（电力系统及其自动化专业论文）化工行业需求侧管理应用研究.pdf

a b s t r a e t d e m a n ds i d em a n a g e m e n ti nt h ec h e m i c a l i n d u s t r ya p p l i e dr e s e a r c h a b s t r a c t d e m a n ds i d em a n a g e m e n tc a r li m p r o v ep o w e re f f i c i e n to ft e r m i n a le q u i p m e n t , r e d u c ep e a kl o a da n d s a v ep o w e rc o n s u m p t i o n ，a c h i e v et h el o w e s tc o s to fe l e c t r i c i t ys e r v i c e s h o w e v e r ，e l e c t r i c i t yc o m p a n i e s a n dc u s t o m e r sb o t hc a nb e n e f i tf r o mt h em e a s u r e c h e m i c a le n t e r p r i s e sa f eu s e di nt y p i c a lc o n t i n u o u s l a r g e - s c a l ep r o d u c t i o nm o d e i na d d i t i o nt or a wm a t e r i a lc o s t s ，t h ec o s to fe l e c t r i c i t yo f t e na c c o u n tf o ra l a r g ep r o p o r t i o no fp r o d u c t i o nc o s t s e l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o no fc h i n a sc h e m i c a li n d u s t r yw a s4 0 a n d u p w a r d sh i g h e rt h a na b r o a d w i t h o u te n e r g y - s a v i n gt e c h n o l o g i c a lt r a n s f o r m a t i o np r o j e c t sc a r r i e do u t , t h e p r o d u c t i o np r o c e s st os a v ee n e r g yc o n s u m p t i o no fh a r dt oh a v eam a j o rb r e a k t h r o u g h t h e r e f o r e ，c h e m i c a l e n t e r p r i s e st oi m p l e m e n td e m a n ds i d em a n a g e m e n tc a n _ r e d u c ec o s t sa n di m p r o v ec o m p e t i t i v e n e s s t h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h ee l e c t r i c a le q u i p m e n tc h a r a c t e r i s t i c so f c h e m i c a lc o m p a n i e s o nt h i sb a s i s t h e a r t i c l ep r o p o s e dc h e m i c a le n t e r p r i s e st oi m p l e m e n td e m a n ds i d em a n a g e m e n tm e a s u r e s n e x t , i td i s c u s s c h e m i c a lc o m p a n i e sh o wt ob u i l dd s mt e c h n i