（技术经济及管理专业论文）济南地区电力需求侧资源配置研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 资源配置问题始终是经济学的核心问题。电力需求侧资源的挖掘和合理配置， 可以取得社会、电力公司及用电客户均受益的多赢局面。因此，在满足同样能源服 务的条件下，如何挖掘潜在的电力需求侧资源和如何配置这些资源是电力公司目前 所要解决的问题。本文在分析电力需求侧管理在济南地区应用的基础上，结合电力 需求侧资源的挖掘与配置方式，探讨了电力需求侧资源配置的市场机制，得出电价 在其配置中的核心作用，构造出基于用户响应和满意度的多目标优化分时电价决策 模型。并且根据济南地区用户的负荷数据进行了实证研究，得出该地区的分时电价 优化结果，其结论为济南电力公司的有关管理部门提供决策参考，对其他类似的地 区也有一定的借鉴意义。 关键词：电力需求侧资源，资源配置，分时电价，多目标优化 a b s t r a c t t h ep r o b l e mo fr e s o u r c e sa l l o c a t i o ni st h ee c o n o m i c sc o r ep r o b l e ma 1 1t h et i m e t h e d i s i n t e r m e n ta n dr a t i o n a la l l o c a t i o no fr e s o u r c ea tt h ep o w e rd e m a n ds i d e w i l lg a i nt h e s i t u a t i o nt h a tb e n e f i t sa l lt h es o c i e t y , e l e c t r i cp o w e rc o m p a n ya n dc l i e n t s t h e r e f o r e ，u n d e rt h e c o n d i t i o no fs a t i s f y i n gt h es a m ep o w e rp r o v i d i n gs e r v i c e ，h o wt od i s i n t e rt h ep o w e rd e m a n d s i d er e s o u r c ea n da l l o c a t er e s o u r c e sa r ec u r r e n t l yt h em a i np r o b l e m so fe l e c t r i cp o w e r c o m p a n i e s o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h ea p p l i c a t i o no fp o w e rd e m a n ds i d em a n a g e m e n ta t j i n a na r e aa n d i n t e g r a t i n gw i t ht h e d i s i n t e r m e n ta n da l l o c a t i o no fp o w e rd e m a n ds i d e s r e s o u r c e ，t h em a r k e tm e c h a n i s mo fp o w e rd e m a n ds i d e sr e s o u r c ea l l o c a t i o ni sd i s c u s s e d ，t h e c o r ee f f e c to fp r i c ei nt h ep o w e rd e m a n ds i d e sr e s o u r c ea l l o c a t i o ni s c o n c l u d e d ，a m u l t i o b j e c t i v eo p t i m i z e dt i m e o f - u s ep r i c ed e c i s i o nm o d e lb a s e do nu s e r sr e a c t i o na n d s a t i s f a c t i o ni nc o n s t r u c t e d t h ed e m o n s t r a t i o ns t u d i e sa r ed o n eb a s e do nu s e r s 1 0 a dd a t ai n j i n a na r e a ，a n dt h et i m e o f - u s ep r i c eo p t i m i z e dr e s u l to f t h i sa r e ai sf o u n d t h ec o n c l u s i o nh a s c e r t a i nc o n s u l tv a l u e sf o rt h ed e p a r t m e n t so ft h ej i n a np o w e rc o m p a n y i ta l s