（工商管理专业论文）低碳经济下的临沂市电力综合资源规划研究.pdf

摘要 摘要 在全球经济技术迅猛进步的今天，环境保护和可持续发展受到前所未有的 关注，低碳经济成为社会的共识，建设智能电网势在必行。如何在低碳经济的 条件下实现智能电网，受到越来越多人的关注。电力综合资源规划综合考虑电 力供应侧和需求侧魄各种资源，通过高效、经济、合理地利用供应侧和需求侧 资源，在保持能源服务水平的前提下，使整个规划系统的社会总成本最小。电力 综合资源规划对智能电网的实现将起到举足轻重的作用。 论文在对综合资源规划理论研究的基础上，基于低碳经济，对未来电力资 源进行综合资源规划的研究。论文以临沂市为例，在研究临沂市经济发展状况 和电网现状的基础上对临沂市用电需求进行了预测；基于临沂供应侧和需求侧 现状，论述了供应侧资源的供给方案和需求侧资源管理的实施对策，并对供应 侧和需求侧资源组合进行优化，探讨建立一种低碳经济模式下的智能电网综合 资源规划优化组合模型。 关键词：临沂；低碳经济；智能电网；综合资源规划 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dp r o g r e s so ft h eg l o b a lt e c h n o l o g i c a le c o n o m y , u n p r e c e d e n t e d i m p o r t a n c eh a sb e e na t t a c h e dt ot h ei s s u e so fe n v i r o n m e n tp r o t e c t i n ga n ds u s t a i n a b l e d e v e l o p e n ti nc h i n a l o w - c a r b o ne c o n o m yh a sg r a d u a l l yb e c o m eas o c i a lc o m m o n s e n s e ，t h e r e f o r et h ec o n s t r u c t i o no ft h es m a r tg r i di sa b s o l u t e l yn e c e s s a r y h o wt o b u i l dt h ei n t e r a c t i v es m a r t 鲥di nt h ec o n d i t i o n so fl o w c a r b o ne c o n o m yh a sa t t r a c t e d m o r ea n dm o r ea t t e n t i o n p o w e ri n t e g r a t e dr e s o u r c ep l a n n i n g ( i p d ) c o n s i d e rv o r i o u s r e s 6 u r c e so ft h es u p p l ys i d ea n dd e m a n ds i d e b ye f f i c i e n t e c o n o m i ca n dp r o p e r u t i l i z a t i o no ft h er e s o u r c e so nt h es u p p l ys i d ea n dd e m a n ds i d e i ti sp o s s i b l et o m i n i m i z et h es o c i at o t a lc o s to ft h ew h o l ep l a n n i n gs y s t e mu n d e rt h ec o n d i t i o nt h a t t h ee n e r g ys e r v i c el e v e lr e m a i n su n c h a n g e d c o n s e q u e t l y , i i i pw i l lp l a ya p i v o t a lr o l e o nt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h es m a r tg r i d a f t e rt h er e s e a r c ho ft h eb a s i ct h e o r y , t h ep a p e rr e s e a r c h e di n t ot h ef u t u r ep o w e r i n t e g r a t e dr e s o u r c e sp l a n n i n gb a s e do nl o w - c a r b o ne c o n o m y f o ra ne x a m p l eo fl i n y i c i t y , t h ep a p e rt a k e da c c o u n ti n t ot h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n to fl i n y ia n da n a l y n i z e d t