c a lp o t e n t i a la n a l y s i sm o d e la n di m p l e m e n t a t i o ne v a l u a t i o n m o d e l f r o mt h eu s e rs i d e ，t h ep o w e rc o m p a n y - s i d e ，e n e r g ys e r v i c e sc o m p a n i e sa n ds o c i a ls i d et h ef o u r a s p e c t s ，t h ea r t i c l ed e t a i l sb e n e f i t - c o s ta n a l y s i sm o d e lo fd s m a c c o r d i n gt oa na g r i c u l t u r a lc h e m i c a lc o m p a n y sa c t u a le l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o n , t h ea r t i c l ep r o p o s e s d e m a n ds i d em a n a g e m e n tm e a s u r e sa n dd o e sb e n e f i t - c o s ta n a l y s i s t h e s em e a s u r e sa r ee l e c t r o l y z e rp r o c e s s i m p r o v e m e n t , i n s t a l l m i o no fv a r i a b l ef r e q u e n c yd r i v e s ，i m p r o v e m e n to fm o t o rd r i v es y s t e m ，r e p l a c e m e n to f h i 曲e f f i c i e n c yd i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r s , t h et r a n s f o r m a t i o no ft h ec o m p r e s s o ra n dt r a n s m i s s i o nb e l t ， u n d e rt h e s em e a s u r e s ，t h ea r t i c l em a k e sab e n e f i t - c o s ta n a l y s i sa n dp r e s e n t sf e a s i b l eo ft h es p e c i f i c i m p l e m e n t a t i o nm e a s u r e s f i n a l l y , t h ea r t i c l ed e t a i l st h es t e p st oi m p l e m e n td e m a n ds i d em a n a g e m e n t ， c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o ns y s t e mo fd e m a n ds i d em a n a g e m e n t ，a n da s s e s st h ec o m p r e h a n s i v ee f f e c to fd s mm e a s u r e si n t h eu s eo ff u z z ya l g o r i t h m k e y ：p o w e rd e m a n ds i d em a n a g e m e n t , c h e m i c a le n t e r p r i s e s ，e v a l u a t i o ni n d e x , i m p l e m e n t a t i o ns t e p s ， c o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n t