（技术经济及管理专业论文）电力供需关系——资源节约理论与实证研究.pdf

中文摘要 中文摘要 电力工业是国民经济和社会发展的重要基础产业，也是关系国计民生的公共事 业。随着日益加重的资源紧缺和环境压力，单纯依靠增加电力供给已经无法满足经 济发展的要求。电力工业正在努力寻求建立一套科学的方法以缓解电力供给能力不 足与用电需求旺盛之间的矛盾。因此，电力供需问题是一个非常值得研究的课题。 本论文以综合资源规划理论为研究思想，分别从电力供应与需求角度对资源节 约理论及方法进行研究，并在此基础上进行实证分析。由于市场环境下电力需求是 调配供方资源的主要信号，同时需方资源是优于供方资源的优质资源，因此本文主 要从电力需求角度研究电力供需问题。一课题研究中重点做了以下几个方面的工作： 本文首先从供方资源角度出发，研究供方资源与电力供需的关系，就孤立系统 和多区域互联系统中的供方资源增长对供需关系的影响进行研究，通过指标分解和 模型推理建立量化分析模型，确定影响两者关系的主要影响因素，提出优化目标， 并就如何实现以较小的发电装机增长来支撑较大的用电量增长展开论证，最终实现 供方资源的发电装机增长同全社会用电增长的平衡优化。 在诠释电力需方资源内涵的基础上，就需方资源潜力分析方法和模型展开研究， 对比并提炼出最适合我国目前需方资源潜力测算的方法和模型，并对如何搭建和实 现模型进行探讨。通过测算得到的需方资源潜力来修正电力需求，进而论证电力供 需两者之间的关系。 提出了负荷管理综合效益分析的思路和方法，将负荷管理效益分解为节能效益 和节约负荷效益，在推理建模的基础上对负荷管理节能效益进行了细分研究，并通 过实证分析对各项节能效益进行验证。 建立一套适合当前电力需求侧管理市场的综合效益分析评估模型和方法，方法 的提出与负荷管理综合效益的研究成果紧密结合，负荷管理综合效益被充分考虑并 纳入新的模型中。 提出一种基于智能工程理论拓展的政策模拟新方法。该方法以智能工程理论为 基础，对描述状态空问的参数定义类型和运算规则进行拓展，综合考虑政策的时序 性和分类属性，并强化了政策推理过程中的可计算性。同时，本文还针对不同时效 的多种政策通常难以模拟的问题，提出了新的解决途径。 关键词：电力供需，资源节约，综合资源规划，需求侧管理 a b s t 叫 a b s t r a c t e l e c t r i cp o w e fi n d u s t r yi st h eb a s i ca n di m p o n a n ti n d u s t r yo fn a t i o n a le c o n o m va n d s o c i a ld e v e l o p m e n ta n di sa l s ot h ep u b l i cu t i l i t yw h i c hh a sg r e a tr e l a t i o nw i t hp e o p l e 。s l i v e l i h o o d w i t ht h ei n c f e a s i n g i ya g g r a v a t i n gp r e s s u f e0 fe n v i r o n m e n ta n dr e s o u r c e s h o r t a g e ，t h em e t h o do fb u i l d i n gp o w e rs u p p l yi s n o ts u i t a b l ef o rt h ed e m a n do f e c o n o m yd e v e l o p m e n t e l e c t f i cp o w e ri n d u s t r yi ss t r i v i n gf o ras c i e n t i f i cm e t h o dt o s o l v et h ei n c o n s i s t e n c yb e t w e e np o w e rs h o r t a g ea n db o o m i n gd e m a n d t h e r c f o r c ， e l e c t r i cp o w e rs u p p l ya n dd e m a n di saw o r t h yp r o b l e mt ob et h o m u g hs t u dy i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h et h e o r yo fi n t e g r a t e dr e s o u r c ep i a n ( i r p ) i st h em a i ni d e ao n s t u d y i n gt h er e l a t i o nb e t w e e ne l e c t f i cp o w e rs u p p l ya n dd e m a n df r o mt h ev i e w so f r e s o u r c cc o n s e r v a t i o n ，a n ds o m eu s e f u