h ec u r r e n ts i t u a t i o no fl i n y ip o w e rg r i d ，t h e np r e d i c t e dt h ef u t u r ep o w e rd e m a n do f l i n y i b a s e do nt h ec o n d i t i o n so fg e n e r a t i o nr e s o u r c e sa n dd e m a n ds i d em a n a g e m e n t ( d s m ) i nl i n y ip o w e rp l a n n i n g ，p a p e rp r e s e n t e dt h ep r o g r a m so fs u p p l ys i d er e s o u r c e p l a n n i n ga n dt h ei m p l e n t i n gm e a s u r e so ft h ep o w e rd e m a n ds i d em a n a g e m e n t f i n a l l y , al i n e a rp r o g r a m m i n gm o d e lu n d e rt h ec o n s t r a i to fl o w c a r b o ni s p r e s e n t e dt o o p t i m i z et h ec o m b i n a t i o no fp o w e rg e n e r a t i o na n dd e m a n ds i d em a n a g e m e n tb a s e do n t r a d i t i o n a le l e c t r i cp o w e rp l a n n i n ga n dr e l e v a n tr e s e a r c ha c h i e v e m e n t s k e y w o r d s ：l i n y i ；l o w c a r b o ne c o n o m y ；s m a r tg r i d ；i r p h 华北电力大学硕十学位论文 第一章绪论 1 1 论文选题背景及研究意义 综合资源规划( i n t e g r a t e dr e s o u r c e sp l a n n i n g ) 是促进电力工业与国民经济、 社会和谐发展的一种科学规划方法。智能电网建设环境下，利用综合资源规划方 法对未来电力进行规划，力图更合理选择供应侧资源，有效配置和利用电力资源， 控制环境污染，实现低能耗产出的经济生产形势，在全社会最低成本要求下，寻 求电力需求最大程度的满足，为用户提供最经济环保的电力服务，从而有效促进 电力可持续发展。 1 1 1 论文选题的背景 “低碳经济提出的大背景，是大气中二氧化碳( c 0 2 ) 浓度升高导致全球 气候变暖对人类生存和发展的严峻挑战。而能源与经济以至价值观实行大变革的 结果，将产生一种新的发展模式：摈弃2 0 世纪的传统模式，直接应用新世纪的 创新技术与创新机制，通过低碳经济模式与低碳生活方式，实现社会可持续发展。 进入新世纪以来，在环境和资源的双重压力下，人们开始审视电力系统在节 能减排方面的巨大潜力。按我国燃烧煤炭的火力发电为参考计算：节约一度电， 相当于等于减少排放二氧化碳0 9 9 7 千克、二氧化硫( s o z ) 0 0 3 千克、氮氧化 物( n o x ) o 0 1 5 千克。在美国，美国电力科学研究院在2 0 0 1 年提出“i n t e u i n g r i d 的概念，并在2 0 0 3 年定义为智能电网( i n t e l l i g f i d ) ；同年美国能源部发布 “g r i d 2 0 3 0 ”设想。在欧洲，1 9 9 8 2 0 0 2 年实施的欧盟第5 框架计划，开设欧洲 电网中的可再生能源和分布式发电整合专题，2 0 0 5 年智能电网“s m a r t g r i d s ”欧 洲技术论坛，并提出了智能电网的概念；在意大利，早在2 0 0 1 年就安装了约3 0 0 0 万台智能电表，实现自动抄表和管理，建立了一个全新的智能计量管理网络。在 韩国，2 0 0 4 年启动了电力信息化工程计划。在中国关于智能电网的研究进展缓 慢，2 0 0 7 年，华东电网公司启动了智能电网可行性研究项目，提出了三个阶段 的发展思路和行动计划，2 0 0 8 年国家电网公司开始推行电力用户信息采集系统， 2 0 0 9 年，国家电网正式公布了“坚强的智能电网”计划。智能电网已经变成全 球发展电力工业的关键点。中国应该根据自己的国情，抓住机遇，寻找适合中国 特色的智能电网战略规划二并尽快付诸实施。 电力综合资源规划突出以追求综合效益的观点，不仅重视供应侧，同时强调 需求侧方面的需求。在1 9 9 2 年美国颁布了国家能源法，明确规定各电力公司 采用综合规划。在现阶段我国的能源利用水平较低，且主要以煤炭为主，污染严 1 华北电力大学硕士学位论文 重，明显跟不上“低碳经济”发展的步伐，从实际出发进 ，综合资源规划的研究 和应用价值巨大。