oc o u l db eu s e d m e a n i n g f i _ l l l yt os o m eo t h e rr e g i o n s g a oc h o n g ( t e c h n i q u ee c o n o m ya n dm a n a g e m e n t ) d i r e c t e db yp r o f n i ud o n g x i a o k e yw o r d s ：p o w e rd e m a n ds i d er e s o u r c e s ，r e s o u r c e sa l l o c a t i o n ，t i m e o f u s ep r i c e ， m u l t i o b j e c t i v eo p t i m i z a t i o n 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文济南地区电力需求侧资源配置研究， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：弛日期：华 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：础导师签名：肇垒砭 日 期：2 塑2 ：= ：f 1 5 日 期：主竺乙6 华北电力大学硕士学位论文 1 1 电力需求侧资源的含义 第一章引言 资源是一个具有比较广泛内涵的术语。在不同的场合，因研究需要的不同及着 重点不同有多种解释，在现行的资源科学中，关于资源概念的表述形式及内涵有着 较大的差异。 资源一般有狭义和广义之分，狭义的资源指自然资源。联合国环境计划署 ( u n e p ) 对资源的定义为：“所谓资源，特别是自然资源，是指在一定的时间、地 点条件下能够产生经济价值以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件。” 广义的资源概念是把资源的外延推广到社会经济因素和劳动力因素，扩大了资源的 范围，丰富了资源的含义。本文对资源概念的界定取其广义的一面。 2 0 世纪7 0 年代爆发的第四次中东战争引发了震撼全球的第一次世界能源危机， 严重影响了西方发达国家的经济发展，从此能源问题引起了各国的极大关注，特别 对全球电力工业产生了深远的影响：一方面使得电力公司发电成本大幅上涨；另一 方面政府要求通过节电、提高用电效率来控制需求，尽量推迟装机时间，而用户也 抱怨电费支出的增加，要求电力公司降低发电成本。随着人类的进步和发展还带来 了能源的逐渐枯竭、环境的日益恶化、人口的快速增长等一系列全球化的问题，这 些问题困扰着人类文明的进一步发展，人们也逐渐意识到传统的解决问题方法已不 能适应新的形势，必须用新的观点和方法迎接能源、环境、人口等各种挑战。于是 在8 0 年代中期，兴起了新一代的电力规划方法，称为综合资源规划( i n t e g r a t e d r e s o u r c ep l a n n i n g ，简称i r p ) ，它是将供应侧和需求侧各种形式的资源，作为一个 整体进行的资源规划，基本思路是：除供应侧资源外，还把需求侧提高用电效率， 减少电量消耗和改变用电方式降低的电力需求视为一种资源同时参与电力规划。前 提是首先对供电方案和节电方案进行技术筛选和成本效益分析，这种经过优选组合 所形成对社会、电力公司、电力用户等各方受益，成本最低，又能满足同样能源服 务的一种新型的管理模式电力需求侧管理( p o w e rd e m a n ds i d em a n a g e m e n t ， 简称d s m ) 便应运而生l l h ”。综合资源规划改变了电力规划中传统的资源概念，把 节电也作为一种资源纳入了电力规划，克服了传统电力规划中只注重电源开发，忽 视终端用电的倾向，同时改变了传统的电力规划模式，克服了电力规划只注重局部 利益，忽视社会整体效益的倾向，突出了综合经济效益的概念。综合资源规划的目 的是通过需求侧管理，能更合理有效地利用能源资源、控制环境质量、减少电力建 设投资、降低电网运营支出，为电力客户提供最低成本的能源服务。 华北电力大学硕士学位论文 d s m 是综合资源规划的一项主要内容，它作为一个新概念引入电力行业，实际 上就是在政府法规和政策的支持下，采取有效的激励和引导措施，以及适宜的运作 方式，通过电力公司、能源服务公司、社会中介组织、产品供应商、电力用户等共 同协作，提高终端用电效率和改善用电方式，在满足同样用电功能的同时，减少电 量消耗和电力需求，达到节约资源和保护环境，实现社会效益最好、各方受益、最 低成本能源服务所进行的管理活动。可见，d s m 适合市场经济运作机制，主要应用 于终端用电领域，它遵守法制原则，鼓励资源竞争，讲求成本效益，提倡经济、优 质、高效的能源服务，它的最终目的是建立一个以市场驱动为主的能效市场，把节 能落实到终端，转化为节电资源，起到替代供应侧资源的作用 3 1 - 【5 1 。 这种电力用户潜在的节电资源就称为“电力需求侧资源”，它要通过需求侧管 理来实现，包括用户提高用电效率减少的电量消耗和改变用电方式降低的用电需 求，以及能源替代、合同约定可中断负荷、完善用电环境等所节约的电力和电量【6 1 。 