i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它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已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：二匹立宰一一日期：立拿工， 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电 子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：j 选盔导师签名： 第一章绪论 1 1 电力需求侧管理的涵义 第一章绪论 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 ，缩写为d s m ) ，是2 0 世纪7 0 年代后期在北 美、欧洲等发达国家兴起的一种电力管理技术。电力需求侧管理主要包括电力负荷调整的技术手段 和经济手段、节能、能源替代和新能源应用3 方面内容。它是综合资源规划方法在电力资源规划上 的运用。即除电力供应方资源外，还把需求方提高用电效率减少的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i l 】。可以在完成同样用电功能的情况下减少电量消耗和电 力需求，从而缓解缺电压力，降低供电成本和用电成本。使供电和用电双方得到实惠。达到节约能 源和保护环境的长远目的。 电力需求侧管理( d s m ) 是对电力用户推行节电及负荷管理工作的一种模式。它是通过一系列 经济政策和技术措施，由供需双方共同参与充分利用电能和发挥电能最大效率，使双方均能受益的 一项系统工程。d s m 项目的实施可以使社会、电力公司及用户都能受益。对社会而言，d s m 的实 施可以减少电力需求，减少了一次能源的消耗与污染物的排放，缓解了环境的压力，具有巨大的社 会效益。对政府而言，可以通过实施d s m ，减少电力消费，促进经济的可持续发展；还可以促进用 电设备的更新换代，增加对高能效设备的需求，促进g d p 的增长：同时还可以建立一支庞大的d s m 的实施队伍，缓解就业的压力。对电力用户而言，实施d s m 可以减少电力消费，降低了企业的生产 经营成本，减少电费支出，提高企业能效和产品的竞争力；对供电商而言，实施d s m 可以削减高峰 时段电网调峰的压力，提高供电可靠性及服务水平，特别是在电力供需形势紧张的情况下，它可以 大大缓解拉闸限电的压力；对发电商而言，可以提高发电设备利用率，降低发电成本及发电煤耗， 减少电力建设投资。在美国，它的平均节电成本约1 6 美分千瓦时，它的平均移峰成本约3 0 美元 千瓦，大大低于其4 美分千瓦时的电力生产成本及5 0 0 美元千瓦的投资成本。总之，实施d s m 不论是对政府、电力企业或电力用户都是有益的，可以取得多赢的效果。实施d s m 具有显著的社会 效益和经济效益。 1 2 化工企业电力需求侧管理目标 d s m 的目标主要集中在电力和电能的改变上，一方面采取措施降低电网的峰荷时段电力需求或 增加低谷时电力需求，以较少的新增装机容量达到系统的电力供需平衡：另一面，采取措施节省电 力系统的发电量，在满足能源供应的同时节约资源耗费。更明了的说，d s m 就是将有限的电力资源 最有效地加以利用，使社会效益最大化。在d s m 的规划实施过程中，由于用电企业的能源结构不同 和所处的环境不同，还有一些具体目标。 化学工业主要有合成氨、烧碱、纯碱、电石和黄磷五种高耗能产品。氯碱化工是化工行业中的 基础原料工业，主要产品烧碱、氯气和氢气通过电解食盐水溶液而获得，在氯碱企业生产过程中， 电力成本占5 0 - - 6 0 ，因此，氯碱企业要节省能源，降低成本，节电是重中之重吐化工企业实施 企业d s m 应用研究的目的有以下几个方面：( 1 ) 减缓资源消耗的速度，降低产品成本，提高企业 竞争资本；( 2 ) 减少c 0 2 、s 0 2 等气体的排放对环境造成的污染；( 3 ) 提高负荷率( 负荷曲线) ； ( 4 ) 提高终端设备的利用率。 1 3 化工企业生产特点 电力需求侧管理是使各方都能收益的一项措施，要使电力需求侧管理的措施效益最高，掌握化 东南大学硕士学位论文 工企业的用电特点及主要用电设备，是首要条件。 1 - 3 1化工行业用电特点 化工企业采用的是典型的连续型大规模生产模式，除了原料成本，电力成本在产品成本中往往 占有很大的比重，约占2 0 。