le m p i r i c a ls t u d vw i l lb eg i v e no nt h eb a s i so f t h e o r e t i cs t u d y f u n h e m o r e ，a sp o w e rd e m a n di st h el e a d i n gs i g n a lf o rp o w e rs u p p l y r e s o u r c ci ne l e c t r i c i t ym a r k e t 姐dt h ed e m a n dr c s o u r c ei st h eh i g h e rq u a l i t yr e s o u r c e t h a ns u p p l yr e s o u r c e ，s ot h ep a p e rs t u d yt h ep r o b l e mo fc l e c t r i cp o w e fs u p p l ya n d d e m a i l dm a i n l yf r o mt h ev i e w0 fp o w e rd e m a i l ds i d e t h em a i n l yw o r ki sa sf o l l o w i n g ： i nt h ea s p e c to fp o w e rs u p p l yf e s o u r c c ，t h ep a p e rs t u d i e st h er e l a t i o nb e t w e e ns u p p l y r e s o u r c ea n dp o w e fs u p p l ya n dd e m a n d ，蛐a l y z e st h ei n n u e n c eb yp o w e rs u p p l yr e s o u r c c i nt w oc i f c u m s t a n c e so ft h ei s o l a t e dp o w e rs y s t e m 姐dm u l t i - r e g i o n sp o w e rs y s t e m j p o i n t so u tt h ep r i n d p a li n n u e n c ef a c t o 格o nt h e i rr e l a t i o nb yi n d e xd e c o m p o s i t i o na n d m o d e l i n ga n a l y s i s ，p u t sf o r w a r dt h eo p t i m a lg o a l0 fe l e c t r i cp o w e rs u p p l ya n dd e m a n d ， m a k e sa n a l y s i so nh o wt os u p p o r tm a x i m u m 掣o w t hm t c0 fs o c i a lc l e c t f i c i t yc o n s u m p t i o n w i t hm i n i m u m 母0 w t hr a t eo fg e n 盯a t i o nc a p a c i t y ，a m a l i z c st l l eo p t i m a lb a l a n c eb e 细e e nt h e 羽o w t hm t eo fs o c i a le l e c t f i c i t yc o n s u m p t i o na n dg e n e 船t i o nc a p a c i t y o nt h eb a s i so fg i v i n gt h ed e f j n i t j 伽o fp o w e fd e m a n df e s o u r c c ， f h ep a p e rs t u d y 彻h e m e t h o d 蛐dm o d e lt om e a s u r ct h ep o t c n t i a lo fp o w e rd e m a n dr c s o u r c e t h ep a p e rf i n d s t h em o s ts u i t a b l em o d e lt of o r e c a s tt h ep o t e n t i a lo fp o w e rd e m a n dr e s o u r c cb y c o n t r a s t i v ea n a l v s i s t h em e t h o d0 nh o wt or e a l i z em o d e li sa l s od i s c u s s e di n c c o n o m e t r i cs o f t w a r e a m e da ss i m p l e e t h er e l a t i o nb e t w e e np o w e rs u p p l ya n d d e m a n