1 2 资源配置的概念 在社会经济发展到一定阶段时，相对于人们的需求而言，资源总是表现出相对 的稀缺性，从而要求人们对有限的、相对稀缺的资源进行合理配置，以便用最少的 资源耗费生产出最适用的商品和劳务，获取最佳的效益。资源配置合理与否，对一 个国家经济发展的成败有着极其重要的影响。一般来说，资源如果能够得到相对合 理的配置，经济效益就显著提高，经济就能充满活力；否则，经济效益就明显低下， 经济发展就会受到阻碍。 在社会化大生产条件下，资源配置有两种方式： 一是计划配置方式。计划部门根据社会需要和可能，以计划配额、行政命令来 统管资源和分配资源。在一定条件下，这种方式有可能从整体利益上协调经济发展， 集中力量完成重点工程项目。但是，配额排斥选择，统管取代竞争，市场处于消极 被动的地位，从而易于出现资源闲置或浪费的现象。 二是市场配置方式。依靠市场运行机制进行资源配置的方式。这种方式可以使 企业与市场发生直接的联系，企业根据市场上供求关系的变化状况，根据市场上产 品价格的信息，在竞争中实现生产要素的合理配置。但这种方式也存在着一些不足 之处，例如，由于市场机制作用的盲目性和滞后性，有可能产生社会总供给和社会 总需求的失衡，产业结构不合理，以及市场秩序混乱等现象。 资源配置问题始终是经济学的核心问题。资源的配置问题实质上就是经济效率 问题。换句话说，所谓资源配置，就是在资源数量一定的条件下，运用有效的手段 将有限的人力、物力、财力以及科学技术、信息等资源投向不同的地区、部门和企 业，以获得较大的产出，求得经济持续、快速、健康的发展。 2 华北电力大学硕士学位论文 1 3 选题背景及其意义 资源和环境问题日益为全球所关注，有效合理地利用资源、节约能源、寻求可 持续发展成为跨入新世纪的全人类的共识。世界各国政府、学术界都在努力探求适 合于本国的能源战略，寻求高效的资源配置方法来促进本国经济、能源和环境的协 调发展。国家在“十一五”规划的建议中明确提出：“要把节约资源作为基本国策， 在我国要建设资源节约型、环境友好型社会，提高资源利用效率，单位国内生产总 值能源消耗比“十五”期末降低2 0 左右，促进经济发展与人口、资源、环境相协 调”。特别是近年来，电力最高负荷增长很快、峰谷差不断拉大、负荷率不断降低， 一些地区还出现季节性、阶段性缺电情况，给电网的安全运行带来了较大的影响， 并且造成了供电成本的增加，更加突显了资源配置的重要性。 因此，在满足同样能源服务的条件下，如何挖掘潜在的电力需求侧资源和怎样 配置这些资源是电力公司目前所面临的问题。电力需求侧资源是客观存在的，凡是 有用电的地方都存在节电资源。电力需求侧资源的挖掘和合理配置，可以取得社会、 电力部门及用电客户均受益的多赢局面。对供电部门而言：能够减少电力建设投资， 降低预期的运营成本，消减高峰时段的负荷，降低电网调峰的压力，提高电力工业 的运行效率以及供电可靠性和服务水平，特别是在电力需求紧张的情况下，可以大 大缓解拉闸限电的压力；对政府而言：可以减轻缺电压力，最大限度减少电力供应 紧张对经济发展带来的负面影响，促进经济的可持续发展，同时，减少一次性能源 的消耗与污染物的排放，缓解了环境的压力；对电力客户而言：通过峰谷用电差价， 少用峰电，多用谷电，可以减少用电开支，降低企业的生产经营成本，提高产品竞 争力。 1 4 课题的主要工作 本课题作为“济南电力公司客户关系管理研究”项目的子课题，就是针对国家 提出建立资源节约、环境友好型社会，针对济南地区电力需求侧管理的实施现状， 从制度和市场角度分析济南地区电力需求侧资源配置问题，探讨电力需求侧资源配 置市场机制，重点研究电价在电力需求侧资源配置中的核心作用，构造基于用户响 应和满意度的多目标优化分时电价决策模型，并根据调研数据进行实证分析，其结 论为济南电力公司的有关管理部门提供决策参考，对其它类似的地区也有一定的借 鉴意义。主要工作有： l 、研究电力需求侧管理在济南地区的应用。 2 、国内外关于挖掘电力需求侧资源的技术，以及对电力需求侧资源配置的方 式。 华北电力大学硕士学位论文 3 、从制度和市场角度分析济南地区电力需求侧资源配置问题。 4 、探讨需求侧资源配置市场机制。由于在市场条件下，影响用户行为的决定 因素是电价，所以重点研究电价在电力需求侧资源配置中的核心作用，构造出基于 用户响应和满意度的多目标优化分时电价决策模型。 5 、根据济南地区的调研数据进行实证分析，得出基于本地区的分时电价体系。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章电力需求侧管理在济南地区的应用 2 1 电力需求侧管理的产生与发展 电力需求侧管理( d s m ) 是随着经济的发展，电力需求的不断增长，以及电力 部门的自身要求而产生的【7 j 。电力需求侧管理又称为电力需求方管理或负荷管理， 产生于2 0 世纪7 0 年代的中末期，是在节能和负荷管理基础上成长起来的，8 0 年代 开始逐步完善了d s m 思想和活动，并在应用中丰富了它的时间经验。d s m 是适应 市场经济体制的一种能效管理技术和节电运作机制，是实施综合资源规划利用的有 效措施。