而落后工艺致使化工行业电耗比国外高4 0 以上，在不进行节电项目 技术改造的前提下，生产过程中节约能耗难有大的突破。于是企业内部的电能控制力和电能改善力 已成为掌控企业未来外部竞争力的关键环节。 1 3 2 主要的用电设备 化工行业中氯碱企业是用电大户，其大部分电力用于烧碱的生产，其中电解用电约占全部用电 量的6 0 以上。电解技术在很大程度上影响着氯碱工业的发展，电解槽是氯碱生产过程中电能转换 的关键核心设备，其电能成本约占总成本的7 0 。如何降低电解成本，减少电能消耗，电解槽槽型 选择至关重要，将直接影响氯碱产品的市场竞争力。 1 3 3用电效率的状态 目前，我国烧碱生产能力约7 5 0 万魄，其中7 0 以上采用金属阳极隔膜电解槽生产，仍是以盒 式阳极、普通石棉隔膜为主，存在电耗高、运行时间短等问题，平均交流电耗为2 4 1 8 尼觋f 。近 几年随着电价的不断上涨，产品成本也随之提高，急需降低电耗以增加效益。所以，改进电解技术， 提高电解用电效率是化工行业节电降耗的主要措施。随着低电耗、高碱浓度、超低氯化钠含量的离 子膜技术的兴起，金属阳极电解技术面临着压力1 3 j 。在这种情况下，针对金属阳极改进的电解技术 相继出现，如改性隔膜、扩张阳极、活性阴极以及非石棉隔膜等。如扩张阳极改进金属阳极，可降 低电耗l o o k w h t 以上。 1 3 4 影响用电设备效率的因素 影响电解槽电耗的因素有槽电压和电流效率，要想降低电耗就要降低槽电压和提高电流效率。 金属阳极采用钛网焊铜复合棒，表面为钌钛活性涂层。根据经验活性涂层只有5 - - 6 年的寿命，而 钛基体的寿命也只有1 2 年左右，因而阳极在使用过程中要进行重涂和更新。若极片不够，会造成阳 极电位上升平均为1 8 1 v ( 电流4 5 k a ) ，且电流密度越高，电压上升也越多。此外，影响槽电压的 因素还包括膜自身结构，槽结构等。 1 4 化工企业实施电力需求侧管理的手段 为了完成综合资源规划，实施需求侧管理，必须采取多种手段。这些手段以先进的技术设备为 基础，以经济效益为中心，以法制为保障，以政策为先导，采用市场经济动作方式，讲究贡献和效 益。概述起来主要有：技术手段、利用政府财政手段、利用能源服务公司三种。 1 4 1技术手段 针对具体的管理对象，以及生产工艺和和生活习惯的用力特点，采用当前技术成熟的先进节电 技术和管理技术及其相应的设备来提高终端用电效率或改变用电方式。改变用户用电方式和提高终 端用电效率所采取的技术手段各有不同。 1 化工企业工艺节电措施 目前我国化工行业电解技术主要运用金属阳极电解，而且在未来的几年内仍然以金属阳极电解 槽为主。因为我国的金属阳极相当于国外七十年代水平，在电解槽结构、配套技术等方面节能潜力 很大，因此，运用电解原理改进金属阳极电解槽是化工行业首选节能降耗措施。 烧碱生产节电技术措施： ( 1 ) 采用大型可控硅整流机组，提高整流效率； ( 2 ) 提高盐水质量、采用新型节能电解槽，降低电解电耗； 2 第一章绪论 ( 3 ) 采用大型氯气透平机组，取代输送氯气的纳氏泵，节电效果显著； ( 4 ) 采用扩张阳极、改性隔膜技术，推广节能型隔膜电解槽； ( 5 ) 推广离子膜法工艺节电； ( 6 ) 开发离子膜烧碱大型自然循环高电流密度电解槽单槽能力高，生产吨碱可节电2 0 - 3 0k w h ， 氧阴极离子膜法可使电解槽的电压降低1 0v ，吨碱可节7 0 0 k w h ，是一大幅度降低电耗的节能新技 术； ( 7 ) 电解装置优化节能管理系统技术，重点解决功率因数补偿功能、谐波消除功能、电流调整功 能、三相功率不平衡改善功能，大幅度节电技术。 2 常规的节电技术措施 电动机节能：推广变频调速；变压器节能；选择高效节电的新型变压器；提高系统的功率因数； 减少线路上的能量损失；照明节电；降低高次谐波。 1 4 2利用能源服务公司( e m c o ) 能源服务公司( 在国外简称e s c o ，在中国称为e m c o ) 是专业从事节能项目开发、节能设备 安装和融资等一系列等一系列综合服务的公司，服务模式为合同能源管理，围绕提高客户设备能源 效率或降低能源消费开展业务1 4 j 。化工行业可以通过与能源服务公司签订能源合同管理，实现节能。 合同能源管理主要有3 种基本模式p 】： 1 节能效益分享型。e m c o 提供资金和全过程服务，在客户配合下实施节能项目，在合同期间 与客户按照合同约定比例分离节能收益；合同期满后，项目节能效益和项目所有权归客户所有，客 户的现金始终是正的。 