dc a nb eo p t i m i z e da f t e ro b t a i n i n gt h ep o t e n t i a li np o w e rd e m a n dr e s o u r c e b r i n gf o l w a r dt h et h o u g h ta n dm e t h o do fs t u d y i n gt h ec o m p r e h e n s i v eb e n e f i to f1 0 a d m a n a g e m e n t p u tt h eb e n e f i t0 fl o a dm a n a g e m e n ti n t ot w op a n s ：0 n ei sl o a ds a v i n g b e n e f i t 强dt h eo t h e ri se n e r g yc o n s e r v a t i 仰b e n e f i t o nt h eb a s i s0 fq u a n t i t a t i v e m o d e i i n g ，t h ce n e 唱yc o n s e r v a t i o nb e n e f i ti sf u n h e fs u b d i v i d e da n dc a c hs u b d i v i d e d b e n e f i th a sb e e nd e m o n s t r a t e di nq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s e s t a b l i s has u i t a b l em o d e la n dm e t h o dt oe v a l u a t et h ec o m p r e h e n s i v eb e n e f i to fd e m 姐d s i d em a n a g e m e n t ( d s m ) t h ec o m p r e h e n s i v eb e n e f i to fl o a dm a n a g e m e n th a sb e e n f u l l yc o n s i d e r e di nt h em o d e l an e wm e t h o do fp o l i c ys i m u l a t i o nb a s e do nd e v e l o p e di n t e l l i g e n tc n g i n e e r i n g ( i e ) t h e o f yi sp r o p o s e d n l ep r o c e s so fp o l i c ys i m u l a t i o ni sd a s s i f i e da n dd e s c f i b e db ym 华北电力大学博士学位论文 b a s e do ni e ，t h ed e v e l o p e dt h e o r yi sp u tf b r 、】l r a r d u s i n gt h i st h e o r y ；an e wm e t h o do f p o l i c ys i m u l a t i o ni sb r o u g h tf o f w a r d t h em e t h o dc a nn o t0 n i ys h o wt h et i m e o r d e ro f p o l i c y b u ta l s os h o wt h ed i f f e r e n tc h a r a c t e r so fp o l i c y f u r t h e n n o r e ，t h er e a s o n i n g p r o c e s si ss t f e n g t h e n e dt om a k et h es i m u i a t i o nm o r ec a l c u l a b l e t h ep a p e ra l s op u t f o r w a r d san e ws o l u t i o nt os o l v et h ep f o b l e mo fm u l l i - p 0 1 i c i e ss i m u l a t i o ni nd i f f e r e n t o e r i o d s k e yw o r d s ：e l e c t r j cp o w e fs u p p l ya n dd e m a n d ，r e s o u r c ec 0 n s e r v a t i o n ，i n t e g r a t e d r e s o u r c ep l a n ，d e m a n ds i d em a n a g e m e n t 声明 本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文电力供需关系资源节约理论与实 证研究，是本人在华北电力大学攻读博士学位期间，在导师指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不 包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。 