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2 0 1 3年第 5 期 上 海 电 力 考虑需求侧管理的配电网运营效率指标体系研究 张世伟 ， 李家睿 ( 国网上海市电力公司松江供电公司， 上海2 0 1 6 9 9 ) 摘要 ： 提高电网运营效率是电力公司工作的重要目标， 也是评判电网规划建设 、 需求侧管理等相关工作的重要依 据， 实施需求侧管理项 目可以削减电网高峰负荷， 降低电网负荷压力， 客观上使得部分电网投资得以避免， 有效提高配电 网运营效率。从经济效益和运行效率两个方面建立配电网运营效率指标体系。 该指标体系可有效计算及实施需求侧管理 项目的成本、 收益以及相关运行指标， 可较好的应用于需求侧管理项目的效果评估。 关键词： 配电网运营； 可避免容量； 效益成本比率 ； 运行效率 中图分类号 ： F 4 2 6 1 文献标识码 ： B 0 引言 效率是企业发展和改革 的核心 ， 追求效率是 企业活动的首要原则， 从本质上讲 ， 效率是资源 的有效配置 、 市场竞争 能力 、 投入产 出能力 和可 持续发展能力 的总称 l _ 。近年来 ， 电力公司也从重 视 电网建设和规模扩张逐步转移到提 高投资效 益和优化投资方案上 ， 从而以最小的成本获得最 大的效益 。从这个意义上来说 ， 运营效率 已经成 为评判配电网各项工作的重要依据。 当前电网负荷压力 日益增大 ， 尤其是夏季局 部地 区出现超负荷运行的情况 。为了应对这一状 况 ，电力公司积极开展需求侧管理的相关工作。 电力需求侧管理在保证 同样用 电功 能的情况下 通过提高终端用 电效率 和优化用 电方式减少 电 量消耗和降低 电力需求。本文建立 了较为全面的 配 电 网运营 效率 评估 指标体 系 配电网运行效率 评估指标 最大负载率 最大负荷利用小时率 平均负荷率 配电网运营效率的指标体系， 并且以电网运营效 率为衡量依据 ， 针对 电网建设和需求侧管理等各 项工作 ， 进行需求侧管理 的成本 、 收益及其对配 电网运行效率 的影响 ， 可有效应用于需求侧管理 项 目的效果评价。 1 配电网运营效率指标体系 运营效率是衡量企业投资效益和资源配置 的核心指标_ 2 _ 。建立有实用价值的配 电网运营效 率评估指标体系 ， 可 以为电网公司的发展提供合 理的决策参考。 研究 电力需求侧管理对配电网运 营效率 的影响， 就必须要考虑对电力公 司收入的 影响和实施需求侧管理方案后的效果【3 _。从经济 效益和运行效率两个方面建立评价指标体系。 因 此本文建立配 电网运营效率评估指 标体系如图 1 所示 图 1基于需求侧管理的配电网运营效率评估指标体 系 - 2 8 3- 上 海 电 力 2 0 1 3 年第 5 期 1 1配电网经济效益评价指标 经济指标对 于电力公 司来说是表 征效率 的 最根本性指标 ， 是决策工作 的 发点和立 足点 。 配电网的经 济效益 与电力公 司的售电收入和成 本紧密相关 ，可以用售电收入成本 比直观表示 ， 计算式为 6 = W C( 其 中 6为售电收入成本 比， 为售 电收入 ， C为售电成本 ) ， 当电网实施如需 求侧管理 、 电网建设等项 目时会引起售电成本增 量 AC的变化 ，同时实施这些项 目还可以带来售 电收入增量的变化 ， 进而使得配 电网的经济效益 发生变化 。 因此 ， 在评判 电网项 目实施效果时 ， 可采用 项 目效益成本 比率进行表征 ， 即 C 。 以需求 侧管理项 目为例 ： 实施需求侧管理项 目可以使得 电网部分投资得以避免 ， 这部分可避免的成本主 要是输配电投资费用和维护检修费用 ， 可作 为需 求侧管理项 目的收益 ； 同时实施需求侧管理项 目 的成本则为售 电收入的减少以及相关经 济激励 费用 、 补贴 、 宣传费用 支 J 等 ， 可作为电网企业 引 导用户能源管理 的成本 ； 从而可得经济效益评价 指标 ， 即效益成本比率 ， 该指标越高 ， 表明电网企 业 为取得引导用户能源管理经济效益而付 出的 代价越小， 成本费用控制得越好 ， 盈利能力越强。 ： 式 中， B 为电网企业引导用户能源管理的效 益成本比率 ； 表示年可避免容量建设成本 ； B 表示年输配电可避免容量成本 ； B 。 