2 。节能效益保证型。客户提供节能项目资金并配合项目实施，e m c o 提供全过程服务并保证节 能效果，客户向e m c o 支付服务费用。如果项目没有达到承诺的节能量，e m c o 按照合同约定赔付 未达到节能量的经济损失。 3 能源费用托管型。客户委托e m c o 进行能源系统的节能改造和运行管理，并承包能源费用。 如果e m c o 不能达到合同中规定的能源服务质量，应按合同给予赔偿。e m c o 的经济效益来自能源 费用的节约，客户的经济效益来自能源费用( 承包额) 的减少。 1 4 3 利用政府财政手段 政府通过各种电价、直接经济激励和需求侧竞价等措施，刺激鼓励用户主动改变消费行为和用 电方式，安装并使用高效设备，减少电量消耗和电力需求1 6 1 。以及在购买特定高效节能产品上，利 用国家相关政策争取折让和贷款优惠、财政补贴等。化工企业可利用政府d s m 政策，通过以下措施 实现节能： 1 ) 利用峰谷电价。非连续运行的电力设备可避开高峰，尽可能在低价期运行，如包装、排污等 用电设备以及工艺上必须断续运行的或可以断续运行的设备都可以通过加强管理，调整开停时间。 工艺上也可充分利用设备能力降低高峰负荷，如水厂可以充分利用水池容量，尽可能在高峰时段到 来之前保持高水位，；制冷机可以利用保冷技术，在低谷时段多产冷等措施。此外，大型重载设备 的起动，避开高峰时段和电压特别低的时段，尽可能减少对电网的冲击。自发电尽量在高峰时使用。 2 ) 利用政府财政补助。化工行业在能效电厂、循环经济、节水型企业、清洁生产等项目上都可 以获得政府扶持资金。此外，财政部、国家发展和改革委员会近日联合发布的高效照明产品推广 财政补贴资金管理暂行办法，大宗用户每只高效照明产品，中央财政按中标协议供货价格的3 0 给予补贴。 1 5 国内外d s m 研究现状 需求侧管理( d s m ) 是2 0 世纪9 0 年代初期与综合资源规划( i r p ) 一起被引进到中国的，比西方发 达国家开展这项工作晚了1 0 多年，但就节电工作而言，中国的起步时间并不落后于西方发达国家。 - 3 东南大学硕士学位论文 我国化工行业经过过去几十年的发展，已经形成了门类比较齐全、基本能够满足国民经济和相 关工业发展需要的化学工业体系。但我国大多数化工企业都不同情况的存在：能源管理意识不强， 手段落后；新的节能效率无法数据化等。此外，我国氯碱企业产量已达到世界第二位，而电耗是氯碱 企业的主要的耗能，所以，推行化工企业需求侧管理( d s m ) 已迫在眉节。而我国现阶段需求侧管 理规划系统的应用还处在基于技术经济评估后的成本效益分析等简单应用措施上，而对其实施成果 的评估研究上则涉及的较少，还没有形成套完善、权威的适合中国国情d s m 项目指标评估体系和 规划模型。在当前电网峰谷差日益增大的形式下，对基于d s m 理论为基础，对化工企业d s m 实施 成果进行研究，综合各方面节省电力建设投资，减缓发电成本增长，及稳定电价，推动电网实施负 荷整形技术，改善其运行的经济性和可靠性，建立科学合理的d s m 项目评估体系就显得势在必行， 然后通过对采样后的d s m 评估各项指标的研究，为决策者提供更为全面的量化理论依据和选择方 案，进而推动d s m 项目在我国的广泛实施。以达到社会、电力公司、用电户利益及能源服务公司利 益最大化。同时实现我国长期能源战略，保障能源安全与社会可持续性发展，建设节约型社会做出 贡献。 国外d s m 的研究和应用上具有丰富经验，发展快。从7 0 年代至今，大部分发达国家已经有很 多措施达到商业化和实用阶段，并成为电力规划中不可缺少的部分。开展了诸如可中断电价、实时 电价和需求侧响应的多方面的研究，应用和发展了各种各样的电力需求侧管理措施，取得了显著的 社会效益和经济效益【i 啦儿l 。 1 6 论文的研究背景及意义 全国政协常委叶青在一次座谈会上指出：“按照中共中央关于制定十一五的建议，把单位产值 能耗降低2 0 ，意味着我国的发展模式、能源战略要实现根本性转变。主要发达国家在重化工业时 代，都是以大量生产、大量消费、大量废弃为特征的。然而，中国现阶段已丧失了用这种模式发展 的条件，只能走资源节约型道路。节约和合理利用能源、降低能源消耗、提高能源利用效率，既是 我国缓解能源制约的一种现实战略，更是提升经济增长质量、创新发展模式的重要手段。 