而且在智能电网大力发展的今天，综合资源规划对智能电网的 实现将起到举足轻重的作用。 1 1 2 论文选题的意义 山东省是能源消耗大省，目前9 0 以上的发电量来自煤电，4 0 左右的电煤 供应依靠其他省份。以煤炭为主的能源结构使全省社会经济发展承受着巨大的环 境压力，能源短缺形势比较严峻。 临沂市地处山东省东南部，总面积1 7 1 8 4 平方公里，占全省土地面积的十分 之一，是山东省面积最大的市。2 0 0 9 年末人口约为1 0 3 4 5 亿，是山东省人口最 多的地级市。临沂市交通便利，近几年来商贸物流、工业发展快速，也是一座新 兴的现代城市。 随着经济的快速发展，临沂市近年来的电力发展状况，一直是稳中有增。2 0 1 0 年全社会用电量达到了2 3 4 4 2 亿千瓦时，电力供需形势越来越紧张。但要想解 决电力紧缺的形势，长期维持电力平衡，响应国家节能降耗的政策，消除电力缺 口瓶颈，除了加快电力、电网投资建设，加快改革新举措，实施管理办法，同时， 还必须注重加入到未来智能电网建设的道路中，从全社会成本最小来研究电力资 源规划。电力综合资源规划对促进电力资源的有效分配和使用，满足城市建设、 经济发展和环境保护的需要，进一步促进节能降耗、加大电网建设力度具有重要 的意义。 由于我国经济从2 0 0 9 年开始复苏，在2 0 1 0 年2 0 1 1 年经济的春季会到来， 所以“十二五 期间我国经济将会属于增长较快时期，电量也会有快速上升的趋 势。在经济快速发展的大环境下，充分研究临沂市用电量和负荷的历史数据及未 来发展趋势，从供需两侧资源综合规划的角度合理有效地配置临沂市的各种电力 资源，提出具体的节能管理方法，对临沂市电力企业以及社会经济的的发展具有 重要意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外综合资源规划研究现状 综合资源规划是在传统的电力规划的基础上发展起来的，因此对原有的概念 和方法既有继承又有更新和发展。国外发达国家的电办市场运作时间较长，国外 从2 0 世纪8 0 年代开始研究综合资源规划【l l ，配套的理论研究也较为完善，奠定 了极为坚实的理论基础，同时也积累了大量丰富的实践经验。这些研究成果对我 国用电市场的研究有很好的借鉴与参考作用。 2 华北电力大学硕十学位论文 发达国家较早意以到能源的问题，都先后实施了电力综合资源规划。1 9 9 0 年美国开始立法实施i r p ，通过修订洁净空气法，为鼓励各州供用电业实行i r p 制定了标准。美国各个州【2 ，3 4 5 ，6 】都先后实施了电力综合资源规划。美国太平洋电 力公司是i r p 实施比较好的一个典型代表，太平洋公司2 0 0 7 年综合资源规划提 供了一个框架，保证公司继续为用户提供可靠的低成本服务，并且风险处于可管 理的合理状态。公司在规划中采用了一种符合国家所有标准与准则的分析方法， 最后得出一个最佳能源组合，并且平衡了不同的利益相关者与环境方面的问题， 保证成本最小化。在欧洲，目前有部分国家实施了电力综合资源规划。欧盟委员 会1 9 9 5 年公布的指导纲领草案中，对欧盟会员国实行合理资源规划方法作 有若干规定，要规定欧盟天然气共同市场及电力共同市场在进行资源规划时，必 须同时考虑供给侧与需求侧的替选方案，是与i r p 具有同样内涵的规定。欧盟一 些国家将电力工业结构调整引入了独立国家系统控制、运营机构以提供供电充分 性展望报告，使用户和投资者能够评价未来机会的价值。英国就是这种情况，国 家电网公司每年出一本7 年报告来制定资源规划方案。 文献 7 对碳税政策的建立及开征过程进行了大量的研究，指出碳税政策 不仅要综合考虑社会经济环境影响，同时还要考虑政治和社会的接受程度；文献 8 】中指出综合资源规划是以考虑“最小成本”( 包括环境成本和社会成本) 来满 足预测的用户需求前提下，将供应侧和需求侧各种资源作为一个整体进行资源规 划。文献 9 】在电力规划中加入了需求侧资源的考虑，但没有对需求侧的各种不 同措施进行区分量化，以后要对这些问题进一步的研究和完善。文献【1 0 】指出考 虑减排成本的综合资源规划模型不仅要以需求侧管理作为一种替代资源，还应将 污染物减排成本最小作为规划的目标之一，通过更多的使用排放率较低的供应资 源来降低系统排污量，从而促进节能减排的目的。文献 1 1 描述了用一种长期的 确定最优i r p 程序来扩建国家在2 0 0 4 至2 0 2 0 年间的目标，文章中使用了风险评 估的方法，通过利用计算机设计的模型所得到的结论，文章最后提出利用套期保 值来规避风险。文献 1 2 】指出了利用一种长期的确定最优i r p 程序来扩建电力系 统基础设施的方案。这个方案的优点是将限定系统可靠性与估计产品成本通过一 种快速而有效率的算法结合起来的一种最优规划模型。文献 1 3 论证集中规划比 分散规划好，集中规划可以节约电源的建设与投资。文献 1 4 通过研究阿曼中心 电网为例，分析商业和政府因素下d s m 的对电力规划的鲁棒影响。文献i 1 5 研 究分析了综合资源规划中各个步骤的计算方法。文献 1 6 描述了各种类型机组所 排放的污染物对环境的不同的危害程度，系统以追求系统总费用成本最小、碳排 放量最小和核废料排放量最小为目标，建立了考虑环境保护的电源规划模型。