表示年维护检 修可避免成本 ； 表示年售电收人减少量 ； 表 示年相关经济激励费用 、 补贴 、 宣传费用的支出。 1 1 1可避免容量建设成本 通过实施需求侧管理项 目可 降低高 峰负荷 使得用于容量 建设 的相关投资得 以避免或者部 分避免 ， 这部分省下的成本称为可避免容量建设 成本。电网投资的容量建设成本主要是输配电投 资费用和维护检修费用 ， 故可避免容量建设成本 分为输配电可避免容量成本和维护检修可避免 容量成本。 1 1 1 1 输配电单位可避免容量成本 为保持输配 电单位可 避免容量成本 的相对 稳定 ，减小输配 电容量饱 和度对 电网建设 的影 响 ， 采用边际成本法来计算出输配电单位投资年 金。电网的输配电系统主要是为应对高峰负荷而 - 2 8 4- 建 ， 通过引导用户能源管理在不同电网运行时期 的投资和效益是不一样 的， 所 以有必要将输配电 单位投资年金分配到各个时段。考虑到电网输配 电投资跟负荷大小 紧密相关 ， 且详细的地 区负荷 数据较易获取 ， 故按 负荷来确定分配 因子 ， 将输 配电投资年金分配到年内的每一小时。 输配电单位可避免成本表达式如下 ： C ： A y ( 2) 式中 ： C 为输配电单位可避免容量成本 ； A 为输配电单位投资年金 ； 为输配电分配因子。 设 已知某地区逐 年投 资和逐 年输配 电容量 增量如表 1 所示。 表 1 输配电工程逐年投资和输 配电容量 投 资 输配电容量 输配电容量增量 第 1 年 I l P1 P1 第 2年 第 3年 I 2 I 3 P 2 P 3 P 2 P 3 第 m年 I m PI I 1 P n l 根据下式计算输配 电单位投资年金 A即为 输配电边际成本 ： J n ( 1 + i) A= - ( 3) 、-1 AP , ( 1 + i ) “ l 1= 1 式 中： L为第 r 1 年 的输配电投资； i 为折现率 ； m为计算年限。 选取 3 5 个典型负荷年 ，计算每个小时的负 荷加权平均值 ， 形成年负荷持续曲线 ， 如图 2所示。 ) 5 ) O 图 2年 负荷持续曲线 根据年负荷持续曲线找到负荷最大 的点( 即 图 2中 A点 ) ， 确定最大负荷 及其 累计时间 t 5 。 假设根据当前 电网拉闸限电时的负荷为 ， 超过 的累计时间为 ， 即图 2中 B点。如图 2所示 2 0 1 3 年第 5 期 上 海 电 力 表 2分配系数表 负荷区间 分配系数 k i 【 P 4 ，只】 B， P 4 ) P 1 ， ) P l ， P 2 ) 【 P 1 ) 1 n s + l ( n 5 + n 4 ) + 1 ( n 5 + n 4 + n 3 ) + 1 ， ( n 5 + J 1 4 + 力 3 + n 2 ) + 1 ( n 5 + t l 4 + t 7 3 + n 2 + n I) 1 ( n 5 + n 4 ) + l ( n 5 + n 4 + n + l ， ( n 5 + n 4 + J 】 3 + J 】 2 ) + l ( n 5 + j 】 4 + n 3 + n 2 + n 1) 1 ( n 5 + n 4 + n 3 ) + 1 ( n 5 + J 14 + 力 3 + n 2 ) + 1 ( n 5 + n 4 + n 3 + N 2 + 1 1 ) 1 ( n 5 + n 4 + n 3 + J 1 2 ) + l ， ( 力 5 + 力 4 + J 】 3 + n 2 + n I ) 1 ( n 5 + n 4 + n 3 + 妇 2 + n 1 ) 0 将 P 0 与 B之间的负荷等比例分成五等份 ，边界 值为 P 0 、 P I 、 P 2 、 B、 P 4 和 只，各 自对应超过该边界 值的累计 时间分别 t o , t 1 、 t 2 , t 3 、 t 4 和 t s 。令 h i = to t 1 ， 1 1 2 =t 1 一t 2， J 】 3 = 一t 3 ， 14 =t 3 一t 4， ns =t 4 -t s。根据表 2 确定分 配系数。 当某一小时的负荷值落在区间 P k _， ， P k ) ( 1 k 5 ) 中时 ， 该小时分配因子为： = k ( ( n 。 ) k为该小时负荷所落区间的分配系数。 1 1 1 2维护检修单位可避免成本 维护检修单位可避免成本可表示如下 ： 且 。 ( 1 + 矿 r 一 式 中 ： 只为线 路 负荷 ； r为线 路使用 寿命 年 限； Hn 为第 n年维护检修成本 ； i 为折现率。 则年可避免容量建设成本可表示如下 ： Bc p =B p +B k 1南 c ： 1 一 ， t1一 ， 式 中， P k 为引导用户能源管理 k时刻削减的 高峰负荷量 ； M为高峰有负荷削减的总小时数 ； P 为引导用户能源管理削减的高峰总负荷量 ； 为 系统输配电损失率。 1 1 2年售电收入减少量 年售电收入减少量可表示如下 ： 一 i= 1 j： 1 式 中， 和 分别表示用户能源管理前后 的各时间段 的售电量 ， 和 分别表示用户能 源管理前后各时段 的电价 。 1 1 3 年补贴、 宣传费用支出 为了使用户积极地参与到需求侧管理项 目 中去 ，电力公司需要额外支 出一步资金用于宣 传 、 直接经济激励 、 技术推广等。 1 2配电网运行效率评价指标 运行效率指标是短期 内电网物理效 率的表 征 ， 它能反映实施该项 目对电网物理指标 的具体 影响。从运行层面来看 ， 为 了提高配电网运行效 率 ， 需 降低配 电网最大负荷 、 提高配电网的利用 率 、 提高平均负荷率 、 尽可能降低高峰用 电并增 加低谷用电。所以采用最大负载率 、 最大负荷利 用小时数率 、 平均负荷率和谷 电峰电比等 四个指 标来评价配电网的运行效率。 1 ) 最大负载率 负载 率表明变压器的实际运行功率 与额定 功率 的关 系 ， 反映变压器的经济运行情 况 ， 若额 定容 量偏大 而长期轻载运行 ， 设备利用率低 ； 若 额定容量偏小过负荷运行严重 ，则会加速变压 器 的绝缘老化 ， 减少正常使用年限 ， 导致配 电变 压器 的投资费用和运行费用相对提高l5 J 。由于在 本文 中对用户进行负荷调整 的假设 前提是总用 电量不变 ， 即平均负荷 不变 ， 因此显现 出实施需 求侧管理项 目前后 的变化 ，采用变压器最大负 载率。 2 ) 最大负荷利 用小时率 最大负荷利用小时率 是最 大负荷 利用小时 数与全年总小时数的 比值 ，反映全年 的电网利 用情况 ， 最 大负荷利用小 时率越高 ， 说明对电网 的利用率越高 ，输配电投资越是得 到了充分的 利用。 3 ) 平均 负荷率 平均负荷率用以衡量平均负荷与最高负荷 之间的差异程度， 是反映供 、 用电设备是否得到 充分利用的重要技术经济指标之一 。从经济运行 方面考虑 ， 负荷率越接近 1 ， 表明设备利用程度越 好， 用电愈经济。供电部门提高负荷率， 可以充分 发挥输配电线路及变压器等供电的效能， 减少供 2 8 5 - 上 海 电力 2 0 1 3 年第5 期 电网络 中的电能损耗。用户提高负荷率 ， 可 以减 少用 电变压器容量 ， 降低高峰负荷 ， 减少基本 电 费开支 ， 降低生产成本。 4 ) 谷 电峰 电 比率 谷 电峰电 比率是用户电 网谷时段 用电量与 电网峰时段用 电量 的比值 ， 反映用户不同时段用 电量的关系 ， 为引导用户削峰填谷提供数值性参 考 ， 该 比值越低说 明低谷用电量越小 ， 引导其进 行削峰填谷的潜力也就越大。引导用户能源管理 的 目的之一就是要增加低谷用 电，减少高峰用 电， 降低电网压力 ， 即提高谷电峰电比率。 2 实例分析 以某地 区电子产品制造业为例 ， 分析其参与 需求侧管理后对配电网运营效率的影响。假设该 行业的所有用户均参与需求侧管理 ， 且需求侧管 理项 目实施前后总用电量不变。表 3为该行业和 该地区 2 0 1 0年的用 电基本情况 ，图 3为实施需 求侧管理项 目前后的负荷变化情况 ， 根据上节 的 计算式可计算获得该地 区需求侧管理管理前后 的运行效率指标如表 4所示。 表 3 2 0 1 0年某地 区及该地 区电子产品制造 业用电基本情况 一 实施前 一 实施后 T ， h 图 3需求侧项 目实施前后电子产品制造业典 型 日负荷变化 通 过表 4可看 出， 该行 业能源管 理后 ， 电网 的最大负载率明显降低 了，电网最大负荷减小 ， 说明能源管理起到了抑制高峰负荷的作用 ； 最大 负荷利用小时率都增大了， 说明电网资源得到了 更充分的利用 ； 平均 负荷率增加了说明经过能源 管理后电网的平均负荷更加接近最大负荷 ， 电网 资源的利用率提高 ；电网的谷 电峰电比率增大 ， 说明能源管理使得电网的谷时段用 电增 加 ， 峰时 段用电减少 ， 起到 了削峰填谷的作用 ， 使 电网资 源得到更为合理 的利用。 