它是一种由客户参与，并充分挖掘电能资源的一种管理方法和技术，强调 能源服务、讲求成本效益、活化市场机制是d s m 的最大特点。 发达国家在对d s m 的研究与实施起步较早，并取得了可观的社会经济效益。 美国、日本、加拿大、德国、法国及意大利等国家都有一支庞大的队伍从事d s m 工作，成果显著。美国自7 0 年代就开始了对d s m 的研究和实施，并且得到了政 府的大力支持，在过去2 0 年中，制定了许多法律法规及特殊政策，投入大量资金， 电力公司积极参与推广d s m 以降低运行费用，少建或缓建新电源，以获得更大的 经济效益；电力用户也积极参与d s m 的计划与实施，以降低电费支出。早在1 9 9 0 年美国电力公司节电约占全国总发电量的1 ，而实施d s m 的投资才仅占电力部 门当年总投资的0 7 。仅2 0 0 0 年，美国投入约1 5 6 亿美元实旌d s m 项目，节电 5 3 7 亿k w h ，减少高峰负荷2 2 0 0 万k w 。在欧洲d s m 得到了普遍推广。法国电力 公司1 9 9 9 年仅负荷控制技术一项，通过对制冷、供热负荷的组控、群控和蓄冷蓄 热技术改造，将全网平均负荷率提高了5 个百分点。加拿大在8 0 年代强力推广d s m ， 同时在工业企业采用可中断负荷方式，削减高峰负荷近1 7 g w 。 我国的d s m 起步较晚，自2 0 世纪9 0 年代开始引入需求侧管理理论，并结合 早期的负荷管理逐步发展起来，目前应用的还不太成熟，不过随着电力工业管理体 制改革的深入，已经有许多地区意识到了d s m 的重要性，我国供电企业也不断转 变观念，对d s m 技术作了大力的推广工作，采取了蓄冷蓄热、分时电价、高效节 能设备等一系列d s m 实用技术措施，取得了很好的社会效益和经济效益。值得注 意的是，与发达国家相比较，我国用电设施相对落后，效率也较低，同时我国部分 地区缺电已经持续多年，而且大多数地区由于电价水平较低，工、农业和居民生活 用能急剧向电力倾斜，增加了电力短缺的压力，因此加强d s m 在我国显得尤为重 要。 电力需求侧管理与传统意义上的用电管理有着本质的不同，是管理方法的一种 5 华北电力大学硕士学位论文 变革，主要体现在以下几个方面【8 】【1 2 1 ： 一、电力需求侧管理非常强调电力公司的主体作用 由于电力需求侧管理的节电活动要有投入，政府必须激发电力公司开展需求侧 管理的主动性和积极性，国家的政策和法规方面必须保证用于节电方面的投资回报 要高于新建电厂或机组的投资回报。在体制和机构方面，要把电力公司的职能范围 从发供电扩展到发供电以及节能上，并采取一定的经济手段为促进电力客户节能创 造条件。 二、电力需求侧管理强调建立电力公司和客户之间的伙伴关系 由于电力需求侧管理强调客户的参与，因此要求电力公司和客户共同付出代 价，共同承担风险，共同争得利益。只有在电力公司和客户之间建立良好的伙伴关 系，有一种融洽的合作感情，才能在节电领域取得整体利益，使供需双方都有利益 获得。 三、电力需求侧管理强调在客户利益上的能源服务 由于能源使提供动力、热力、照明和运输等方面的一种中间性产品，因此，提 供优质的能源服务是客户的根本要求。电力需求侧管理不主张拉闸限电、轮休倒班 等不利于客户利益的做法。鼓励采用科学的方法，在不改变生活秩序和生活节奏的 条件下，促使客户主动改变消费行为和用电方式，提高用电效率和减少电力需求。 2 2 电力需求侧管理的作用 电力需求侧管理是一种合理利用能源的管理方法，对综合利用资源具有重大意 义【1 4 l 。【15 1 。 一、可以改善电网的负荷特性，提高用电负荷率 电力需求侧管理可以引导电力客户选择合理的用电时间，或者采用合理的蓄能 方式，达到移峰填谷的作用，从而减少用电峰谷差，降低电力最大负荷，提高用电 负荷率，减少发电成本和电网建设投资，提高电网安全性和经济性。 二、可以降低电力客户的用电成本，减少电费支出 对直接参与电力需求侧管理的客户来讲，通过采用先进的用电设备和合理的用 电方式可以减少电能消费，获得电力需求侧管理的直接效益。对没有直接参加电力 需求侧管理的电力客户，可以通过电力需求侧管理的整体综合资源规划将供应侧和 需求侧各种形式的资源，作为一个整体进行规划。 三、有利于扩大用电需求，开拓电力市场 电力需求侧管理可以通过电力公司向电力客户推广一些用电设备，同时制定相 应的用电优惠政策，让人们从使用煤、天然气向更广泛地使用电能，扩大电力需求， 6 华北电力大学硕士学位论文 开拓电力市场。 四、可以减少污染排放，f 缓解环境压力，提高人民的生活质量 环境是可持续发展的基础之一，而能源生产和使用对环境的损害是主要原因。 中国以煤电为主的能源结构和巨大的能源消费规模导致= 氧化硫的高排放，导致大 气环境恶化。中国是世界上二氧化硫第一排放国，其中约8 5 是由燃煤排放的；二 氧化硫排放导致人体呼吸道疾病，造成土壤和水体酸化，森林植被损伤，材料加速 腐蚀；目前全国酸雨区面积占国土总面积的3 0 以上，6 3 5 的城市二氧化硫年平 均浓度超过国家二级标准。中国还是二氧化碳第二排放大国，其中约8 5 是由燃煤 排放的，国际社会要求减少二氧化碳排放的压力越来越大。