摘　要：結(jié)合珠三角地區(qū)各城市燃?xì)馄?chē)和加氣站的現(xiàn)狀，考慮安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)要素，采用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法，構(gòu)建燃?xì)馄?chē)加氣站類(lèi)型優(yōu)化模型并分析計(jì)算，得出LNG加氣站綜合性能最好。

關(guān)鍵詞：燃?xì)馄?chē)；加氣站類(lèi)型；層次分析法；模糊綜合評(píng)價(jià)法

Optimization Analysis of Types of Gas Vehicle Refueling Stations in Pearl River Delta Region

Abstract：Combined with the current situation of gas vehicles and refueling stations in various cities in the Pearl River Delta region，the optimization model for types of gas vehicle refueling stations is constructed by considering the safety，environmental protection and economic factors and using AHP and fuzzy comprehensive evaluation method．After the analysis and calculation，it is concluded that LNG refueling station has the best comprehensive performance．

Keywords：gas vehicle；type of refueling station；AHP；fuzzy comprehensive evaluation method

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，珠江三角洲地區(qū)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)珠三角)的汽車(chē)保有量迅速增長(zhǎng)，汽車(chē)尾氣排放是城市大氣環(huán)境污染的主要原因之一。采用LNG、LPG、CNG作為汽車(chē)燃料，可不同程度改善汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能，從而達(dá)到從根本上治理大氣污染的目的。由于燃?xì)饩哂幸兹家妆ｋU(xiǎn)性，并且大多數(shù)燃?xì)饧託庹窘ㄔ诔鞘薪ǔ蓞^(qū)，一旦發(fā)生安全事故，將造成人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響，因此選擇滿(mǎn)足安全性、環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)性的綜合性能好的燃?xì)饧託庹绢?lèi)型非常重要。為保證珠三角燃?xì)馄?chē)加氣站的安全性以及減少建設(shè)項(xiàng)目的資源浪費(fèi)，有必要對(duì)加氣站類(lèi)型進(jìn)行優(yōu)化研究。

從2013年起，廣東省政府規(guī)定省內(nèi)新增的公交車(chē)全部為節(jié)能與新能源汽車(chē)，省內(nèi)大部分城市已開(kāi)始推廣和使用天然氣汽車(chē)，珠三角各城市燃?xì)馄?chē)保有量見(jiàn)表1。

廣州作為目前國(guó)內(nèi)“清潔能源替代”獲得成功的城市，市區(qū)內(nèi)80％的公交車(chē)和l00％的出租車(chē)都使用上了清潔環(huán)保的LPG；佛山市目前是廣東省內(nèi)發(fā)展LNG公交車(chē)最多的城市，LNG公交車(chē)、CNG與燃油雙燃料出租車(chē)保有量分別占佛山市公交車(chē)、出租車(chē)總量的45％和90％；東莞市是珠三角發(fā)展天然氣汽車(chē)較早的城市之一，CNG出租車(chē)保有量占東莞市出租車(chē)總量的80％以上；珠海市計(jì)劃至2015年，將公交車(chē)、出租車(chē)全部替換為L(zhǎng)NG公交車(chē)、CNG出租車(chē)[1]。隨著珠三角大規(guī)模、區(qū)域化地推廣清潔能源替代燃料汽車(chē)，不僅能夠有效地降低汽車(chē)對(duì)傳統(tǒng)的汽、柴油燃料的依賴(lài)度，還能進(jìn)一步減少尾氣污染，實(shí)現(xiàn)能源和交通運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展。

