楼宇优化调度［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 9 ）： 95 - 101 .

YU Sumin ， DU Yang ， SHI Yiwei ， et al . Optimal scheduling of low-carbon building considering V2B smart charging pile groups ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 9 ）： 95 - 101 .

CHARNES A ， COOPER W W ， RHODES E . Measuring the efficiency of decision making units ［J］. European Journal of Operational Research ， 1978 ， 2 （ 6 ）： 429 - 444 .

CHARNES A ， COOPER W W . The non-archimedean CCR ratio for efficiency analysis： a rejoinder to Boyd and Färe ［J］. European Journal of Operational Research ， 1984 ， 15 （ 3 ）： 333 - 334 .

KAO C A . Efficiency decomposition in network data envelopment analysis： a relational model ［J］. European Journal of Operational Research ， 2009 ， 192 （ 3 ）： 949 - 962 .

李金良，刘怀东，王睿卓，等 . 基于交叉超效率CCR模型的综合能源系统综合效率评价［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 11 ）： 78 - 86 .

LI Jinliang ， LIU Huaidong ， WANG Ruizhuo ， et al . Comprehensive efficiency evaluation of integrated energy system based on cross-super-efficiency CCR model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 11 ）： 78 - 86 .

LI R ， WEI W ， MEI S ， et al . Participation of an energy hub in electricity and heat distribution markets： an MPEC approach ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 3641 - 3653 .

李虎祥 . 基于能质系数的热电联产系统能量分析及优化改造研究［D］. 天津：天津大学， 2010 .

LI Huxiang . The CHP system energy analysis and optimized reconstruction research based on energy quality character ［D］. Tianjin ： Tianjin University ， 2010 .

“面向新型城镇的能源互联网关键技术及应用”国家重点项目通过工信部综合绩效评价［EB/OL］.［ 2022-03-30 ］. http：//tj.news.cn/xhvision/2022-03/30/c_1128516301.htm http://tj.news.cn/xhvision/2022-03/30/c_1128516301.htm .

“ Key technologies and applications of energy Internet for new towns” national key project passed the comprehensive performance evaluation of the Ministry of Industry and Information Technology ［EB/OL］. ［ 2022-03-30 ］. http：//tj.news.cn/xhvision/2022-03/30/c_1128516301.htm http://tj.news.cn/xhvision/2022-03/30/c_1128516301.htm .

郑玉平，王丹，万灿，等 . 面向新型城镇的能源互联网关键技术及应用［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 14 ）： 2 - 15 .

ZHENG Yuping ， WANG Dan ， WAN Can ， et al . Key technology and application of energy Internet oriented to new-type towns ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 14 ）： 2 - 15 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Two-stage Dispatching for Urban Integrated Energy System Considering Uncertainty and Interactive Power

Morphological Structure and Development Path of Urban Energy System for Carbon Emission Peak and Carbon Neutrality

Optimization and Evaluation of Urban Integrated Energy System Based on Game Equilibrium- Multidisciplinary Collaborative Theory

Planning of Regional Integrated Energy System Considering Correlation of Multiple Heterogeneous Sources and Loads

Related Author

Lei WANG

XU Yuqi

SHAO Lanxin

WAN Can

ZHANG Xiaobo

LUO Qing

CHEN Yi

Siyuan SUN

Related Institution

Economic Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Co., Ltd.

Hangzhou Power Supply Company of State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd.

School of Electrical and Engineering, Xi’an Jiaotong University

Guian Power Supply Bureau of Guizhou Power Grid Co., Ltd.

Guangdong Key Laboratory of Clean Energy Technology (South China University of Technology)

⁰