2 0 0 6 年8 月6 号，国务院发 2 0 0 6 1 2 8 号文件，便作出关于加强节能工作的决定，该决定共用9 个方面3 8 条内 容，其中第2 6 条要求，充分发挥电力需求侧管理的综合优势，优化城市、企业用电方案，推广应用 高效节能技术，提高用电效率，落实节约资源基本国策。调动社会各方面力量，加快建设节约型社 会，实现“十一五”规划纲要提出的节能目标，促进经济社会持续、健康快速发展。 2 0 0 6 年，国家电网公司经营区域全社会用电量达到2 2 5 1 9 亿千瓦时，同比增长1 4 o 。工业用 电增速继续高于全社会用电，重工业用电增速继续明显高于轻工业用电。2 0 0 6 年，工业用电量同比 增长1 4 4 ，其中重工业用电增长1 4 9 ，分别高于全社会用电增速0 4 和0 9 个百分点，重工业对 全社会用电增长的贡献率进一步提高。高耗电行业用电继续保持快速增长。2 0 0 6 年，黑色金属、有 色金属、建材和化工四大高耗电行业用电合计增长1 7 2 ，增速同比提高1 6 个百分点。其中，化工 行业用电增长1 0 3 ，增速同比增长6 个百分点。随着用电比重加大，使得供电负荷率下降，而峰 谷差逐年上升，造成供电矛盾突出。另一层面，电力又是化工企业生存和发展必备条件，更是不少 企业成本支出的重要组成部分，正是基于这个原因，随着世界能源的持续走高，化工企业的能源费 用不断攀升，企业电力内部的电能控制力和电能改善力已成为掌控企业未来外部竞争力的关键环节。 通过多年的探索与实践，我国化工行业的节能工作已经取得了一定的经验，在尾气回收、余热发电、 热电联产以及系统优化节能技术等诸多方面颇有成效。但是尚未解决好高能效和体制改革、结构调 整和环境保护相结合的问题。要改变把节能单纯当作弥补供应不足措施的观念，将节能工作作为保 护环境、提高经济效益、增强企业竞争力的战略性选择。加快利用高新技术改造传统产业，通过先 进工艺、设备和控制技术，实现节能降耗；加快产品结构调整，将高能耗、高污染的产品淘汰出局， 推进高新技术产业化，从而实施企业d s m 应用研究使其达到：( 1 ) 减缓资源消耗的速度；( 2 ) 减 少c 0 2 、s 0 2 的排放对环境造成的污染；( 3 ) 提高负荷率( 负荷曲线) ：( 4 ) 提高终端设备的利 用率，提高企业竞争资本。 4 第一章绪论 1 7 论文研究的内容 我国的电力工业发展一直存在“重发、轻供、不管用”的现象，对企业终端用电管理重视不够。 造成我国大中型企业在节能降耗方向上与国际先进水平相比，差距巨大。而我国化工业做为高能耗 行业之一，占工业企业用电量的比重逐年增加，于是化工企业更需要考虑如何进一步的通过电力需 求侧管理评估指标体系和规则模型研究，对自己的生产工艺、设备状况、运行模式、产品市场、能 源消耗构成等方面进行调整改造，使企业能够做大做强，并在经济全球化背景下立于不败之地。在 这次化工企业d s m 电能应用综合课题研究中，主要包括以下几方面内容： 1 ) 评估指标体系的建立。在对化工企业d s m 评价时，首先要确立系统的评价指标体系，然后 采取适当的方法进行评价。而节电项目的效果评估是化工企业d s m 项目的核心，成本效益分析是其 中最重要的组成部分。通过成本效益对各个指标的分析、收集、计算，有效的反应化工企业d s m 的 基本特征及评估对象的综合情况，从中抓住主要因素，反映其直接的效果，以增加化工d s m 综合评 估的全面性和可靠性，为管理决策者提供决策依据，找出差距和薄弱环节，分析落后原因。利用评 估指标引导企业树立节约能源和环保意识，建立d s m 长效管理机制。 2 ) 建立成本效益分析模型。基础模型是支持评估指标的主干模型，计算结果是以它为基础配合 附属模型来完成的。企业应根据d s m 综合评估特点，并利用动态数学模型，根据不同的评估方法， 建立企业能源消耗关健点、消费比重、效益影响等因素构成科学客观动态评估分析模型，使得评估 结果能够更好的反映d s m 的实施效果。在这里，要解决不同类型指标之间的可比性问题，另外采集 指标之间应尽可能避免显见的包含关系，对隐含的相关关系，要在建模中以适当的方法消除，避免 指标之间的循环现象，使其决定性指标量化的更准确，更科学。通过建模，对采集的数据进行存贮、 归纳、整理，形成系统评估指标体系。 3 ) 电力需求侧管理的实施及综合评估方法。电力需求侧实施有三种方式，每个实施方式内涵及 每种实施方法的实施步骤。将模糊算法应用到化工企业电力需求侧管理综合评估中。