该 模型与传统的电源规划模型相比，可使污染物气体的排放量明显降低，但却增加 了整个系统的投资费用。 3 华北电力大学硕十学位论文 1 2 2 国内综合资源规划研究现状 我国于1 9 9 2 年引入综合资源规划的概念，并相继在深圳、上海、华北、北 京、辽宁、浙江、广东等各省市及大庆油田、胜利油田和上海石化等企业建立了 示范工程【l 刚。电力综合资源规划技术正在实践中不断完善和发展。后来到2 0 0 2 年，国家提倡打破垄断的政策下，电网企业与发电企业相互脱离，也失去了电力 企业制订综合资源规划的条件，电力综合资源规划不能在同一整体基础上进行研 究实施，面对能源资源及环境的压力，国家把需求侧管理作为节能减排的有效工 具。近些年来的电力综合规划研究主要集中在以下几个方面： ( 1 ) 研究电网调度者如何根据各类用户签订的可中断负荷合同，削减电网 峰荷( 年峰荷、日峰荷) 的最优调度方案及建立数学模型。 ( 2 ) 探讨实现电力需求侧管理的自动化监控技术，例如负荷控制系统、自 动读表系统以及适合于需求侧管理的公用事业网络的系统结构。 ( 3 ) 研究建设“电力消耗零增长”的新方案。利用政策法规的调整和经济 手段，取得电力消耗零增长的最终效果。 ( 4 ) 基于综合资源规划的供需两侧资源优化组合模型的研究，以及考虑节 能减排成本等的资源规划模型与实证研究。 目前，综合资源规划的研究已逐步成熟，文献 1 8 中指出电力系统规划要注 重需求侧管理所能产生的有效资源，而综合资源规划给我们提供了一条节约能源 有效途径。各电力公司应该从战略上采取相应的对策，研究市场变化对综合资源 规划方案的影响，积极鼓励采用新技术和新设备，促使电力工业长期可持续发展。 并且阐述了i r p 的理论框架，深入讨论了各个步骤的计算方法。文献 1 9 论述 了我国电力行业实施需求侧管理的方案的必要性，并且对如何实施d s m 措施提 出建议。文献 2 0 】指出随着我国电力市场改革的逐步深入，电厂与电网将彻底分 离，随之成立的独立的发电公司和具有自然垄断地位的电网公司将和用户一起作 为同等地位的市场参与者参与电力商品交易，这将会使电源规划和输配电网规划 具有更多的不确定性因素，从而使电力系统规划工作变得更为复杂。发电公司企 业要做好内部的电源规划和分布式电源的规划，最后介绍了市场条件下输配电网 规划面临的不确定性因素和规划的新思路与新方法。文献 2 l 】分析了我国传统的 电力规划方法存在的问题，论述了在厂网分开的电力市场环境下我国实施综合资 源规划的可能性和必要性，并分析了我国目前应用这一方法存在的政策、体制方 面的障碍并提出了改革建议。文献 2 2 1 指出电力系统规划的基础是规划模型的建 立，论述并探讨了电力系统中对电源规划、维修规划、发电机起停规划以及火电 水电运行规划的建模求解方法。文献 2 3 】提出了一种考虑需求侧管理的电力资源 综合规划模型并进行实证研究，文章基于我国需求侧管理和供应侧资源的概况， 4 华北电力大学硕：卜学位论文 以综合能源成本( i o c e ) 为准则，对需求侧以及供应侧的各种资源进行筛选， 得出总成本最小的电力资源组合，最后以我国某省的实际数据对模型进行实证分 析研究，结果证明该方法得出的综合能源成本小于传统规划方法。文献 2 4 】对电 力工业可持续发展的规划模型进行尝试建立，通过协调考虑国家能源政策、一次 能源开采能力与运输限制、环保问题、合理装机容量、电源布局优化、结构优化、 系统调峰问题、电等各方面因素，为寻求科学的、经济的、可持续的电力发展方 案提供决策支持。模型以电厂、电网投资决策矩阵为优化对象，机组、线路状态 矩阵由此构造而得，从而构成了以电源电网投资决策、规划各年份典型日各节点 各类型机组开机容量、典型时段的出力等为决策变量的混合整数规划问题。整个 模型没有把需求侧管理资源考虑进去，模型最后通过在江苏省2 0 2 0 年电力发展 规划研究中得到验证。文献【2 5 】研究了综合资源规划中为了能够实现规划的总成 本最小，将需求侧资源与供应侧资源同等纳入电力规划的线性规划模型，在模型 中区分不同需求侧管理措施进行量化，模型还考虑了包括污染物排放水平等5 类 约束条件，最后通过m a t l a b 建模验证了综合资源规划模型的有效性。文献 2 6 1 给出了考虑减排成本，促进排放率低的发电资源更多地参与规划，结合我国的电 力规划以及发电、输电资源的现状，提出了考虑减排成本的综合资源规划方法。 最后以我国某省的实际数据验证了该模型的实用性。文献 2 7 】从资源规划的角 度，建立了碳税政策下计及碳排放约束的电力综合资源规划模型，并对给定碳排 放约束目标值下的不同碳税税率情景进行了模拟分析。分析结果表明，碳税政策 下的电力综合资源规划模型在满足系统可靠性的同事，可以有效降低系统总装机 容量及发电量，从而显著减少c 0 2 的排放量，在低税率情况下，减排的效果并 不明显，随着税率的升高，减排效果逐渐明显。文献 2 8 】研究了电源规划模型及 其求解方法。结合需求侧管理和考虑环境保护对电源规划模型进行了详细的研 究，描述了实施需求侧管理、环境保护对电源规划的影响，分析了各种模型中电 源规划目标函数和考虑约束条件的不同，指出电力市场改革对电源规划提出的的 新要求。