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：查盘 日期： 2 ) ：虚： 导师签名： 日期： 兀啤 华北电力大学博士学位论文 1 1 研究的背景和意义 1 1 1 研究的背景 第一章绪论 电力工业是国民经济和社会发展的重要基础产业，也是关系国计民生的公共 事业。电力的使用已经渗透到社会经济发展、人民日常生活的各个领域，成为各 行各业必不可少、赖以依存的物质基础。电力的发展为经济持续、快速的发展提 供了有力支撑和重要保障。 随着日益加重的资源紧缺和环境压力，电力可持续发展已经成为社会各界关 注的焦点问题。“十五”期间，我国连续三年出现缺电情况，全社会用电量年均增 速1 2 9 ，高于g d p 增速3 4 个百分点，电力弹性系数连续五年保持在大于1 的 水平【。至2 0 0 6 年底，我国全社会用电量达到2 8 2 4 8 亿千瓦时，仅次于美国，位 居世界第二位。单纯依靠增加电力供给已经无法满足经济长期可持续发展的要求。 近看短期的电力供应能力不足，远瞻长期的电力供给资源匮乏，如何实现电力工 业的供需均衡是一个非常值得研究的问题。 面对电力供应与需求的双重压力，电力工业正在努力寻求一套科学的解决方 法，用以优化和缓解电力供需关系，保障电力工业可持续发展。而综合资源规划 作为电力可持续发展最基本的思路之一，可以为缓解电力供需矛盾、优化资源配 置提供一套科学的解决方法，为供需双方创造更多的择优机会。 综合资源规划是将供应方和需求方各种形式的资源，作为一项整体来考虑进 行资源规划。它的基本思路是【2 l ：除供应方资源外，将需求方减少电力需求和电 量消耗视为种资源节约同时参与电力规划，对供电方案和节电方案进行成本效 益分析，经过优选组合形成对社会、电力企业、用户等各方受益，成本最低，又 能满足同样能源服务的综合规划方案，旨在通过需求侧管理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，为用户提供最 低成本的能源服务。资源观点、效益观点、实施观点，是综合资源规划的基本观 点。 电力需求侧管理是综合资源规划的重要组成部分，是市场经济条件下基于市 场需求分析的现代化科学管理方法。我国于上世纪8 0 年代后期引入需求侧管理理 论，许多专家、学者和电力工作者致力于需求侧管理的研究和实践工作，成效显 著。据初步统计【6 l 2 0 0 3 年全国有1 9 个省市缺少装机共计2 4 0 0 万k w ，电力需 求侧管理贡献了1 2 0 0 万k w ，节电3 0 0 亿k w h ；2 0 0 4 年通过实施电力需求侧管 第一章绪论 理累计节约电量超过亿4 0 0 k w h ，在缺少装机3 0 0 0 万k w 的情况下，电力需求侧 管理贡献了1 3 0 0 万k w ；2 0 0 5 年通过实施电力需求侧管理累计节约电量超过5 0 0 亿k w h ，在缺少装机2 5 0 0 万k w 情况下，电力需求侧管理贡献了1 5 0 0 万k w 。 电力供需理论研究的总体思路是在市场经济条件下运用综合资源规划方法， 综合考虑电力市场供给和需求要素，为了优化供需资源配置而开展的系统化理论 研究。 1 1 2 研究的意义 电力供需关系是电力工业发展过程中科学决策的重要基础，也是电力市场建 设中必须要考虑的一项主要内容。电力市场化改革的今天，电力发展的科学决策 需要对电力需求进行准确判断，而判断的基础除了有效地进行需求分析和预测外， 还要科学合理的引导电力需求的发展，盲目无序的电力需求增长只会恶化电力供 需关系，影响对电力需求的准确判断，使科学决策失去决策的基础。 电力需求是调配电力供给资源的主要信号，电力需方资源是优于电力供给资 源的优质资源。如何协调利用好电力供需双方资源已经成为电力市场化条件下科 学决策过程中亟待深入研究的一项课题，也是目前我国电力发展科学决策过程中 的薄弱点。因此，研究电力供需关系问题及相关理论具有重大的理论意义。本文 的工作就是要着重从电力需求角度入手，深入研究并完善电力供需关系的相关理 论及方法，并在此基础上进行一定的实证研究。 1 2电力体制改革后的电力供应与需求 电力供给与需求存在波动性，理想状态下电力供应与电力需求应保持同步增 长i - 剐。我国在电力体制改革以前，电力行业作为一个自然垄断性的行业，最关注 的是安全生产和调度传输，“重发轻供”是过去电力行业状态的一个缩写i9 1 。2 0 0 2 年我国开始进行电力体制改革，分拆了原国家电力公司，电力行业的自然垄断状 态被打破，形成了全国性的五大发电集团和两大电网公司。利益主体的重新划分， 使电力供需关系发生了很大的改变，发电集团为了在竞争中抢占优势地位，纷纷 圈地兴建电厂；电网公司则由过去“重发轻供”逐步向“重供轻发”形态转变【1 0 d ”， 但在用电需求管理方面仍然较薄弱，需方资源潜力挖掘不足。 