根据成本效益 分析模型确定系统的评价因素集，运用层次分析两两比较的方法来确定各层次元素的权重值。找出 评判矩阵，形成完整的综合评估流程。 4 ) 实际应用。为了验证本文对化工企业电能应用综合评估体系的构建科学性，我运用此评估体 系与实际相结合，对某农化公司电能应用进行实例综合评估分析。 论文的结构安排如下： 第一章：绪论，阐述需求侧管理的基本概念、论文的选题背景及意义、国内外企业d s m 研究现 状、论文研究的内容、文章的组织等。 第二章：化工企业d s m 潜力和成本效益分析方法介绍，建立一套完善的分析的分析评估指标体 系，并对其中的主要参数进行分析。 第三章：根据第二章建立的d s m 潜力和成本效益分析评估方法体系，对某农化公司的主要d s m 技术描述进行详细的分析评估。 第四章：电力需求侧管理实施研究，将模糊算法运用到d s m 综合评估当中。 第五章：总结与展望，对论文已完成的工作做出总结，对化工行业d s m 的工作提出建议，并对 论文做回顾和评价。 5 - 东南大学硕士学位论文 第二章电力需求侧管理综合评估指标体系的建立 电力需求侧管理( d s m ) 是一项综合系统规划，参与的群体包括社会、电力公司、用户、项目 实施中介。成功的d s m 项目应该又是一项各方共同经营、共同受益的整体规划。而综合资源规划实 质就是最小成本规划，成本效益分析是综合资源综合规划方法论的核心，也是规划及其实施的主要 评价标准。由于节电效果不仅使消费者收益，也直接关系到能源供给者的利益和社会的整体经济环 境，需要各方面付出代价，顾及各方的效益，要使他们都有利可图。用户做为参加d s m 的重要主体 ( 化工企业) ，本章通过对目前电力工业的实际情况分析，研究它并建立一套完善的d s m 潜力和成 本效益分析的指标体系。 2 1 构筑指标体系的基本原则 指标体系做为一个有机整体，不但应从各个不同的角度反映出被评价系统的主要特征变化，还 要能体现出系统的发展潜力和趋势。结合d s m 的特点，本文认为建立d s m 综合评估指标体系的基 本原则包括下列五点： 1 综合性。指标体系的设置应能综合反映电力公司、用户、社会、项目实施中介各方面发展的 主要特征和发展状况。 2 系统性。d s m 的指标体系并非简单的指标堆积，而是一个有机整体。指标系内部各指标之 间要有一定的逻辑关系，它们不但要从各个角度反映d s m 的主要特征和状态，而且还要反映d s m 的动态变化。 3 简明性。d s m 的建立是一个庞大的工程，指标越多，收集数据时所花费的人力、物力就越 大。当然指标体系并非越庞大越好，应尽量选取那些有代表的综合指标和主要指标。 4 可操作性。实际中，我们能够得到的数据资料却极其有限，甚至收集不到我们研究起到关键 作用的指标，这就要求我们应该在保证指标反映内容全面的基础上，尽量采用种类可供查阅的资料 上能够提供的指标。 5 可比性。指标应该容易理解，有通用性，能够在不同区间内进行比较。 2 2 构筑指标体系的基本思路 构筑指标体系应从以下几个方面考虑： 1 对电力用户而言，不利方面是要增加购置设备的投入，还要增加投入设备运行维护的费用， 有利方面是可以降低电力方面的消费，减少生产经营成本，增加企业的能效和市场竞争力。 2 对社会而言，d s m 实施可以减少电力需求，减少能源的消耗和对环境污染，调整电气化结 构，促进更新换代，具有巨大的社会效益。 3 对电力公司而言，d s m 实施一方面会使售电量减少，经济效益下降；另一方面d s m 可以削 减高峰时段电网调峰的压力。但可以通过调峰，提高电网负荷率和发配电设备的利用率，多整体上 提高电网运行经济性。 4 对发电厂而言，可以提高发电设备的利用率，降低发电成本及发电煤耗，推迟电厂的建设及减少 电力建设的投资。 2 3 成本效益分析技术方案 成本效益分析的目的是为经营管理者在投资方向和优先关系方面提供决策依据，使有限的资金 得到充分利用，达到合理配置资源，取得最佳经济效果。通常一个工程项目的优劣不仅取决于技术， - 6 第二章电力需求侧管理综合评估指标体系的建立 还取决于经济效益。只有技术上可行和经济上合理的技术方案才会被采纳。项目的成本效益分析地 作用，就在于它能够在技术效益的经济效益之间寻求最佳配合，选择出最恰当的方案。需求侧管理 采用的技术方案基本方法主要有：现值法、净现值率法、年金法、，内部收益率法、益本比法、投 资回收期法六种。 2 3 1现值法 是各个技术方案的投入和产出资本折基准年( 如n = o ) 时的现值来比较的方法。