目前珠三角主要的燃?xì)馄?chē)加氣站類(lèi)型為L(zhǎng)PG加氣站、LNG加氣站、CNG常規(guī)加氣站、LNG／L-CNG合建站、CNG加氣子站和CNG加氣母站、油氣合建站[2]。珠三角燃?xì)馄?chē)加氣站類(lèi)型分布見(jiàn)表2，其中廣州市的加氣站主要為L(zhǎng)PG加氣站，擁有LPG加氣站40座；深圳市擁有燃?xì)馄?chē)加氣站21座，其中LNG加氣站12座，CNG加氣站9座；佛山市擁有燃?xì)馄?chē)加氣站18座，其中CNG加氣子站3座，LNG／L-CNG合建站10座，油氣合建站5座；東莞市擁有29座燃?xì)馄?chē)加氣站，其中16座CNG常規(guī)加氣站，13座LNG加氣站和LNG／L-CNG合建站。

本文對(duì)珠三角最常見(jiàn)的四種加氣站類(lèi)型(LPG加氣站、LNG加氣站、CNG常規(guī)加氣站和LNG／L-CNG合建站)進(jìn)行優(yōu)化，分析目前珠三角建設(shè)何種類(lèi)型燃?xì)馄?chē)加氣站最符合加氣站運(yùn)營(yíng)公司、運(yùn)輸公司和政府的需要。

燃?xì)馄?chē)加氣站類(lèi)型優(yōu)化是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及到安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多個(gè)方面[3-4]，為了系統(tǒng)地解決這一復(fù)雜的多目標(biāo)決策問(wèn)題層，本文基于層次分析法，利用層級(jí)結(jié)構(gòu)將影響因素之間的復(fù)雜關(guān)系系統(tǒng)地鏈接起來(lái)，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法[5]建立加氣站類(lèi)型優(yōu)化模型。該優(yōu)化模型以評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為核心，通過(guò)分析加氣站評(píng)價(jià)因素，設(shè)置經(jīng)濟(jì)、安全和環(huán)保三個(gè)方面核心指標(biāo)，構(gòu)建模糊綜合評(píng)價(jià)模塊對(duì)不同加氣站類(lèi)型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，得到可優(yōu)先選擇和發(fā)展的加氣站類(lèi)型。

基于對(duì)珠三角燃?xì)馄?chē)加氣站調(diào)研資料分析，結(jié)合前期各種類(lèi)型加氣站建站特點(diǎn)及運(yùn)營(yíng)條件，選取安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性作為優(yōu)化分析的一級(jí)指標(biāo)。

①加氣站安全性

天然氣的主要組分甲烷為甲類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)物質(zhì)，危險(xiǎn)性的產(chǎn)生主要來(lái)源于燃?xì)庑孤?，比如：?chǔ)罐儲(chǔ)存過(guò)程存在危險(xiǎn)性及本身形體破壞造成燃?xì)庑孤?；在運(yùn)輸和卸車(chē)過(guò)程中人員操作不當(dāng)造成氣體泄漏；潛液泵可能因密封問(wèn)題失效而發(fā)生泄漏；加氣機(jī)因接口脫落或軟管爆裂造成漏氣。一旦泄漏的燃?xì)庠诳諝庵泻窟_(dá)到爆炸極限時(shí)，遇明火著火爆炸，釀成事故。管道氣體流動(dòng)可能產(chǎn)生靜電、員工不按規(guī)范操作、設(shè)備維修操作不當(dāng)?shù)裙に囘^(guò)程都可能成為加氣站火災(zāi)爆炸的安全隱患。

加氣站安全性二級(jí)指標(biāo)主要包括：儲(chǔ)氣裝置、泵、壓縮機(jī)、加氣機(jī)、槽車(chē)、員工操作、維修保養(yǎng)和管道八個(gè)指標(biāo)。

②加氣站環(huán)保性

加氣站施工及運(yùn)營(yíng)階段各種設(shè)備產(chǎn)生的噪聲、加氣車(chē)輛的汽車(chē)尾氣以及交通噪聲、生活污水、垃圾等對(duì)環(huán)境都產(chǎn)生很大的影響。機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣是城市大氣污染的主要來(lái)源之一，CO2是導(dǎo)致全球氣候變暖的主要原因，故機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染是建站所必須考慮的重要因素之一[6]。