电力体制改革使发电市场竞争更加激烈，加之近年来电力供需形势偏紧，全 国发电装机增速屡创新高，电力供方资源急剧膨胀。虽然供方资源的快速增长很 大程度上满足了电力需求，但电力供需平衡的背后是供方资源过剩的潜在危机。 此外，随着电力体制改革的深入，原有的计划经济体制下的供需关系已经发生了 很大的变化，发电集团和电网企业成为掌控电力供需资源的主体。多个利益群体 2 华北电力大学博士学位论文 环境下如何分析优化电力供需关系已经成为电力体制改革后社会共同关注的问 题。 1 3 电力供需理论相关问题研究综述 1 3 1 综合资源规划理论 1 9 7 3 年的石油危机对全世界能源供应带来很大影响，致使能源价格暴涨，发 电成本上升，电力价格随之猛增。节能任务的迫切性摆到了人们面前，消费者、 能源部门乃至全社会都意识到了其重要性，于是提出了“节能与负荷管理”的概 念。美国学者c w g e l l i n g s 与1 9 8 1 年提出了需求侧管理的概念( d e m a n ds i d e m a n a g e m e n t ，d s m ) ，其主要含义是电力公司作为电力供应方，可以采取各种形式 的节能与负荷管理激励措施，以适宜的运作方式鼓励用户采用高效用能技术以提 高效率，调整和优化用能方式。后来需求侧管理理念逐渐发展成最小成本规划和 综合资源规划，形成了供应侧管理与需求侧管理协调开展工作的思想理念【1 2 d 3 1 。 综合资源规划( i n t e g r a t e dr e s o u r c ep l a n ，i r p ) 将需求侧管理作为一种资源， 克服了传统中只注重开发而忽视需方资源优化和节约的弊端，是更为系统化的一 种规划思想【“l 。综合资源规划还突出了追求综合效益的观点，注重协调供需双方 的利益，避免了只注重供应侧发展而忽视全社会整体效益的缺陷。 电力供需课题研究的理论基础是综合资源规划理论。综合资源规划作为优化 电力供需资源配置的最基本的思路之一，已经成为分析电力供需形势、缓解供需 矛盾、科学规划决策的主要依据。目前综合资源规划理论主要应用的领域有：发 电装机的优化问题、电力需方资源潜力分析预测、电力需求侧管理措施研究、供 需双方资源优化配置以及电源电网规划问题等1 1 2 ，1 5 】。 在国外，综合资源规划理论研究的重点在需求侧1 1 6 。2 1 1 。需方资源被公认为是 优于供方资源的不可或缺的优质资源。有关需方资源的研究正朝着更加系统化、 精细化的方向发展。如何在更大程度上挖掘需方资源潜力已经成为欧、美等国的 学者们共同关心和致力于研究的问题。 1 3 2 电力需方资源潜力研究现状 需方资源潜力巨大且综合效益十分显著，国内、外在研究需方资源潜力方面 做了不少的工作。如文献【1 9 - 2 1 】总结了美国近几年来在挖掘电力需方资源潜力方 面所取得的成效和经验；文献【2 2 】对电力需方资源潜力中的企业资源部分进行了研 究分析，提出了加强企业能源审计的方法和措施；文献【2 3 】和文献【2 4 】在调研分析 地区具体情况的基础上，分别对我国福建省和云南省的电力需方资源潜力进行了 3 第一章绪论 分析和预测；除了以上部分研究成果以外，更多的是对电力需方资源潜力的定性 描述，以及针对具体项目的效益潜力分析【2 5 0 9 1 。 电力需方资源潜力需要有一套成熟的模型和方法来分析预测。这方面工作国 外起步相对较早，特别是d s m 起步较早的国家，由于信息统计制度完善，统计渠 道畅通，因此有大量的历史数据和资料做基垫【1 6 2 1 ，有利于指标的统计分析和模 型的优化完善。如在资源累计模型中，需求方各种形式的资源按照需求有效性和 成本有效性的原则通过分类统计进行汇总，得出节电资源潜力和节电峰荷资源潜 力，进而测算得出成本效益、环境效益等一系列综合效益。 在我国，电力需方资源潜力的分析预测模型尚为建立，有关这方面研究更多 是在某一企业、某一地区范围内开展，全社会需方资源潜力主要通过产值单耗分 析预测方法得到。由于产值单耗预测分析方法存在经济指标类比性差的缺点，因 此得出的结果有较大偏差，从目前我国经济结构发展来看，该方法可用性较差。 探索一套适合我国国情的电力需方资源潜力分析预测方法是当前这一领域需要解 决的问题。 1 3 3d s m 综合效益分析评价研究现状 综合评价分析法分为两种情况【3 0 j ：一种是多指标综合分析方法，如综合考虑 投资、费用、寿命、收益率等指标的分析法；一种是多因素综合分析法，如综合 考虑技术、经济、社会、生态等因素的分析法。对于电力需求管理，既需要综合 考虑技术、价格、环境、社会等因素进行多因素综合效益的分析评价，又需要综 合考虑各d s m 项目的投资、寿命、收益等指标进行多方案的综合效益比较。 目前有关d s m 综合效益分析和d s m 多指标综合评价的研究内容很多，文献 【1 3 1 5 】详细介绍了d s m 综合效益的内涵，以及研究d s m 综合效益的思路与方法； 文献【1 9 2 1 】利用美国加州实行电力能效计划的数据具体分析了关于实施需求侧管 理项目的成本效益分析；文献【2 5 】从实际工作出发，介绍了需求侧管理在地区电网 的中的应用，并对需求侧管理的综合效益进行了研究；文献【2 9 ，3 3 】提出了包括电 力公司、电力用户和社会的d s m 成本效益模型；文献【3 l ，3 6 】从用户侧、供应方和 社会三个角度构建了需求侧管理的评价指标体系，并给出了相应指标的计算模型； 文献【3 2 ，3 7 】在充分调研的基础上，建立了需求侧管理综合评价的指标体系，并运 用模糊综合评价方法对电力需求侧管理实施方案进行评价。 