环境污染的后果是长期 性的，高昂的环境治理成本将成为国家沉重的经济负担，制约国民经济的发展。为 实现环境可持续发展，需要采取各种有效措施减少污染物、二氧化碳的排放，而能 源效率和节能是减少大气污染物和二氧化碳排放的最现实、最经济的途径。研究表 明，在现有技术条件下，风电、水电、核电减排二氧化碳的净费用分别是提高能源 效率方案的6 1 倍、6 2 倍和7 0 倍。 因此，实施需求侧管理，努力提高能源效率和节约能源，是缓解中国环境压力、 的有效措施。电力需求侧管理可以引导人们合理、经济地使用电能，减少污染的排 放，保护环境，提高人们的生活质量。 2 3 济南地区用电负荷状况及特点 济南供电公司是山东电力集团公司所属全国一流供电企业，资产总额4 0 亿元， 担负着济南市1 0 个区、县( 市) 的供电任务。电网覆盖面积约1 万平方公里，拥 有直供3 5 千伏及以上变电站5 5 座，主变总容量6 8 3 万千伏安，输电线路2 0 6 5 公 里，职工1 9 8 0 人。2 0 0 4 年，全市社会用电量达1 3 2 亿千瓦时，同比增长1 0 5 1 公司售电量达1 1 5 亿千瓦时，电压合格率、线损率等主要经济技术指标连续7 年位 居全国省会城市供电企业前列。 2 3 1 济南地区用电最高负荷及峰谷差 随着社会的进步，用电需求也不断增长，尤其是作为山东省省会城市的济南， 经济的迅速发展，居民生活质量的不断提高，在带来各种新的用电负荷的同时，也 使用电的时间分布发生了变化，特别是制冷和取暖负荷的大幅度增加，进一步扩大 了用电的峰谷差( 见表2 1 ) 。 由表2 1 数据可见，2 0 0 4 2 0 0 6 年度，济南地区年最高电网负荷是在逐年增 加的，年最低电网负荷也在逐年增加，但济南地区的峰谷差逐年在拉大；相反，负 荷率却在逐年的降低，2 0 0 6 年比2 0 0 4 年负荷率减少达2 7 1 。 华北电力大学硕士学位论文 2 3 2 济南地区电力负荷的时域分布 一、2 0 0 6 年济南地区电力负荷及用电量的月度分布见表2 2 ： 表2 22 0 0 6 年济南地区电力负荷及用电量的月度统计表 由表2 - - 2 可以看出，济南地区的电力负荷在寒冷冬季的1 2 、1 月份及炎热夏 季的6 ，7 ，8 月，负荷水平明显较其他月份高，都在2 5 0 0 m w 以上；夏季的6 、7 、 8 月份日电网电量也较其他月份高，达到5 0 0 0 万k w h 以上；而日最低电网电量则 出现在l 、2 月份，都在3 0 0 0 万k w h 附近；月电网电量的峰值分别出现在7 月份 和1 2 月份，高达1 5 亿k w h 以上；通过以上分析可知，济南地区需求侧资源具有 很大的挖掘潜力。 二、负荷的时域分布也与用电性质有关 通过调查，第三产业和居民用电负荷受季节和温度因素影响较强，而第一产业 和第二产业受季节及温度的影响相对较小。 2 4 济南地区d s m 的应用状况及前景 济南作为省会城市，随着经济的发展和人民生活水平的提高，电量增长迅速， 峰谷差日益加大，因此进一步扩大应用d s m 技术，将势在必行。应用d s m 的削 峰、填谷、负荷转移、战略节电等负荷改善手段，采取推广民用分时电价表、电蓄 热水器和电蓄热锅炉、冰蓄冷空调等实际措施，是能够实现合理利用能源，充分满 华北电力大学硕士学位论文 足日益增长的用电需求，获取良好的经济效益和社会效益的 一、早期负荷管理情况 ， 济南地区的负荷管理，开始于上世纪7 0 年代末，是在计划经济体制下以行政 计划指标的方式进行的。1 9 8 2 年以后，推广应用了开关钟、负荷定量器等分散型负 荷控制装置。随着我国集中型控制装置的试制成功，1 9 8 7 年作为国家音频电力负荷 控制工程的试点城市，济南经过两年多的努力通过了负荷控制的现场运行考核和鉴 定验收，为寻找适应我国特色的集中型电力负荷控制方式取得了成功的经验。1 9 8 8 年，无线电电力负荷监控系统开始应用，到1 9 9 3 年济南地区的负荷监控系统已初 具规模，可调控电力负荷约计4 9 5 万k w ，占地区可调负荷的6 0 左右。9 0 年代 中期以后，随着向市场经济体制的过渡和电力体制改革的深入，负荷管理也逐步向 电力需求侧管理方向转变。 二、d s m 的应用情况 首先应用的是峰谷分时电价。1 9 9 5 年3 月1 日起济南对直供容量3 1 5k v a 及 以上的大用户、1 0 0k v a 及以上的非工业、普通工业用户和趸售转供单位实行了峰 谷分时电价。到1 9 9 6 年底，实施户达6 3 1 8 户，取得了削峰6 万k w 、填谷4 万k w 的显著效果。 其次是对城乡居民用电积极推行了定额使用、超用加倍收费的办法，也初见成 效。在此基础上，1 9 9 6 年又加强了节能灯具的推广应用工作。截止至1 9 9 7 年年中， 推广应用各种节能灯具4 0 0 万只，削减灯峰负荷8 万k w ，节电1 5 亿k w h 。同时 成立了蓄冷空调研究中心，在高层建筑中大力推选使用蓄冷式空调新技术。 再次是建筑节能技术的应用。济南泉景四季花园是山东省第一个按节能标准 设计的高档居住小区，小区占地6 0 0 0 多平方米，总建筑面积1 2 万平方米，其中包 括9 幢小高层住宅和一幢框架多层住宅。