摘　要：在分析现有能效评价方法的基础上，介绍全排列多边形图示指标法(简称多边形法)的原理、特点和应用，以多边形法为基础构建了区域综合能效评价的指标体系。依据“十一五”期间河北省的统计数据，采用多边形法对河北省的综合能效进行了评价，以多边形法进行综合能效评价具备实际操作意义。

关键词：综合能效评价； 全排列多边形图示指标法； 双曲线标准化； 综合能效指数

Evaluation of Regional Energy Efficiency Based on Full Permutation Polygon Synthetic Indictor Method

Abstract：Based on the analysis of current evaluation methods of energy efficiency，the principle，characteristics and applications of full permutation polygon synthetic indicator method(hereafter referred to as polygon method)are introduces．The index system for regional comprehensive energy efficiency evaluation is tmih based on the polygon method．According to the statistical data of Hebei Province in“Eleventh Five-Year”period，the comprehensive energy efficiency of Hebei Province is evaluated by the polygon method．The polygon method for comprehensive energy efficiency evaluation has practical operation significance．

Keywords：comprehensive energy efficiency evaluation；full permutation polygon synthetic indicator method；double CHIVe standardization；comprehensive energy efficiency index

1　概述

随着城市化进程的推进，能源与资源、环境、社会发展的矛盾日益突出，京津冀地区大范围的雾霾就是例证。为了解决这些发展中的问题，我国政府在“十二五”规划中，将结构调整定位于首要目标，并确定了从阻碍地区经济增长的深层次问题来寻求区域定位的整体发展战略。上述变化给能源应用效果的评价提出了更高的要求，我国传统的以单位国内生产总值(GDP)能耗(每产生1×10⁴元GDP所消耗的能源)作为衡量指标的评价体系已不能满足要求。本文将生态、环境评价中广泛使用的全排列多边形图示指标法模型引入能源应用效率的评价中，试图为区域能源利用的全面评价寻找涵盖多方面因素的综合评价方法。

2　现有能效评价方法

随着能源效率评价的内涵逐渐推广到经济、能源、环境等综合层面，大家对能源应用的评价方式也由单要素的能源效率评估向多要素指标转化^[1]，关注的重点也向省际间、区域间应用效果评价转移。这些能效评价方法在不同的时期满足了当时经济社会发展的要求，并各具特点。

以单位GDP能耗为代表的单要素能源效率评价，能一定程度反映能源利用效率的变化趋势，促使产业结构进行调整。但它无法对能源结构不同的经济体之间的能源效率差异做出有效反映。

以DEA模型为代表的全要素能源效率评价主要以劳动力、资本存量和能源消耗为投入指标，以GDP为产出指标。随着研究的深入，DEA模型也逐渐考虑污染排放^[2]，以及能源种类投入对经济增长的影响^[1]等不同领域，但仍然是以行业能效评价为主。该方法也有一定缺陷，它无法剔除环境因素和随机误差的影响，因此，不能得出比较准确的结论^[3]。

3　全排列多边形图示指标法简介

全排列多边形图示指标法依据合理原则选取多个评价指标，对选取的多个指标进行双曲线标准化，标准化值参与全排列多边形综合指数计算。综合指数计算结果即综合评价结果，综合指数越大，评价结果越优。

3.1　全排列多边形图示指标法原理

全排列多边形图示指标法假设共有N个指标(标准化后的值)，以这些指标的上限值为半径构成一个中心正N边形，各指标值的连线构成一个不规则中心N边形，这个不规则中心N边形的顶点是N个指标的一个首尾相接的全排列。

采用双曲线标准化函数将N个指标值标准化。标准化函数F(x)同时满足公式(1)、(2)、(3)。

F(x)|x=L=-1 　　   (1)

式中x——指标值

F(x)——标准化函数

L——指标戈的下限值

F(x)|x=T=0       (2)

式中T——指标戈的临界值(临界值指从一种状态转变到另外一种状态时，某一物理量所达到的值)

F(x)|x=U=1       (3)

式中U——指标x的上限值

根据上述条件，可得双曲线标准化函数：

F(x)=[(U-L)(x-t)]/[(U+L-2T)x+UT+LT-2UL]   (4)

对于第i个指标，标准化函数计算公式为：

F(xi)=[(Ui-Li)(xi-Ti)]/[(Ui+Li-2Ti)xi+UiT+LiTi-2UiLi]　　(5)

式中i——指标序号

F(xi)——第i个指标的标准化值

Ui——第i个指标上限值

Li——第i个指标下限值

xi——第i个指标值

Ti——第i个指标临界值

标准化过程中，对于第i个指标xi、以及相应的Li、Ti、Ui均是有单位的值，例如：本文中的人均GDP，单位为元/人；F(xi)为标准化后的值，是无量纲量。

利用N个指标上限值可以做出一个中心正N边形，此正N边形的N个顶点对应F(xi)=1，中心点对应F(xi)=-1，中心点到顶点的线段为各指标标准化值所在区间[-1，1]，而F(xi)=0(xi=T)构成的多边形为指标的临界线。临界线以内的区域表示各指标的标准化值在临界值以下，其值为负；临界线以外的区域表示各指标的标准化值在临界值以上，其值为正。全排列多边形图示指标法见图1。