最后主要从数学优化方法和人工智能方法两方面归纳了电源规划问题所 采用的求解方法。文献 2 9 1 通过应用电力综合资源规划( i r p ) 来代替传统电 力规划( t e p ) ，对在电力部门发电技术选择、电价以及相应的环境排放的影响 进行了研究。文献 3 0 指出在电网规划中考虑d s m 的影响不仅有利于发挥d s m 的作用而且能提高电网规划的经济性，在对传统电网规划和综合资源优化规划分 析的基础上提出几点考虑d s m 的电网规划新思路。文献【3 1 ，3 2 】分别介绍了i r p 在我国上海地区和深圳地区的试点研究成果。文献【3 2 对综合资源规划的激励机 制及政策进行了总体研究。 虽然综合资源规划在国外已经有2 0 多年的实践经验，但在我国还是一个需 要继续深入研究探索的领域，现阶段我国正在大力建设智能电网，面对变化的“国 5 华北电力大学硕 学位论文 家能动电网”建设的背景，综合资源规划工作如f i , i j l ：展尤为重要，尤其是研究如 何在我国电力市场环境下开展综合资源规划更为值得探讨。 1 3 本论文所做工作及创新点 1 论文主要研究了以下内容： ( 1 ) 对综合资源规划基本理论进行了总结、概述 ( 2 ) 对临沂电网的经济发展状况和电网现状进行研究的基础上，对临沂用 电进行了预测。 ( 3 ) 对临沂市供应侧资源现状进行了解，分析临沂市的资源条件，提出临 沂未来供应侧电源规划方案。 ( 4 ) 根据临沂市经济、用电结构的特点，对临沂实施电力需求侧管理项目 在技术、经济、政策方面进行相关对策研究。 ( 5 ) 根据综合资源规划的组合方法，将需求侧和供应侧资源组合起来建立 模型进行评估，考虑一种低碳条件下的资源优化组合模型。 2 论文预期成果和创新点： ( 1 ) 进行了大量的数据和资料统计，对临沂电网的用电现状进行了分析， 并预测了临沂十二五规划年间的电量、负荷需求。 ( 2 ) 提出在临沂供应侧大力发展分布式电源技术、在需求侧对电网实施电 力需求侧管理项目提出对策建议，综合供应侧和需求侧资源，提出低碳条件下的 综合资源优化组合模型。 6 华北电力大学硕j e 学位论文 第二章综合资源规划基本理论 2 1 综合资源规划的概念 综合资源规划的定义是将供应方和需求方各种形式的资源作为一个整体进 行的资源规划。概括地说，它的基本思路是：除供应方资源外，还把需求方提高 资源使用效率减少消耗视为一种资源同时参加规划。旨在通过需方管理更合理配 置和有效地利用能源资源、控制环境质量，减少投资和成本，形成对社会和供、 需各方都有利的情况。 在我国传统的电力规划中，主要考虑供应侧资源的建设，以负荷预测为基础， 确定要建设的电源类型规模、建设周期、投产数量的选择以经济、可靠地满足用 户的电力需求是网规划的重点。综合资源规划的基本思路是将供应侧和需求侧中 各种资源作为一个整体进行资源规划，通过高效、经济、合理地利用供应侧和需 求侧资源，即除供应侧资源外，还把需求侧减少电量消耗和降低电力需求视为一 种资源同时参与电力规划，在保持能源服务水平的前提下，形成资源措施组合以 “最小成本”来满足预测的用户需求。这个“最小成本”还包括环境成本等社会 成本，即整个规划系统的资源总成本最小【3 3 1 。 综合资源规划的基本观点：资源观点、效益观点、实施观点是综合资源规划 的基本观点。它采用若干类指标( 包括技术、经济、财务、环境、社会经济等) 对发电规划、需求侧管理、社区能源规划、电价、输电和配电等方面进行综合评 价。综合资源规划方法与传统的规划相比具有以下特点：规划方案的选择基于明 确的规划目标；对电力供应方案和需求侧管理等进行统筹规划，使资源开发的选 择范围更大；在规划阶段考虑环境和社会经济影响；认真对待各种不确定因素的 约束；决策者和利益相关者的参与，对各种资源开发的选择过程进行更明确的权 衡分析。综合资源规划目标的确定要考虑与其他战略规划的目标相协调，反映各 部门和环境、电力公司等利益相关者的价值，确定各种资源的特征及其重要信息， 建立各种权衡关系。综合资源规划的目标是选择电力供应和需求侧管理两方面综 合费用最低的发展方案向客户提供优质服务，并且有利于环境和社会，使全社会 总的支出成本最低。 2 2 综合资源规划的基本框架 综合资源规划涉及大量的技术措施，包括节能技术、负荷管理措施、分布式 发电等潜在资源。综合资源规划将电力供应和改善效率结合起来，以最小成本提 供电力服务。在选择、综合评价潜在的技术资源时需要同时考虑环境、污染排放 7 华北电力大学硕十学位论文 等社会成本。在我幽实施综合资源规划包括以下6 项内容( 如图2 1 ) ： ( 1 ) 根据时间和地理位置参数确定计划范围，确立综合资源规划f i 标； ( 2 ) 收集关于用电终端需求模式和改善用电效率( 或负荷特性) 的数据( 满 足电力服务的需求而不是满足单纯的电能需求) 进行未来电力服务需求预测； ( 3 ) 分析需求侧资源的成本和负荷影响； ( 4 ) 分析供应侧资源的成本和负荷影响； ( 5 ) 基于不同准则( 例如，最小收入需求、保证适当的备用和满足高负荷 增长的能力；保持一定的财政比率；或减少电力生产对环境的影响等) 设计综合 资源规划；， ， ( 6 ) 规划的实施、监督和评估。 