根据 当前实行的电价收取标准 、 峰时段和平 时段 时间点及电网投资用途 ， 根据上节的计算公 式算得 6时一2 2时的输配电单位可避免容量成 本 ， 如表 5所示 。根据计算 出的各个时间点的负 荷调整量和表 5的输配电单位可避免容量成本 ， 可计算得 出各个 时问点的输配电可避 免容 量成 本 ，并进行 加和可得年输配 电可避免容量成本 1 4 6万元 表 5典型 日输配电单位可避免容量成本 mt 时间 t m r ( 元 k W h 1 时间 t m r ( 元 k W h 1 6： 0 0 0 00 3 4 1 5： 0 0 00l 9 7 7： 0 0 0 00 3 4 l 6： 0 0 O01 97 8：00 0 00 72 l 7： 0 0 00l 2 7 9：00 001 97 l 8 ： 0 0 000 72 1 0： 0 0 0 1 3 08 1 9 ： 00 0 0 07 2 l 1 ： 0 0 001 97 20 ： 00 0 01 2 7 1 2： 0 0 001 27 21 ： 00 0 0 07 2 l 3 ： 0 0 00l 97 22 ： 00 0 1 3 08 1 4： o 0 O 01 97 根据 2 0 0 9年 出台的 国家电网公司电网检 修运维和运 营管理成本标准( 试行 ) ， 维护检修 单位可避免成本设为 6 0 元 k W， 结合各时间点的 负荷调整量的最大值计算得 出年维护检修可避 免成 本为 2 6 9万元 。 参与需求侧管理项 目的电力用户负荷会发生 调整 ， 调整后各时段的电量会发生变化 ， 主要体现 在峰时段电量减少 ， 谷时段电量增加， 如表 6 所示。 表 4需求侧管理管理前后配电网的运行效率指标 量的& 变化 6 量 g子产品制造 业能源管理后 各时段 电 - 28 6 行 业 峰时段平时段 谷时段 电子产品制造业 ( 万千 瓦时 ) 一 1 2 2 7 3 _ 3 1 1 5 5 8 以峰谷 电价和引导用户能源管理 ( 项 目补 2 0 1 3 年第 5 期 上 海 电 力 贴)分别研究分析两种措施下的效益成本比率。 从峰谷 电价上看 ， 表 6反映了需求管理项 目起到 了削峰填谷的作用， 可估算用户实施峰谷电价的 情况下 ， 电力公司实施该需求侧管理项 目的效益 成本 比率 。根据当前实施的分时电价收费标准和 表 6可计算得各个时段电费收入减少量 ，如表 7 所示 。一般用户在季负荷高峰时段参与需求侧管 理 ， 其他 时间不参 与 ， 根据上表可得年售 电收人 减少量为 1 1 5 1 万元。当峰谷电价作为需求侧管 理手段时， 补贴费用为 0 。 再根据第 2 节的计算式 以及上面计算 出的年输配电可避免容量成本 、 年 维护检修可避免成本 、 年售电收入减少量 以及年 引导费用支出， 可 以计算得出引导用户 能源管理 的效益成本 比率为 0 3 5 8 ， 大大小 于 1 ， 这表明峰 谷电价 已经充分反映了不 同时段的用电成本 ， 额 外采用 项 目补贴进行 能源管理 引导 已不具 备成 本效益 。从引导用户能源管理( 项 目补贴 ) 来看 ， 若仅通过项 目补贴 引导用户进行能源管理 ， 激励 用户进行调整 负荷 ， 达到削峰填谷的效果 ， 而不 采用峰谷电价。由于本需求侧管理项 目前后总电 量不变 ， 无售电损失。项 目补贴参考 2 0 1 2年 7月 3日财政部、 国家发改委颁布的 电力需求侧管理 城市综合试点工作 中央财政奖励资金管理暂行 办法 的奖励标准每千瓦奖励 4 4 0元 ， 结合本案 例 中削减 的高峰负荷 ， 年补贴费用支 出为 3 3 2 7 5 万元。同样条件下 ， 得 出引导用户能源管理的效 益成本 比率为 1 2 5 3 。 表 7实施 需求侧 管理后 电网各 时段 日售 电 收入 减 少量 峰时段 平时段 谷时段I 合计 售电收入改变量( 万元 ) 1 4 7 5 2 4 8 4 4 4 I 1 2 7 9 注 ： “ 一” 表示售 电收 入增加 。 通过上述实例计算可知， 当通过该需求侧管 理项 目采取峰谷