各指标标准化值相互连接组成的不规则的N边形的面积，与相应的中心正N边形面积的比值即为全排列多边形综合指数，其计算公式见式(6)。

式中S——综合指数

N——指标总数

F(xj)——第j个指标的标准化值

综合指数越大，表示综合评价结果越优良，在图上表示则是上述不规则N边形的面积越大。

3.2　全排列多边形图示指标法的特点及应用

采用全排列多边形图示指标法能够根据指标分级层层评估，有助于深入分析原因。此方法既有单项指标又有综合指标；既有静态指标，又有动态趋势；既有几何直观图示，又有代数解析数值。与传统简单的加权法相比，不用专家主观评判权重系数的大小，只要确定与决策相关的上限、下限和临界值即可，减少了主观随意性。

全排列多边形图示指标法在环境、资源评价应用中得到了广泛认可^[4-7]，并扩展到其他领域，诸如评价科技发展对大型金属矿产资源基地可持续发展能力的影响，评价土地集约利用情况、水质评价、海洋资源开发利用综合效益评价等方面^[8-11]。

4　全排列多边形图示指标法能效评价指标体系

4.1　指标体系构建

在建立指标体系时，为充分体现社会统一协调发展，设置了能源、环境、社会经济等系统的一级指标。其中，社会经济系统的指标反映产业结构的合理程度以及对提高能源高效利用的投入力度，是能源高效利用的基础保障。环境系统的指标反映能源回收再利用的有效性，是能源高效利用的间接体现。能源系统的指标则直接反映出能源利用过程的效率。在实际操作过程中，依据指标体系构建的完备性、客观性、可获得性、可测性、动态性、独立性等原则，为每个一级指标设置了多个二级指标作为支撑。

4.2　各指标内涵

社会经济系统指标主要表征区域经济发展能力以及社会可持续发展能力，共5个二级指标。人均国内生产总值(人均GDP)反映该地区的经济发展水平；工业增加值占总产值比例、第三产业增加值占总产值比例评价产业结构的优化程度；研究与试验发展经费(R&D经费)占工业产值比例反映该地区对新产品、新技术以及新能源使用方式的重视程度；环保投资额占财政支出比例反映该地区对环境治理投入力度。其中人均GDP、第三产业增加值占总产值比例、R&D经费占工业产值比例、环保投资额占财政支出比例为正向指标，工业增加值占总产值比例为逆向指标。

环境系统指标主要表征区域对环境可持续发展的管理力度，共6个二级指标。建成区绿化覆盖率用来评价该地区空气污染物吸附程度，城市绿化覆盖率高表明城市碳汇水平高。CO2排放强度反映能源对环境的影响，主要评价能源利用对环境造成影响的程度，体现能源在满足经济和社会需求的同时所产生的负面影响。SO2排放总量、烟尘粉尘排放总量反映人们生产、生活过程中使用能源对大气环境容纳量的影响程度。工业废水排放达标率、生活垃圾无害化处理率反映该地区废弃物处理情况，体现资源循环利用，减少对环境的负面影响。其中建成区绿化覆盖率、工业废水排放达标率、生活垃圾无害化处理率为正向指标，其他为逆向指标。

能源系统指标主要表征能源使用全过程的综合效果，共10个二级指标。单位GDP能耗是反映技术水平、能源利用效率的重要指标。工业增加值能耗和三产增加值能耗反映产业结构与能源结构综合优化情况。地均能源消耗反映一定区域内能源承载力情况，是能源消耗对环境系统压力的体现。人均生活能耗反映该地区与经济产出不直接相关的能源利用情况，但一定程度上反映经济发展水平。煤炭占一次能源消费量比例、天然气占一次能源消费量比例反映能源结构的合理性。能源加工转换效率用以评价能源转换技术效率以及节能与管理技术的先进性。三废综合利用产品产值、回收能利用率指标反映污染物减量化、废物废能回收利用措施实施程度。其中天然气占一次能源消费量比例、能源加工转换效率、三废综合利用产品产值、回收能利用率为正向指标，其他为逆向指标。

5　实例计算结果及分析

5.1　数据来源及计算

本文以河北省为例，采用全排列多边形图示指标法进行能效评价。数据来源于2006—2010年《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》相关指标及根据相关指标计算得出，其中回收能利用率是区域内能源在生产转换过程中能源回收量占区域内终端能源消费量的比率。国内生产总值、工业增加值、第三产业增加值折算为2005年可比价参与指标计算。能源消费量折算为标准煤参与指标计算。以2006—2010年的数据为选取范围，数据选取过程中，指标下限值根据评估地区相应指标5年间的最小值确定，指标上限值根据评估地区相应指标5年间的最高值确定，临界值根据评估地区相应指标5年间的平均值确定。标准化后的值使用MATLAB软件进行编程计算，分析测算河北省综合能效5年间的变化情况。