第步 第二步 第三步 第殛步 雾夏步 第六步 图2 - 1 综合资源规划六项步骤间关系 综合资源规划在完全实施前需要接受进一步政策研究、财务评价和敏感性分 析，在一定程度上将改变现有资源的排列顺序，甚至将某种资源从计划中剔除。 这一步可以看作是考虑到本地区和国内环境的具体情况而对综合资源规划进行 的调整。 2 3 综合资源规划的各步骤所要解决的主要问题 根据文献 3 4 】提出综合资源规划实施的主要步骤：确定规划目标；预测电力 需求；评估需求侧资源和供应侧资源；对筛选的资源进行综合；指导电力行业的 规划和发展；确定d s m 规划；对综合资源规划进行检测和评估。 8 华北电力大学硕十学位论文 2 3 1 确立综合资源规划目标 综合资源规划的目标应该是严格确定并可以度量的，并且能被所有的参与者 理解。除了传统电力规划的目标，如维持系统可靠性水平、成本最小化、满足运 行约束等，需求侧管理附加的目标还包括考虑环保的因素，满足用户用电服务要 求以及广泛考虑各种资源。度量目标的指标包括：电价水平、电价增加百分比、 电力公司收入要求( 净现值) 、污染物排放水平、环境外部性成本掣”】。 2 3 2 负荷预测 负荷预测是在规划期内对系统最大负荷、负荷特性和用电量等需求的估计。 负荷预测是配电网规划的基础和核心，也是整个资源规划中的重点和难点所在。 目前，国内外关于负荷预测的理论及方法很多，大致分为经典预测方法和现代预 测方法。经典预测方法包括：指数平滑法、负荷密度法、时间序列法和回归模型 法等；现代负荷预测方法包括：灰色数学理论、专家系统方法、神经网络预测、 模糊负荷预测等。 综合资源规划的负荷预测，在考虑采取适当的d s m 计划后，对预测的负荷 大小和曲线形状会有较大影响。为此首先要作出基本的负荷预测，然后根据事先 考虑所采用的d s m 措施，例如，改进能效、燃料替代、移峰和利用非电力公司 发电能力等作出新的负荷预测。为了完成资源综合和量化需求侧管理措施，需要 采用一个详细的终端法和计量经济法相结合的预测技术。并且，预测中应该清楚 一些主要因素对电力消费的影响：政府效率标准和需求侧管理计划、电力公司目 前和以前已采用的d s m 措施、燃料价格和电力价格变化的市场条件等，这些细 节是保证预测能够合理说明由于不同因素而引起的能源效率变化的重要原因。 2 3 3 供应侧措施评估 供应侧资源的识别与筛选在传统电力规划和综合资源规划中对扩容计划分 析都是以最小成本满足电力容量供应。扩容计划中的成本准则是收入需求，收入 需求必须能够补偿电力公司所有的成本，并且能给投资者可接受的回报。 为了反映资金的时间价值，未来的投资必须折算成现值，并且要按照各自的 长期边际成本进行比较。因为不同资源的增量大小不同，为了进行比较，边际成 本要标准化为边际电量成本( 元l ( 吼) 和边际容量成本( 元瓜w ) 。边际电量成 本和边际容量成本之比取决于资源的处理程度，通过容量因子进行反映，容量因 子和负荷因子有关，负荷因子度量的变化率，可以通过负荷持续曲线进行估算。 这些概念在传统电力规划和综合资源规划中都会用到。 规划者了解边际成本是关于容量因子和负荷因子的函数后，可通过筛选潜在 9 华北电力大学硕七学位论文 的供应侧资源形成最小成本扩容计划满足预测需求。综合资源规划中供应侧资源 的范围比传统的电力规划大得多，除了传统电力规划的火电、水电等供应资源， 还包括减少发输配损失、热电联产资源及太阳能、风能、生物质能等可再生资源。 资源评估的方法可以有多种多样，但基础比较规则应该是长期边际成本，除此之 外还可以考虑按依据成本和污染排放率进行综合排列，对污染排放程度的评估计 算方法包括可免排放成本或将排污收费或外部性价值转换为可用货币计量的成 本。 供应侧措施评估所用模型可按照以下方法分类： ( 1 ) 侧重于系统的运行参数( 对给定一个给定资源的组成) ，据此可分为时 序性模型( 该模型在给定约束条件下根据“小时 负荷选出系统最经济的调度方 案) 和有效负荷持续曲线模型( 该模型采用小时的时间增量，例如一个月，来模 拟时间资源约束，例如变负荷速度、启动成本等) 。 ( 2 ) 侧重于特定能力，据此可分为多区模型( 该模型在规划中直接考虑电 力联网运行问题) 和装机计划模型( 该模型依据候选措施和约束条件来选择新的 供应资源) 。 2 3 4 需求侧措施评估 在现阶段我国人均能源资源匮乏、能效低、环境污染严重的形势下，把d s m 资源作为一种资源合理纳入综合资源规划中，不仅是缓解当前电力供应紧张的有 效办法，也是适应经济快速增长、保证电力行业健康发展的战略措施；对于全面 落实科学发展观，建设资源节约型社会，促进经济、社会的可持续发展也具有重 大战略意义。 需求侧管理项目的实施可以使社会、发电企业、电网企业和电力用户等多方 受益。对社会而言，d s m 的实施可以减少一次能源的消耗和污染物的排放，缓 解环境的压力，降低社会成本；还可以降低高峰负荷增长，平衡电网负荷，在供 应侧减少电厂建设等电力建设投资；d s m 的实施还可减少电力需求，尤其在电 力供应紧张时期，通过开展有效d s m 措施可以帮助缓解电力供需矛盾，稳定社 会用电秩序，保障社会经济的正常运行。对发电企业而言，实施d s m 可以提高 发电设备利用率，缓解发电机组调峰压力，减少发电机组启停频率，降低发电成 本及发电煤耗。