电力需求侧管理的方法和手段有很多，归结起来主要有节电管理和负荷管理 两大类。尽管上述文献在d s m 综合效益分析评价方面已经做了大量的工作，但负 荷管理的综合效益还没有考虑完全，负荷管理不但可以削峰填谷，优化用电需求， 而且具有多重节能效益，节能效益存在于电力行业的发、输、配等各个环节，潜 4 华北电力大学博士学位论文 力巨大不容忽视。负荷管理节能效益和节荷效益共同构成了负荷管理综合效益研 究的基础，同时也是完善负荷管理综合效益分析评价的主要理论依据。 1 3 4 政策智能模拟研究现状 现有的政策模拟方法一般通过一系列的线性联立方程组来建立政策与各种相 关因素之间的精确数量关系，这种研究方法我们统称为经典的政策模拟方法。将 经典的政策模拟方法运用于政策推理、政策寻优等复杂问题时，不可避免的会出 现理论与实际的重大偏离。主要原因在于经典的政策模拟方法模型结构简单，算 子定义类型少，除了满足计算机要求外，很难实现政策效果的智能模拟。为此， 许多学者们开始探寻更为完善的政策模拟方法。 近年来，源于瓦尔拉斯一般均衡理论的可计算一般均衡( c g e ) 模型在世界 范围内得到了广泛而迅速的开发和应用【3 8 ，4 。一方面，c g e 模型通过引入经济主 体的优化行为，刻画了生产之间的替代关系和需求之间的转换关系，用非线性函 数取代了传统的投入产出模型中的许多线性函数，使投入产出模型和线性规划模 型较好的结合。另一方面，c g e 模型在传统的投入产出一般均衡基础上，引入了 通过价格激励机制发挥作用的市场机制和政策工具，从而将生产、需求、国际贸 易和价格有机地结合在一起，以刻画在混合经济条件下，不同产业、不同消费者 对由一定政策冲击所引起的相对价格变动的反应。目前c g e 被广泛用于探讨进出 口自由化、出口补贴、国外因素变动、财税政策、能源政策和汇率政策等外生变 量变动的效果。 除了基于c g e 模型的政策模拟方法以外，1 9 9 6 年美国s a n d i a 实验室提出了 一个基于主体的美国经济模型一a s p e n 【3 9 】。诺贝尔经济学奖获得者l ( 1 e i n 教授认 为它是最好的经济模型，标志着一个新的经济实验平台已经出现。a s p e n 原型用 于分析经济周期波动现象，扩展版本用于分析货币政策的政策效应。接下来，1 9 9 7 年研制的a s p e n 经济转轨模型，用于分析由计划经济向市场经济转轨过程中私有 企业成长情况；1 9 9 9 年研制的a s p e n 两国模型，用于分析汇率对企业和家庭行为 的影响；b m u n 研究提出了基于主体的货币生产模型，用于验证凯恩斯的经济周期 理论。值得一提的是，2 0 0 4 年我国吉林大学的张世伟教授等人借鉴a s p e n 等国外 模型的有益思想，提出了基于主体的宏观经济模型( a m a g e n t b a s e d m a c r o e c o n o m i c m o d e l ，a s m e c n ，将其作为研究我国经济的一个模拟实验平台，用于对财政政 策和货币政策的政策效应进行模拟实验研究。 类似上述的政策模拟研究成果还有许多，其共同的特点是以宏观经济学为理 论研究基础，对电力供需等技术经济类问题的政策模拟研究适用性不强。在分析 总结各类政策模拟方法的基础上，文献f 4 0 】提出了一种基于智能工程的可再生能源 5 第一章绪论 发电政策模拟方法，不但克服了经典的政策模拟方法无法智能化模拟的弊端，而 且创建了宏观经济领域以外的政策模拟新思路。虽然文献【4 0 】在政策智能模拟问题 上取得了不小的成果，但仍有一些非常关键的问题需要解决，例如：在政策模拟 过程中如何体现政策的时效性? 如何进行多种政策的时间序列模拟? 政策对初始 状态和目标状态的作用机理如何? 以上问题是政策模拟过程中不可忽视的问题， 非常值得进行仔细深入的研究。 1 4 论文研究的主要内容 本论文主要从电力供需角度研究资源节约理论、方法及有关问题，工作定位于 需方资源潜力的分析和预测、负荷管理综合效益的研究、电力需求侧管理综合效 益的分析评价、以及本文着重要阐述的电力需求侧管理政策智能模拟方法的研究。 ( 1 ) 供方资源与电力供需关系 本章将直接从供方资源角度切入，研究供方资源与电力供需的关系，就孤立系统和 多区域互联系统中的供方资源增长对供需关系的影响进行研究，通过指标分解和模型推 理建立量化分析模型，确定影响两者关系的主要影响因素，提出优化目标，并就如何实 现以较小的发电装机增长来支撑较大的用电量增长展开论证，以此实现供方资源的发电 装机增长同全社会用电增长的平衡优化。 ( 2 ) 需方资源与电力供需关系 本章将从需方资源角度入手，研究需方资源对电力供需关系的影响。