2 0 0 0 年4 月，通过山东省建委“墙改与节 能试点示范工程”验收与成果鉴定，是山东省第一个墙改建筑节能示范小区，小区 节能技术措施是所有外墙采用2 5 0 m m 2 5 0 m m x 6 0 0 m m 的加气混凝土砌块框架填 充墙。加气混凝土砌块具有重量轻、保温、隔热、防火、耐久等优良性能。保温隔 热效果完全达到节能要求，窗户选用中空玻璃塑钢窗，具有保温、隔声的优点。在 供暖系统上，小区采用了一户一台燃气小锅炉实行独立式地板辐射供暖，这一技术 节省了室外输配管网、锅炉房、煤场等初期投资，也减少了热量损失，达到了高效 节能的目的。 2 5 济南地区进一步施行d s m 的措施及预期效果 一、分时电价表的推广1 1 9 l - 【2 0 】 9 华北电力大学硕士学位论文 分时电价( t i m e o f - u s ep r i c e ，简称t o u ) 是通过提高峰时电价和降低谷时电 价的方法来鼓励和刺激用户自发地将部分峰时负荷转移到谷时使用，或是增加谷时 的新用电需求，而分时电价的实施主要依靠分时电价表的推广来完成。目前，济南 地区对所有电力大客户都安装了分时计价的t o u 表，但对一般工业客户和居民客 户安装分时电价表的工作尚待进行。 鉴于我国用电发展的趋势售电热点将向民用和商用转移，因此，民用分时 电价表的推广具有十分深远的意义。据已推广安装居民客户分时电价表的地区电力 公司统计，假设客户月用电量为2 0 0 k w h ，安装分时电价表前其月电费约1 2 2 元， 安装后，若其不改变原有用电习惯，则其约有1 4 的用电量得到优惠，每月的电费 支出将减少约1 5 5 元，减少了原电费的1 2 7 ；若考虑受到峰谷价差的鼓励，居民 客户改变了用电习惯，将部分不受时间限制的用电负荷转移至谷时使用，比如谷时 使用洗碗机、洗衣机、或是利用蓄能设备谷时蓄能等，那么又将有1 4 3o a 3 0 的 用电量得到优惠，其每月又将节约电费支出6 2 1 8 6 元，再减少原电费的5 0 8 1 5 2 5 。转移峰时用电或增加谷时的用电需求不仅使用户受益，而且对电网产生的 影响也是非常有利的。从全网的角度来看，即使是每家居民客户平均只转移了或新 增了o 5 k w 的功率至负荷低谷，则全济南就将是2 0 0 m w 的负荷。由前面表2 2 的数据可以看到，2 0 0 6 年济南地区的最大峰谷差是1 8 0 6m w ，此增量将对减少负 荷的峰谷差、提高电网的负荷率，从而提高电网的经济性产生很大的影响。 二、电蓄热水器、电蓄热锅炉的使用 电蓄热就是在用电低谷时段，利用电作为能源来加热蓄热载体( 如：水、油、固 体材料等) 储存热量，供高峰时段使用。主要有电蓄热水器和电蓄热锅炉等。电蓄热 水器作为小型蓄热设备，主要用于居民客户。随着分时电价表的推广，它也将被越 来越多的客户采用。一般说来，用煤气加热一壶水平均约需0 2 0 m 3 煤气，折合人 民币0 1 8 元；同样的一壶水由电热水壶来加热，则约需o 4 k w h 电，在平时段电价 下其费用为o 2 l 元，费用稍贵，较难推广。但如改在夜间谷时段用电加热，则其电 费仅为0 1 1 元，比用煤气节约了3 8 的费用，这对客户会是有吸引力的。且电蓄热 水器利用夜间加热整个应用日的所需用水，使客户在一觉醒来就能立即用上热水， 使用方便、舒适、清洁，又安全。 对大客户可采用电蓄热锅炉，这类产品价格不贵，技术又日趋成熟，目前蓄热 已达到2 4 小时内水温下降不超过1 0 的要求。为鼓励电蓄热锅炉的使用，电力公 司采取了免交供配电贴费和实行低谷电价的优惠措施，由此其应用日渐增多。 三、冰蓄冷技术的应用 冰蓄冷空调技术是指建筑物空调所需冷量的部分或全部在非空调时间制备好， 并以冰的形式储存起来供空调时间使用。当空调使用时间与非空调时间( 冰蓄冷时问) 1 0 华北电力大学硕士学位论文 和电网高峰及低谷时间同步时，就实现了电网高峰用电向电网低谷的转移，从而达 到提高能源效率、节约电费的目的。 但是，目前国内使用冰蓄冷空调的客户还比较少，其主要原因是冰蓄冷空调的 造价较高，投资回收年限较长。其次，供电系统对它的推广力度不够、措施不力也 是原因之一。 对电力企业来说，为满足高峰用电需求，新建火电厂投资为70 0 0 元k w ，建 抽水蓄能电站投资为5 5 0 0 元k w ，而通过削峰填谷则可以把这部分费用节约下来。 如果电力企业能利用节约下来的部分费用，对采用冰蓄冷技术的客户以一定的资金 反馈作为鼓励，则采用冰蓄冷技术的客户就会多起来，从而夏季高峰负荷主要受空 调影响的情况就会改变，电网的运行效益也就会得到改善。 四、其他 除了以上介绍的采用技术手段改变负荷曲线、优化系统负荷时间分配的方法以 外，d s m 技术还提供其他方法，比如使用高效节能的电气设备等。这虽然可能使 售电量下降，但它却使电力的使用更有效，能源利用更合理。 华北电力大学硕士学位论文 第三章电力需求侧资源的挖掘与配置 资源分为供应侧资源和需求侧资源。供应侧资源是指电力企业可提供给客户的 资源，主要包括： ( 1 ) 煤油、燃油、燃气的火电厂。 ( 2 ) 水电站。 ( 3 ) 核电站。 ( 4 ) 太阳能电厂、风力发电厂。 ( 5 ) 老电厂的扩建增容。 ( 6 ) 外购电以及电力系统发、输、供电效率提高所节约的电力和电量。 需求侧资源是指电力客户的节电资源，主要包括： ( 1 ) 提高照明、空调、电动机、电热、冷藏等设备用电效率所节约的电力和 电量。 ( 2 ) 蓄冷、蓄热、蓄能等改变用电方式所节约的电力。 ( 3 ) 能源代替、余能回收所减少和节约的电力和电量。 ( 4 ) 合同约定可中断负荷所节约的电力和电量。 ( 5 ) 建筑物保温等完善用电所节约的电力和电量。 ( 6 ) 客户改变消费行为减少用电所节约的电力和电量。 需求侧资源的类型比较多，情况也比较复杂，下面分别谈谈电力需求侧资源的 挖掘技术和配置方式。 3 1 电力需求侧资源的挖掘技术 3 1 1 电力需求侧管理节能挖掘技术 电力需求侧管理节能挖掘技术主要包括以下几项内容： 一、绿色照明挖掘技术 “绿色照明”概念源于2 0 世纪2 0 年代初的美国，后来传播到世界许多国家， 它是指以提高照明效率、节约电力、保护环境为主要目的的照明设计及控制方法， 选择高效节能照明器具，替代传统低效的照明器具，以提高照明用电效率和照明质 量。它主要包含三项内容：照明设施、照明设计及照明维护管理。具体可分为五个 方面： 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 ) 开发并应用高光效的光源； ( 2 ) 开发并应用高效率的灯具和智能化照明控制系统； ( 3 ) 合理的照明方式： ( 4 ) 充分利用天然光； ( 5 ) 加强照明节能的管理。 “绿色照明”运动经过十多年的实践，已被国际社会公认为是实施可持续发展 的成功典范。在我国，由于国民经济的快速发展，能源和电力供应相对紧张，而照 明电属于峰荷用电，直接影响电力装机和电量消费，因此，照明节电无论是近期， 还是今后相当长一段时间，都将是我国节电工作的一项重点。早在1 9 9 6 年，国家 经贸委会同国家计委、科技部、建设部等1 3 个部门和单位联合下发中国绿色照 明过程实施方案，共同启动了绿色照明工程。其目的是要在我国发展和推广高效 照明器具，改善照明质量，节约照明用电，创建一个优质高效、经济舒适、安全可 靠的人民生活、工作照明环境。 从“九五”期间实施中国绿色照明工程的效果来看，照明节电不仅具有节约电 量、电力的双重作用，而且与电力开发相比具有投资少、见效快的显著特点。2 0 0 8 年奥林匹克运动会将在北京举行，我国提出了“绿色奥运”的口号。“绿色奥运” 与绿色照明相结合，将会使“绿色奥运”的内涵更加丰富、充实。同时，以“绿色 奥运”为主题的奥运文化必将极大地推动绿色照明工程的深入开展。 二、高效节能家用电器挖掘技术 家用电器包括：家用空调、电冰箱、电取暖器、电热水器、洗衣机、电炊具、 电视机等。随着人们生活水平的不断提高，家用电器的使用越来越多，选择高效节 能的家用电器并合理使用，不仅意味着消费者能降低用电开支，更可直接减少能源 浪费和环保压力。 三、热泵挖掘技术及高效电加热挖掘技术 热泵是一种有效的节能装置，它利用高位能( 如电能) 使热量从低位热源流向 高位热源的装置。这种装置可以把不能直接利用的低位能( 如空气、土壤、水中所 含的热能、太阳能、工业废热等) 转化为可以利用的高位能( 如热水、热空气等) ， 以达到节约部分高位能的目的。因此，热泵作为一种有效的节能产品，可以在暖通 空调、工业、农业等多种领域内得到广泛的应用。 加热是人们生产工艺工程中必不可少的一个步骤，其中电磁能加热以其加热效 率高，节能效果好，能大量缩短工件加热所需温度的时间，便于实现生产工艺自动 化等优点，在生产生活中得到越来越广泛地应用。随着技术的进步，许多高耗能的 电磁能加热装置被淘汰，而节能效果好、适用范围广的远红外加热，微波加热，中、 华北电力大学硕士学位论文 高频感应加热等技术则作为主要高效电加热技术在生产实践中得到快速的发展。 四、电动机及配电变压器的经济运行挖掘技术 电动机是把电能转换为机械能的能量转换系统。据统计，在我国有6 0 左右的 用电量是电动机消耗的，所以，电动机是耗电量最大的用电设备，也是节电潜力最 大的环节，受到各国政府的普遍关注。近年来，我国积极参与国际合作，借鉴美国 1 9 9 8 年提出的“电动机挑战计划”的成功经验，也于2 0 0 1 年在部分省市开展中 国电动机系统节能计划示范试点工作。具有效率高、损耗低、功率因数高、谐波 含量低、运行温度低、温升富裕量大、振动小、可靠性高、噪声低、互换性好等特 点的高效电动机越来越得到广泛应用。 配电变压器通常是指电压为3 5 k v 和1 0 k v 及以下、容量为6 3 0 0 k v a 以下、 直接向终端用户供电的电力变压器。2 0 0 2 年全国网上运行的配电变压器总电能损耗 约为3 0 0 5 0 0 亿k w h ，约占我国总发电量的2 3 。尽管配电变压器已是效率 较高的设备，但由于数量巨大及空载耗电的固定性，其效率即便有微小的改进，也 能节约大量能源，因此，其本身存在着巨大的节能潜力。 五、建筑节能挖掘技术 建筑节能是指建筑物在使用和建造过程中，合理地使用和有效地利用能源，提 高建筑物在使用过程中的能源效率，主要包括采暖、通讯、空调、照明、炊事、家 用电器和热水供应等的能源效率。