对于电网公司而言，d s m 可以减少输配电损失，削减高峰时段 电网调峰的压力，提高供电可靠性和服务水平，特别是在电力供需形势紧张的情 况下，d s m 可以大大缓解拉闸限电的压力。对电力用户，d s m 的实施可以使用 户合理用电，降低单位条件下用电成本。 需求侧管理的内容包括负荷管理、新技术措施、战略性节能措施、设备自动 化更新、用户侧发电以及电价和市场机制调整等。需求侧管理的主要手段有经济 1 0 华北电力大学硕十学位论文 手段、行政手段和技术手段。d s m 技术手段的核心主要表现在两个方面：一是 针对终端用电部门及主要用电设施，如何采用有效的节电新技术和新设备，来改 进或取代原有的用电设施，提高其电能的利用效率；二是如何加强电力的负荷管 理，削峰填谷，改变用电负荷曲线，提高用电的合理性和有效性。d s m 技术手 段包括削峰或错峰( 错开高峰时段和枯水期用电，调整不同用户的高峰用电时间 或作业程序等) 、填谷( 分时电价、电蓄能等措施) 、绿色节能( “绿色”电器、 隔热材料等实现) 、灵活负荷可中断负荷、战略性负荷增长( 宏观调控，开发新 设备如电动汽车专用蓄电池，淘汰低效率的其他能源设备等) 等。 需求侧措施的实施要求参与各方( 电力公司、用户、社会) 都能受益，所以 在措施制定之前需要根据规划目标和约束选择适合的终端和技术，在此基础上对 需求侧管理进行评估。通过筛选的措施会形成一组需求侧资源组合，合理考虑各 种需求侧措施的运行约束条件的出力情况，与经过筛选的供应侧资源组合进行综 合。 2 3 5 资源优化组合 所谓资源优化综合是将需求侧和供应侧进行优化，形成一个与计划目标相一 致的最小成本资源组合。计划目标包括满足计划期内电力服务要求，满足系统约 束条件( 如备用或可靠性水平) ；成本最小化( 考虑环境成本) ；根据各种情形下 最灵活的计划等。这一步工作包括详细说明资源的比较基准，研究和形成为达到 不同目标而设计的各种资源组合：对不确定性的明确处理；保证分析结果是内在 一致性的；给出可免电量和电力成本；仔细考虑可靠性和备用；公正处理电力环 境成本等；资源综合要考虑现有资源、新资源、规划时间范围、规划地区经济和 电力服务增长率、折现率和其他经济参数、环境和外部成本值等因素。 需求侧和供应侧资源综合的基本原理是将每种资源的边际成本曲线合成一 条综合边际成本曲线，这条曲线能对所有可用资源的成本效益进行排列。对于给 定水平的用电需求，综合资源规划确定最低边际成本方案，在这一点上总的电量 和容量都能满足需求。一些电力公司也采用存在时间先后顺序的方法来进行综合 资源规划建模，首先是最优化供应侧资源( 或者需求侧资源) 选择，然后再考虑 其他类型的资源，并对原来的结果进行调整。但是，实践表明，同时考虑所有的 资源是确定最小成本方案更有效的方法。 2 3 6 综合资源规划的实施与评估 综合资源规划的实施与评估是综合资源规划过程的最后一个环节，包括对供 应侧、需求侧资源效果进行监督和评估。对供应侧评估的内容包括通过度量强迫 停运率( f o r ) 、可用率和运行成本评估机组性能。对机组实际性能与计划性能 1 1 华北电力大学硕十学位论文 指标进行对比町以确定该机组与类似机组的差异以及总成本和电价产生的影响 等。需求侧管理的后评估是指在需求侧管理各个方案实施一定时期以后，从经济、 技术、社会、环境等多个方面出发，对整个需求侧管理项目的实施运行情况进行 科学、全面的评价。 最后，对综合资源规划形成报告，报告中包括形成详细严密的行动计划。行 动计划描述综合资源规划的执行时间、预算和短期内的活动、阐述如何选取供应 侧和需求侧资源。 2 4 低碳经济与综合资源规划的关系 r 1 9 7 3 年第一次世界石油危机爆发后，燃料价格飞涨，美国能源界意识到单 纯依靠能源供应很难满足不断增长的能源需求，还应该考虑需求侧的节约。电力 需求侧管理正是适应这一变化而兴起的新的能源管理方法。这期间，美国建立了 同时将供应方和需求方两种资源，作为一个整体进行综合资源规划( i i 冲) 的新 理念，对供电方案和节电方案进行技术筛选和成本效益分析，形成综合规划方案。 第二次石油危机爆发后，更多国家开始重视电力需求侧管理的研究和应用，目前 已逐渐扩散到加拿大、欧盟国家、日本、巴西等3 0 多个国家和地区。 2 4 1 低碳经济的要求 近些年来，科学界以及各国政府已基本达成一致，认为人类活动导致地球大 气层中的温室气体( 尤其是二氧化碳) 不断增多，气候正在发生变化。随着全球 人口和经济规模的不断增长，能源使用带来的环境问题及其诱因不断地为人们所 认识，不止是烟雾、光化学烟雾和酸雨等的危害，大气中二氧化碳浓度升高将带 来的全球气候变化，也已被确认为不争的事实。在此背景下，“碳足迹”、“低碳 经济 、“低碳技术”、“低碳发展”、“低碳生活方式 、“低碳社会”等一系列新概 念、新政策应运而生。“低碳经济”概念已经得到社会和政府的高度认同。1 9 9 2 年5 月联合国政府间谈判委员会就气候变化问题达成联合国气候变化公约， 该公约于1 9 9 4 年3 月2 1 日正式生效，是世界上第一个为全面控n - 氧化碳等温 室气体排放，以应对全球气候变暖给人类经济和社会带来不利影响的国际公约， 也是国际社会在对付全球气候变化问题上进行国际合作的一个基本框架。