开展这项研究， 最重要的一点也是必须要做的工作就是弄清需方资源潜力以及潜力分析的方法。为此， 本章在诠释电力需方资源内涵的基础上，就需方资源潜力分析方法和模型展开研究，对 比并提炼出最适合我国目前需方资源潜力测算的方法和模型，并对如何搭建和实现模型 进行探讨。在合理测算需方资源潜力的基础上，进行需方资源与电力供需关系的研究。 需方资源对电力供需的影响体现在对供需关系韵后验性上，即通过可实现的需方资源潜 力来修正电力需求，进而论证电力供需两者之间的关系。 ( 3 ) 负荷管理综合效益的研究 负荷管理作为调控电力需求的主要手段之一，是电力需求侧管理( d s m ) 的重要组 成部分。传统的观点认为节约负荷是负荷管理的主要功效所在，但事实上，负荷管理还 存在巨大的节能效益。节能效益与节约负荷效益相比，潜力更加巨大，且经济和环境效 益十分显著。负荷管理的节能效益和节荷效益是研究负荷管理综合效益的基础，要想对 综合效益进行定量分析，必须先对节能效益和节荷效益模型化。目前有关负荷管理节能 效益的量化模型尚未建立，这方面研究具有一定的创新性。在本章接下来的内容中，将 主要研究负荷管理的节能效益，通过模型推理建立节能效益量化模型，进而分析负荷管 6 华北电力大学博士学位论文 理的综合效益。 ( 4 ) d s m 综合效益评估模型及方法研究 电力重组后的需求侧管理面临很大挑战，垄断打破后的电网公司、发电集团、包括 输配分开后的配电公司因d s m 带来的损益变化很难分摊，若加之政府借鉴国外经验设 立d s m 专项资金，则政府在d s m 市场中的调控作用也需要重新考虑。本章在分析借 鉴目前国内外d s m 市场主体划分方法和综合效益指标体系的基础上，建立一套新的包 括政府在内的多主体综合效益分析评估指标体系，体系中的每一项技术经济指标都力求 可用于分析计算，指标的含义、彼此间逻辑关系、设计原则、量化思路以及数据基础都 被重新定义或解释。在评估指标体系基础上，本章还将提出一套适合当前d s m 市场的 综合效益分析评估模型和方法，负荷管理综合效益将被充分考虑并纳入新的模型中。同 时，需求侧管理的节电效益模型、节荷效益模型、环境效益模型和社会综合效益模型都 将在原有的模型基础上得到改进。最后，本章还将通过选择合理的多目标评价方法，对 d s m 的多个方案进行优选。 ( 5 ) 基于智能工程理论拓展的政策智能模拟方法研究 电力需求的发展总是存在多种可能性，政策智能模拟可以对影响未来发展的各种不 确定因素的相互作用进行系统的分析，研究不同政策措施对未来发展趋势产生的影响和 效果。本章研究内容主要分为四个部分，第一部分主要介绍智能工程的基本理论；第二 部分结合政策模拟问题的特点对智能工程理论进行拓展；第三部分主要讨论政策的模拟 方法和思路，包括政策模拟过程的分类、基本规则的描述、正向推理过程和逆向推理过 程方法的实现；第四部分在前面研究的基础上以实证的形式对电力需求侧管理政策进行 模拟，验证方法的可行性和实效性。 1 5 论文的主要创新 本文研究的主要创新点有以下六个方面； 1 、建立了多区域互联电力系统新增发电装机同用电量增长的优化模型。在模 型推理过程中，提出了基于多维概率分布的供需状况在三维极坐标空间中的预测 方法。 2 、对需方资源潜力分析预测模型和方法进行研究。 3 、引入日本能源经济研究所最新开发的s i m p l e e 建模工具，在s i m p l e e 建模 平台上构建e i t 组合预测模型，对模型的实现思路和方法进行论述，并通过计量 分析对模型多次进行检验和调整，最终实现了需方资源潜力在s i m p l e e 中的分析 预测。 4 、对负荷管理综合效益进行研究，量化分析了负荷管理的各项节能效益。 7 第一章绪论 5 、提出一种d s m 综合效益分析评价模型。负荷管理的综合效益以及d s m 资金的 激励因素被充分考虑并纳入模型中。作为理论创新的尝试，模型中多项指标的量化方法 和计算式均为首次提出。 6 、在智能工程理论基础上构建政策智能模拟方法，定义了政策状态矩阵和政策影 响矩阵两个新的概念，并对政策智能模拟的基本规则进行描述。针对不同时效的多种政 策通常难以模拟的问题，本文提出了新的解决途径：根据政策内容进行属性分类，按照 时序先后分别建立政策序列，通过政策影响矩阵描述分类政策的实施效果，将政策影响 矩阵同政策状态矩阵进行矩阵运算，得到分类政策的模拟结果。 8 华北电力大学博士学位论文 2 1 引言 第二章供方资源与电力供需关系 综合资源规划理论中，电力供方资源是指电能供给侧通过一次能源的转化，可 提供电能实物量的一切资源的统称。供方资源对于电力供需关系的影响表现为：当 供方资源不足时，电力供需关系紧张，供小于求；当供方资源过剩时，供需关系达 到平衡，但可能出现供方资源闲置或浪费现象；当供方资源恰好满足需求( 在确定 系统合理备用容量前提下) 时，供需关系达到最优。这是关于供方资源与电力供需 关系的定性描述。在许多文献【4 2 5 9 】的理论研究中，更多关注的是如何进行两者关 系的量化研究，特别是在多区域互联电力系统中如何实现供方资源的优化配置，以 不断满足快速增长的用电需求。事实上，电力供需的最优化平衡是很难实现的，因 为电力供需关系具有很强的波动性。