加氣站環(huán)保性二級(jí)指標(biāo)主要包括：加氣車(chē)輛尾氣、加氣站運(yùn)營(yíng)設(shè)備噪聲、生活污水和垃圾以及儲(chǔ)罐氣體排放四個(gè)指標(biāo)。

③加氣站經(jīng)濟(jì)性

各類(lèi)型的加氣站設(shè)備不同導(dǎo)致建站成本相差很大，氣源價(jià)格變化導(dǎo)致燃料購(gòu)置成本不同，不同燃料類(lèi)型的加氣站的燃料售價(jià)相差很大。故加氣站的經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在建站成本、燃料購(gòu)置成本和經(jīng)營(yíng)成本等多個(gè)方面，同時(shí)也須考慮運(yùn)輸企業(yè)在使用清潔燃料時(shí)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益[7]。

加氣站經(jīng)濟(jì)性二級(jí)指標(biāo)主要包括：建站成本、購(gòu)買(mǎi)氣價(jià)、銷(xiāo)售氣價(jià)、營(yíng)運(yùn)成本和加氣車(chē)輛燃料成本五個(gè)指標(biāo)。

2．2．1評(píng)語(yǔ)賦值

將專(zhuān)家評(píng)語(yǔ)分為“差、較差、一般、較好、好”五個(gè)等級(jí)，并將這五個(gè)等級(jí)評(píng)語(yǔ)進(jìn)行量化。將分值區(qū)間[0，100]相應(yīng)地分為五個(gè)等級(jí)區(qū)間，即[0，60)、[60，70)、[70，80)、[80，90)、[90，100]，F(xiàn)為5個(gè)等級(jí)區(qū)間的平均值組成的矩陣，即：

2．2．2評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

①構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)加氣站的優(yōu)化評(píng)價(jià)體系中建立的遞階層次結(jié)構(gòu)，在元素兩兩對(duì)比時(shí)，以S表示目標(biāo)，所支配的下一層元素為X1，X2，…，Xn，采用1-9標(biāo)度法可得到加氣站各級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣：

A=(apq) n×n (1)

式中A——加氣站各級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣

apq——元素Xp與Xq相對(duì)于目標(biāo)的重要性的比例標(biāo)度(p≤n，q≤n)，apq越大，表示Xp比Xq的重要程度越高

②判斷矩陣A的特征向量(權(quán)重集)

采用幾何平均法求解特征向量，計(jì)算公式為：

式中wp——矩陣A的特征向量的第p個(gè)元素

③判斷矩陣A的最大特征值lmax

??式中Pp——向量P的第p個(gè)元素

④一致性檢驗(yàn)

在用層次分析法確定權(quán)重時(shí)，為了度量矩陣A中各元素apq的一致性，需計(jì)算一致性比率。引入一致性指標(biāo)C：

C=(lmax-n)/(n-1) (5)

n階矩陣隨機(jī)指標(biāo)T見(jiàn)表3，根據(jù)表3查出隨機(jī)指標(biāo)T，計(jì)算一致性比率CR：

CR=C/T (6)

如果CR<0.1，則矩陣A滿(mǎn)足一致性要求，否則應(yīng)修正apq值，直到滿(mǎn)足CR<0.1為止。

本文采用單指標(biāo)量化—多指標(biāo)集成的評(píng)價(jià)方法對(duì)4種加氣站類(lèi)型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[7-8]。

①單指標(biāo)量化

將一級(jí)指標(biāo)數(shù)量記為k，一級(jí)指標(biāo)的第i個(gè)二級(jí)指標(biāo)數(shù)量記為mi。一級(jí)指標(biāo)模糊綜合評(píng)判矩陣計(jì)算公式：

Bi=wiRi 　　　 (7)

式中Bi——第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的模糊綜合評(píng)判矩陣(為1×15矩陣)

wi——第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重集(為1×mi矩陣)