建筑节能技术，主要围绕提高建筑物围护结构的 保温隔热性能和提高供热制冷系统效率两个方面展开。 六、热电冷联产挖掘技术 由于城市对环境保护的严格要求以及天然气输送管网的广泛应用，分布式发电 系统的能源以天然气为主。热电冷联产( c c h p ：c o m b i n e dc o o l i n gh e a t i n ga n d p o w e r ) 系统就是以天然气作为能源，同时满足小区域或建筑物内的供热( 冷) 和 供电需求的分布式能源供应系统。原则上，同时具有电力和空调需求的场所均适用 于应用热电冷联产系统，如工厂、旅馆酒店、医院、休闲娱乐中心、学校、机场、 办公楼、独立式住宅和公寓等等。但限于设备投资费用和系统运行的经济性，系统 中的电负荷及空调负荷具有一定规模时采用热电冷联产系统才比较经济合理。热电 冷联产的主要优点有提高一次能源利用率，节约能源；缓解供电高峰负荷压力；提 高电网的供电安全性和用户用电保障性。 3 1 2 电力负荷管理挖掘技术 电力负荷管理挖掘技术包括电力负荷管理系统的使用、电力用户的负荷管理系 统的使用、电蓄冷( 热) 技术、以及经济手段和行政手段等。 一、电力负荷管理系统 1 4 华北电力大学硕士学位论文 电力负荷管理( l o a dm a n a g e m e n t ，简称l m ) 系统为电力需求侧资源的挖掘提 供主要的技术手段，是集计算机技术、通信技术、信息管理、系统工程于一体的， 对电力负荷进行全面监控与管理的综合系统。其主要目的是改善电网负荷曲线形 状，使电力负荷较为均衡的使用，以提高电网运行的经济性和安全性。管理上采用 经济手段，按用户用电最大需求量，或对峰谷用电时段的用电量按不同电价收费， 来刺激用户在低谷时段多用电，尽可能避开高峰大量用电，达到削峰填谷的目的。 具体实施上采用技术手段，在高峰用电时切除一部分可间断供电负荷。 二、电力用户的负荷管理系统 电力用户的负荷管理系统也为挖掘需求侧资源提供重要的技术手段，同时，也 为电力用户实现数据查询、统计分析、企业内部负荷集中控制与管理、电能量采集 与调配、负荷的调整和平均化、最大需求量的控制、平均电费支出的降低提供了有 效的技术支持。它包括数据查询系统、集中控制与管理系统、企业电能管理系统。 这些系统有利于电力用户了解生产用电情况，合理调整用电方式、错峰移峰及削峰 填谷，达到提高电能的利用率，从而提高经济效益。 三、电蓄冷( 热) 挖掘技术 在夜间电力负荷低谷采用电驱动蒸气压缩式制冷机组制冷，利用水的潜热以冰 ( 水) 的形式将冷量储存起来，在用电高峰将其释放，以满足建筑物的空调或生产 工艺蓄冷量的全部或其中一部分，从而达到转移高峰电力负荷的目的，被称为电蓄 冷技术；相反，在电网低谷时段运行电热锅炉对水进行加热，并将热水储存于蓄热 罐中，在白天电网高峰时段由蓄热罐释放热量满足建筑物采暖或生活热水需要，这 种技术被称为电蓄热技术。 四、经济手段挖掘电力需求侧资源口3 j 即对客户实行分时电价、季节性电价和可中断电价等，促使客户规范自身电力 负荷使用的时间和根据价格随时调整负荷的大小，从而达到电力需求侧资源的挖掘 且降低电费开支的目的。 五、行政手段挖掘电力需求侧资源 如调整电力客户的生产班次、错开上下班时间、调整周休息日以及将用电设备 检修安排在用电高峰季节或高峰时段，从而达到错峰避峰的目的。 3 ，2 电力需求侧资源配置 3 2 1 电力需求侧资源配置的目标 马歇尔等新古典经济学家认为在所有资源配置的方式中，市场是最有效的，尤 其是完全竞争性市场最能有效地引导社会资源的有效配置。在任何一个市场里，“效 1 5 华北电力大学硕士学位论文 率”的概念用的最广，通常它是指不浪费，但是进一步讲，效率是指将现有的资源 用得最好。在新古典经济学中对“效率”有一个精确得含义，它是由意大利经济学 家帕累托在2 0 世纪初他的著作政治经济学讲义中给出的，他提出下面的定义： 对于某种经济的资源配置，如果不存在其他生产上的可行的配置，使得该经济 中的所有人至少和他们的初始时情况一样良好，而且至少有一个人的情况比初始时 严格地更好，那么，这个资源配置就是最优的。 换句话讲，帕累托最优( p a r e t i a no p t i m u m ) 指在社会中，如果改变商品的生产 和交换方式，有可能使一个人生活的更好一些而不致使另一个人( 或几个人) 生活 的更坏一些。 电力需求侧资源作为电力资源的其中一部分，它的配置目标同样是帕累托最 优。 3 2 2 电力需求侧资源配置的方式 作为社会主义市场经济的基本特征：市场在资源配置中起到基础性作用。社会 主义市场经济体制下的电力市场也是如此，但是，企业和政府在一定的环境下和电 力市场发展的不同时期，也在资源配置中发挥作用。因此，在电力资源配置的过程 中，有三种作用力起作用，它们就是市场、企业和政府。电力需求侧资源同样受上 述三种作用力的支配，如图3 一l 示意。 图3 1电力需求侧资源配置的三种作用力 一、市场作用力 在电力需求侧资源配置的过程中，市场机制对电力需求侧资源的配置是最直 接、最有效的，市场机制是通过价格机制来实现的，价格对资源配置起决定性的作 华北电力大学硕士学位论文 用。价格机制对资源配置的作用力不会以某个人的意志为转移的，这种作用力进