1 9 9 7 年2 月，公约参加过在日本制定了联合国气候变化框架公约的补充条框 京都议定书，其目标是将大气中的温室气体含量为定在一个适当的水平，进 而防止剧烈的其后改变对人类造成伤害。 低碳经济的特征是以减少温室气体排放为目标，构筑低能耗、低污染为基础 的经济发展体系，包括低碳能源系统、低碳技术和低碳产业体系。推行低碳经济 被认为是避免气候发生灾难性变化、保持人类可持续发展的有效方法之一。在各 1 2 华北电力大学硕士学位论文 类减排政策中，碳税政策凶其实施较为方便且减排显著受到广泛关注。碳税政策 以减少c 0 2 排放为目的，最早是2 0 世纪9 0 年代在北欧一些国家出现的，现已 有1 0 多个国家引入碳税。碳税政策有效地减少了碳排放、降低了能源消耗，同 时对节能减排技术的开发和应用起到了积极效果，通过对碳排放的约束、低碳经 济模式与低碳生活方式，实现社会可持续发展。 日益严重的气候变化问题和我国能源可持续发展战略，对我国提出了低碳化 发展的迫切要求。我国既是“发展中的大国 ，又是“人均资源拥有小国”，同时 也是“资源利用低效国”。能源资源短缺、环境污染等问题对我国经济可持续发 展提出了砰峻的挑战。国际铜业协会提供的资料表明，我国能源相对缺乏，优质 能源严重短缺。到2 0 5 0 年，我国的能源供应能力预计为3 0 亿3 7 亿t 标煤，但 需求将超过1 0 0 亿t 煤，能源严重短缺，能源储备有限。同时巨大的能源消耗引 起的环境污染也将制约经济的发展。而在能源严重短缺的同时，我国的能源利用 率低，每万美元g d p 耗标煤为1 8 5 t ，( 美国为4 8 t ，英国为3 t ，德国为2 7 t ，日 本为2 3 t ) 3 s 】，远远超过发达国家标准，面临着国际竞争的压力。如何降低能源 消耗，降低能源占生产成本的比重，事关提高国民经济竞争力，实现健康持续快 毋 速发展的大局。 十七届五中全会提出的单位生产能源排放明显下降，发改委编制的“十二五 节能减排规划，确保实现我国政府承诺的到2 0 2 0 年单位g d p 二氧化碳排放比 2 0 0 5 年降低4 0 4 5 的目标。面对着巨大的减排压力，如何实现我国2 0 2 0 年 单位g d pc 0 2 的减排目标? 这些都对我国电力行业也提出了低碳发展的迫切要 求，我们必须处理好可靠的能源供给、环境的可持续发展和经济的不断高效发展 之间的矛盾，通过综合资源规划与智能电网的建设，集成可再生资源、降低能耗、 提高效率以促进能源的可持续发展为人类的未来找到一条光明的出路。 2 4 2i r p 的目标 在稀缺的能源约束下，节约、选择与竞争必然要成为电力能源生产与供应的 关键词，国家现代化建设所推进的工商业电气化、信息化进程、公众生活质量的 大幅提升，使得终端能源供应环节中，电力需求的规模性、范围度和可靠性都随 之发生了很大改变，电力综合资源规划不能再是停留在一种概念、一种理论和一 门技术上，而要成为一种实际可用的电力规划模式。电力综合资源规划的目标是 考虑整个供应侧、需求侧的利益及应满足的可靠性约束，以最低或最合理的成本 并以高效、可靠的方式确定一组资源的配置来满足近期或远期消费者的能源需 求，并且能够进行成本分析使效益最优化。其最终目标是使全社会成本、环境成 本最小。 作为能源行业重要组成部分的电力部门，利用综合资源规划模型，对未来电 1 3 华北电力大学硕十学位论文 力资源进行综合规划，考虑供应侧与需求侧相结合的供需资源优化组合，势必能 满足节能减排、降低c 0 2 ，s 0 2 等污染废气的排放的要求。过去传统的电力工业 规划、发展模式侧重于考虑供应侧，着眼于以电源、电网的建设来满足用户的 电力需求，这种发展模式正面临着资源和环境的约束，越来越不能适应当前的 形势。而综合资源规划与电力需求侧管理从根本上改变了单纯依靠电源建设来满 足电力需求增长的传统思维模式，将电力需求侧可以节约的资源也纳入规划， 与供应侧资源统一优化，实现电力企业的利润最大化。 在供应侧方面，鼓励发展清洁能源发电，采取各种新技术、新工艺减少污染 物排放；在电力需求侧方面，通过市场机制、政策引导、行政手段、及法规等推 广节能灯、高效电动机、节能变压器、变频调速设备、高效家电、冰蓄冷空调、 可中断负荷等方式，达到节能减排效果。 国外的初步实践证明，应对不断增长的电力需求，不一定必须单独依靠增加 集中发电容量，而实施有成本效益的新能源供应方案、改善电能效率措施来缓解 这些问题，显然是一个双赢的解决方法。 2 4 3 我国智能电网环境下综合资源规划的建设 智能电网是一个智能化的电力系统网络，能够充分利用各种能源，特别是低 碳的可再生能源，依靠分布式能源系统，将能源利用效率和能源供应安全提高到 一个新的水平，令环境污染和温室气体排放降低到可持续发展的水平。 1 我国智能电网特点 2 0 0 8 年，天津大学余怡鑫院士在c i c e d 年会上做了关于建设“高级计量、 高级配电管理、高级输电和资产”的自愈型智能电网的报告，成为中国研究智 能电网的开端。2 0 0 9 年中国能源局提出“能动电网”后，智能电网理论研究逐 步成熟。互动电网是指在开放和互联的信息模式基础上，以智能电网技术为基础， 通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统，实现发电