Ri——第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的模糊綜合關(guān)系矩陣(為mi×5矩陣)

針對(duì)加氣站建站優(yōu)化的方案分析，邀請(qǐng)燃?xì)庑袠I(yè)10位專(zhuān)家分別對(duì)這4種加氣站類(lèi)型進(jìn)行評(píng)價(jià)，將專(zhuān)家評(píng)語(yǔ)分為五個(gè)等級(jí)，即差、較差、一般、較好、好，統(tǒng)計(jì)各二級(jí)指標(biāo)各評(píng)語(yǔ)等級(jí)出現(xiàn)的比例，作為各一級(jí)指標(biāo)的模糊綜合關(guān)系矩陣Ri。Ri中元素Ruv表示第u個(gè)二級(jí)指標(biāo)獲得第v等級(jí)評(píng)語(yǔ)(”等于1～5分別對(duì)應(yīng)差、較差、一般、較好、好)的比例。

②多指標(biāo)集成

應(yīng)用線(xiàn)性加權(quán)法將一級(jí)指標(biāo)模糊綜合評(píng)判矩陣耦合為加氣站建站類(lèi)型模糊綜合判斷矩陣。

式中B——加氣站建站類(lèi)型的模糊綜合判斷矩陣(為1×5矩陣)

w——一級(jí)指數(shù)權(quán)重集(為1×k矩陣)

R——模糊綜合關(guān)系矩陣(為k×5矩陣)

③模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

加氣站建站類(lèi)型優(yōu)化得分計(jì)算公式為：

Y=BF　　　　　　(10)

式中Y——加氣站建站類(lèi)型優(yōu)化得分(為1×1矩陣)

第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的得分計(jì)算公式為：

Yi=BiF　　　　　 (11)

式中Yi——第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的得分(為1×1矩陣)

本文以L(fǎng)NG加氣站的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)實(shí)例說(shuō)明加氣站類(lèi)型模糊綜合評(píng)價(jià)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

通過(guò)對(duì)LNG加氣站設(shè)備和工藝流程的了解，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析和咨詢(xún)有關(guān)專(zhuān)家的基礎(chǔ)上，根據(jù)專(zhuān)家打分結(jié)果構(gòu)造一級(jí)指標(biāo)判斷矩陣：

結(jié)合公式(2)，計(jì)算出矩陣A的特征向量(權(quán)重集)為w=(0.634，0.192，0.174)。根據(jù)公式(3)得最大特征值并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，一致性檢驗(yàn)結(jié)果為：lmax=3.081，CR=0.07<0.10，通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

同理，根據(jù)1—9標(biāo)度法得到經(jīng)濟(jì)性二級(jí)指標(biāo)判斷矩陣A3：

根據(jù)公式(2)可得LNG加氣站的一級(jí)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重集w3=(0.194，0.331，0.187，0.186，0.102)。同理可計(jì)算出安全性和環(huán)保性的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重集，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

首先建立LNG加氣站一級(jí)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性的模糊綜合關(guān)系矩陣R3：

根據(jù)公式(7)可以得到其對(duì)應(yīng)的一級(jí)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性模糊綜合判斷矩陣B3=(0，0，0.0388，0.4322，0.5290)。同理，可分別求得其余兩個(gè)一級(jí)指標(biāo)模糊綜合評(píng)判矩陣B1和B2。根據(jù)公式(9)得到模糊綜合關(guān)系矩陣R：

綜合一級(jí)指標(biāo)權(quán)重集，根據(jù)公式(8)得LNG加氣站的模糊綜合判斷矩陣BLNG：

BLNG=(0，0.0111，0.0518，0.3524，0.5847)

同理可得LPG加氣站、CNG常規(guī)加氣站、LNG／L-CNG合建站的模糊綜合判斷矩陣BLPG、BCNG、BLNG/L-CNG：

BLPG=(0.1400，0.0156，0.0709，0.2877，0.4859)