造成这种波动性的原因很多，如政策环境、经 济增长、气候来水因素等等。关于电力供需与上述因素的研究很多，但众多研究结 果最终都归结到一点上，那就是任何调控手段都将作用于电力供方资源和需方资源 的优化配置上。 本章将直接从供方资源角度切入，研究供方资源中发电装机与电力供需的关 系，就孤立系统和多区域互联系统中的新增发电容量增长对供需关系的影响进行研 究，通过指标分解和模型推理建立量化分析模型，确定影响两者关系的主要影响因 素，提出优化日标，并就如何实现以较小的发电装机增长来支撑较大的用电量增长 展开论证，最终实现供方资源中新增发电装机增长同全社会用电增长的平衡优化。 2 2 综合资源规划与电力供需理论 综合资源规划( i n t e g r a t e dr e s o u r p l a n ，i r p ) 是将供应侧和需求侧各种形式 的资源，作为一个整体而进行的资源规划1 3 。射。它的基本思路是：在优化配置供应侧 资源的同时，把需求侧减少的电量消耗和电力需求视为一种资源同时参与电力市场 分析预测与电力规划，经过优选组合形成对社会、电力企业、用户等多方受益，成 本最低，又能满足同样能源服务的综合规划方案。旨在通过供给与需求资源的优化 配置以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，来实现最低成本的能源服务。 本章研究的电力供需关系是指电力( 量) 供应与需求之间的关系，不涉及电价、 经济等市场因素影响。根据综合资源规划理念，电力供需关系的优化研究一方面要 通过电力需求侧管理，最大程度上挖掘需求侧资源潜力；另一方面要通过供给侧资 源优化配置，以实现供方资源对用电需求的最大满足。通过供给侧资源与需求侧资 9 第二章供方资源与电力供需关系 源的优化结合，可以实现最低成本的电力供需服务。 2 3 非优化平衡下孤立系统供方资源增量与用电需求增长 非优化平衡状态是电力供给与需求未达到平衡，同时未采取任何措施进行优化 调控的一种自然状态。孤立系统是被研究电力系统的一种约简，即作为一个独立封 闭的系统作为研究对象。孤立系统是研究多区域互连系统的基础，通过在孤立系统 中建立量化模型，运用优化方法对问题进行分析，可以为多区域互联系统中的研究 提供依据。 在孤立电力系统中，年平均利用小时是衡量一个孤立系统电力供需非优化平衡 下供需状况的重要指标，在供需矛盾突出的地区，不考虑新增机组和气候因素的影 响，这一指标的年变化幅度不大。因此，供方资源增长速度是影响孤立系统用电需 求增长快慢的主要因素。孤立系统中新增发电装机需要有相应的发电容量承担备 用，所以系统容量备用率( c ) 对研究供方资源增量与用电需求增长同样有着重要的 作用。 2 3 1 关键指标释义 鉴于后续内容中一些主要推理过程建立在几项关键指标的释义上，因此首先对 模型中的几项关键指标进行描述，文献 6 0 6 1 对各项指标的含义表述为： l 、发电装机增长率。发电装机增长率是指当年新装发电设备容量总和同已有 发电设备容量总和的比值。发电装机增长率的大小是衡量某系统供方资源增速快慢 的主要指标。发电装机增长率的定义式： 一乒 荟p ， 2 d ) 其中： 鼻第i 年新增投运发电装机，k w 弓截至i 年前全网发电装机总和，k w 2 、发电设备年平均利用小时。发电设备年平均利用小时为年实际发电量按照 发电设备总容量折算成的等效发电小时数。其数值应小于8 7 6 0 小时。 以。粤 ( 2 2 ) 篆p ， 其中： q 第i 年系统年发电量，k w h 荟e 第1 年系统发电装机总和，k w 华北电力大学博士学位论文 系统总备用容量( c ) 包括负荷备用容量( c ，) 事故备用容量( e ) 及检修备 紊。守 p 3 ， 荟弓荟弓 卜叫 来确定备用容量时，电力不足概率的取值各国不同，大电网电力系统取值为 2 3 2 指标分解与模型推理 ” - 等 ， 其中： q i ：第i 年较上一年电量的增长量，k w h q 。- 1 第i 一1 年全社会用电量，k w h q 。由两部分组成，一部分为原有机组的电量变化量q ，另一部分为新增机 组的贡献量aq i ：。假定第i 年全网机组年平均利用小时数同上一年相比变化值为 h 、第i 年新增机组的年平均利用小时数为h 。，则q 。表述为： 纵。霉竽卟鲥咖 p s ， 峨。雩协 ， 蛾一蔫高以( 1 一鲋) ( 2 - 7 ) 将a q 。和q 。相加求和： l l 第二章供方资源与电力供需关系 g 一q l + q ： 螳拙生 1 + c 1 + c z + ( 1 一鲋) ( 2 8 ) ( 2 8 ) 式中：a 为线损率，c 和c x 分别表示装机变化前后的系统容量备用率，系 统发电总容量扣除系统备用容量，即为实际发电容量。 将推理式( 2 5 ) 、( 2 8 ) 代入表达式( 2 4 ) 中，可得： 翌竺盟 等。铲 ( 2 9 ) 化简得到： 托- 意器器+ 等 荟所卅 h 纠爿 式中a 薹p ，表示发电装机增长率k ；：篱专罱为系统备用率和年利用小 时数综合因变量。 根据式( 2 1 ) 和( 2 1 0 ) ： 托。y + 上咝+ 坐( 2 1 1 ) n 。y f + 示赫+ 百 ( 2 1