根据确定的指标体系，以上述标准选择数据，得出评价指标数据，见表1。

5.2　计算结果

以表1中的数据为基础，根据标准化函数计算公式(5)，得出各指标的标准化值，并根据公式(6)进一步计算综合指数，得到的计算结果见表2。2009年、2010年的综合指数比2006年、2007年、2008年的综合指数要大，得知2009年、2010年综合评价结果较好。

表2中各能效评价指数即不规则多边形面积占该中心正多边形面积的比值。能效综合指数、社会经济综合指数、环境综合指数、能源综合指数从2006年到2010年5年间多个指标首尾连接组成的多边形分别见图2、3、4、5。根据标准化函数公式(1)、(2)、(3)，正多边形顶点对应F(xi)=1，正多边形中心点对应F(xi)=-1。部分指标标准化值为下限值F(xi)=-1，为使多边形图示效果更易观察，本文将中心点从-1向内延伸到-2，从中心点(-2)到顶点F(xi)=1的线段被F(xi)=-1、F(xi)=0三等分。

依据全排列多边形图示指标法原理，将2006—2010年综合能效各指标标准化值绘制成21边形，得到2006—2010年综合能效指标评价结果，见图2，图2中序号同表1中序号1～21。图2中不规则多边形面积总体趋势逐年增大，个别指标并非随年份增长越来越优，例如地均能源消耗、人均生活能耗。图2表明：河北省“十一五”期间综合能效逐年改善，但略有波动。

将2006—2010年社会经济综合指数各指标标准化值绘制成5边形，得到2006—2010年社会经济指标综合评价结果，见图3，图3中序号同表1中序号1～5。图3中多边形面积逐年增大，表明经济总体呈增长趋势，并且用于环保、科研的资金投入逐年增加。指标“工业增加值占总产值比例”和“第三产业增加值占总产值比例”相互影响，“工业增加值占总产值比例”在2007年到2008年、2009年到2010年分别略有增加。

将2006—2010年环境综合指数各指标标准化值绘制成6边形，得到2006—2010年环境指标综合评价结果，见图4，图4中序号同表1中序号6～11。图4中的多边形面积呈显著性逐年增大，表明环境治理力度逐年加大。河北省在环境方面逐年加大建成区绿化覆盖率，在污染物排放方面逐年加强脱硫、除尘等措施，并提高综合处理工业废水和生活垃圾比例。

将2006—2010年能源综合指数各指标标准化值绘制成l0边形，得到2006—2010年能源指标综合评价结果，见图5，图5中序号同表1中序号12～21。图5中多边形面积逐年增加，表明能源结构趋于合理，能源生产、利用、回收等各环节效率均逐年提高。“三产增加值能耗”、“三废综合利用产品产值”、“回收能利用率”等指标在不同年份略有波动。“地均能源消耗”、“人均生活消耗”等指标随着经济发展而增加，相应的指标值逐年变差。

5.3　结果分析

根据计算结果可以看出，河北省在“十一五”期间综合能效有显著提升，但能源结构不合理性依然严重，产业结构调整任重道远；环境废弃物处理得到提升，但整体压力依然巨大。

①社会经济进步明显，人均GDP大幅提升，企业研发、环保投入均有增加，表明河北省科技水平、社会发展水平不断提升。经济的发展，逐渐满足人们日益增长的需求，使得人均生活能耗逐年增加。

②环境改善投入逐年增大，但压力依然很大。河北省建成区绿化覆盖率逐年增加，从2006年的35.6％提高到2010年的42.7％。建成区绿化植物对建成区生产、生活排放的C0。具有一定的吸收作用。

③能源结构依然不甚合理，煤炭占能源消费比例近年虽有所下降，但一直高于50％，而天然气占能源消费比例仅为1％的水平。产业结构的调整效果不明显，工业增加值占总产值比例从2006年的47.1％下降到了2010年的46.8％，仅下降0.3％。三产增加值占总产值比例从2006年的33.8％上升到了34.9％，仅上升了1.1％。

随着循环经济深入人心，河北省的三废综合利用产品产值呈增加趋势，工业废水排放达标率、生活垃圾无害化处理率逐年提高。

与此同时，地均能源消耗(标准煤)从2006年的0.89×10⁴t／km²上升到2010年的1.15×10⁴t／km²，表明河北省有限空间内的环境容量水平仍然面临着巨大的考验，特别是在工业集中的区域，环境污染问题不容小觑。

6　结论及建议

本文基于全排列多边形图示指标法，利用“十一五”期间河北省统计数据，以与能源相互协调的社会经济、环境等共计21项指标组成评价指标体系，对河北省综合能效进行评价。评价结果表明，河北省综合能效呈整体上升趋势，但产业结构调整压力、能源结构的不合理性依然存在，特别是随着地均能耗的逐年增加，地区环境容量面临极大压力，环境污染的形势不容乐观。这与其他分析方法所得的汇总结果基本一致^[12]，表明以全排列多边形图示指标法对能源的全生命周期进行综合评估具备实际操作意义。该种分析办法可以避免从单一的角度看待问题，符合新时期社会可持续发展的要求。

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本文作者：乔艳丽  王振兴  王烨

作者单位：新奥能源服务有限公司

  河北建投国融能源服务股份有限公司