BCNG=(0.0646，0.2817，0.1757，0.1773，0.3007)

BLNG/L-CNG=(0.0646，0.0540，0.0892，0.3534，0.4388)。

根據(jù)公式(11)計(jì)算得到LNG加氣站的安全性指標(biāo)得分為91.35，環(huán)保性指標(biāo)得分為86.15，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)得分為89.9。根據(jù)公式(10)計(jì)算得到LNG加氣站建站類(lèi)型優(yōu)化得分為89.18。同理可計(jì)算出其余3種加氣站各項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)得分及建站類(lèi)型優(yōu)化得分，見(jiàn)表5。

由表5可知，在安全性方面：LPG加氣站>LNG加氣站>LNG／L-CNG合建站>CNG常規(guī)加氣站；環(huán)保性方面：LNG加氣站>LNG／L-CNG合建站>CNG常規(guī)加氣站>LPG加氣站；經(jīng)濟(jì)性方面：LNG加氣站>CNG常規(guī)加氣站>LNG／L-CNG合建站>LPG加氣站。根據(jù)建站類(lèi)型優(yōu)化得分，得出珠三角燃?xì)馄?chē)加氣站建站類(lèi)型模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：LNG加氣站最好，LNG／L-CNG合建站次之，LPG加氣站較好，CNG常規(guī)加氣站最差。

①CNG常規(guī)加氣站因受城市天然氣管網(wǎng)的影響較大，且不能給LNG汽車(chē)加氣，因此無(wú)法完全滿(mǎn)足加氣車(chē)輛的需求；LPG加氣站在提高城市空氣質(zhì)量、加氣車(chē)輛燃料節(jié)約成本等方面達(dá)不到交通運(yùn)輸公司和政府的要求。因此綜合考慮安全、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)幾個(gè)要素，得出LNG加氣站綜合性能最好。

②由于LNG／L-CNG合建站的造價(jià)高，對(duì)資金需求量較大，又鑒于珠江三角洲地區(qū)CNG汽車(chē)保有量比較大的實(shí)際情況，可以先建設(shè)LNG加氣站，當(dāng)城市CNG汽車(chē)數(shù)量增加時(shí)，在原有的LNG加氣站內(nèi)加裝相關(guān)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)給CNG汽車(chē)加氣。

[1]李明光，關(guān)陽(yáng)，游江峰．新能源汽車(chē)的環(huán)保效益與環(huán)保管理對(duì)策分析研究[J]．環(huán)境科學(xué)與管理，2013(10)：48-52．

[2]吳俊航，方江敏，張龍平．珠江三角洲地區(qū)推廣LNG汽車(chē)的可能性分析[J]．煤氣與熱力，2013，33(12)：B20-B22．

[3]羅東曉．經(jīng)濟(jì)、環(huán)保之LNG汽車(chē)在廣州市的應(yīng)用研究[J]．城市車(chē)輛，2007(8)：40-42．

[4]錢(qián)文斌，章陽(yáng)，李丹華，等．L-CNG與CNG加氣站技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較[J]．煤氣與熱力，2012，32(4)：B14-B16．

[5]陳叔平，謝高峰，李秋英，等．LNG、L-CNG、CNG加氣站的比較[J]．煤氣與熱力，2007(7)：27-30．

[6]鄧雪，李家銘，曾浩健，等．層次分析法權(quán)重計(jì)算方法分析及其應(yīng)用研究[J]．?dāng)?shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2012，27(7)：93-100．

[7]楊碩，包正清，侯梅，等．基于模糊層次綜合法的加氣站安全評(píng)價(jià)方法研究[J]．價(jià)值工程，2010(27)：217．

[8]侯曉褲，張鵬，陳利瓊，等．基于模糊綜合法的加氣站風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[J]．天然氣與石油，2009(5)：14-17，