它又分为净现值法 ( n p v 法) 和费用现值法( p w 法) 。n p v 法将各个技术方案的净现值进行比较的方法，若n p v ， 0 时，表示投入资本可获得等于或大于预期的投资效果；p w 法属于最小费用法中的一种方法，它是 在各技术方案收益相同的条件下比较支出现值的方法，以支出最小的方案为优。 p 矿= yc t p r v f , j _ _ t = 0 p w = e ，xp w f ， 2 3 2净现值翠法( n p v r 法) 是将各个技术方案的净现值率进行比较的方法。 获得的超额净效益，以净现值率较大的方案为优。 n p v r = 竺匕 e ，x p w f ， ( 2 1 ) ( 2 2 ) 它是净现值与投资现值之比，表明单位投资所 ( 2 3 ) 2 3 3年金法 是将各个技术方案的投入和产出资本折算到等额年金来比较的方法，它又分为年值法( a w 法) 和年费用法( a c 法) 。a w 法是将各个技术方案的净收益等额年金值进行比较的方法，若a w ，0 时，表示投入可获得大于或等于预期的效果，以年值大的方案为优；a c 法是费用最小法中的一种， 它是相同的条件下比较支出等额年金值的方法，以支出年费用最小的方案为优。 厂疗、 彳= l e ，xp w f j l 嘟胛= n p v xc r f ，一( 2 4 ) t = 0 ，拧 、 a c = l e ，xp w f _ f i c 犯露= p w x c r f ，一 ( 2 5 ) 2 3 4内部收益率法( i p r 法) 它等于计算期内净现值累计为零时的折现率， 投资效果越好。 yc ，p r v f , = 0 j 一 t = 0 它表明方案投资的盈利能力。内部收益率越高则 7 - ( 2 6 ) 东南大学硕士学位论文 2 3 5 益本比( b c r 法) 是将方案折现后的产出和投入之比，b c r 一i 时，说明投入资本可获得等于或大于预期的投资 效果，以益本比大的方案为优。 b c r = ：b = = c 万 t = 0 疗 t = 0 式中： b 产出现值； c 投入现值； c b t p w f , | c c ，p 嘲 q f 第t 年产出现金流量； q f 第t 年投入现金流量： ( 2 7 ) 尸陋现值系数； ，z 计算期。 2 。3 。6投资回收期法 又称偿还年限法或还本期法，是指收益抵偿投资所需的年数，当投资回收期小于规定偿还年限 时，说明投入资本可获得等于或大于预期的投资效果。它有两种表达方式，一种不考虑货币时间价 值的静态投资回收期t o t 一种是考虑货币时间价值的动态回收期t m 。 静态投资回收期 式中： c c o 初始投资； g 1 ，等额年收益。 动态回收期 瓦= 羔 乙 c p w f , 7 = 0 t = 0 乙动态回收期： c 第t 年投入的现金量。 2 4 电力客户评价指标体系的构成 ( 2 8 ) ( 2 9 ) 依据国家电网公司电力需求侧管理实施办法第三十条，电力需求侧管理效果评价应从社会、电 力企业、电力客户等多方面综合分析，着重分析电力需求侧管理措施对实现电力供需平衡、资源优 化配置、保障社会生产生活正常用电秩序、环境保护、电力市场潜力和企业发展等方面的作用【1 2 l 。 成本效益分析要以量化为中心，确定相应的指标体系。社会、电网公司和用户等有各自的成本形式 一8 第二章电力需求侧管理综合评估指标体系的建立 和利益要求，不可能建立一个统一、单一的成本效益评价指标。为使需求侧节电资源的技术潜力转 化为可实现的节电资源，要取决于社会、电网公司、实施中介、电力用户的共同协力。一个可以付 诸行动的需求侧管理方案，必须是参与各方共同贡献均能受益的方案，挖掘需求侧资源的成本的效 益要在各群体之间进行合理分配，提供一个各方相容的范围和利益机会，以激发他们投资于能效的 积极性和实施能力。根据这样的设计原则，提出了对电力客户实施电力需求侧管理的效果评价指标 体系，具体的指标如表2 1 。 根据国内外的实践经验和研究，成本效益评价指标主要有： 表2 1 电力客户实施电力需求侧管理效果评价指标体系 年节电量( 用户可避免电量) 用户节约峰荷容量( 用户可避免峰苟容量) 、 年节电收益 电电 节电总成本 力 力 寿期单位节约电量成本 需用 寿期单位节约容量成本 求户 年纯收益 侧效 寿期益本比 管益 平均投资回收期 理 成 电网节约峰荷容量( 电网公司可避免峰荷容量) 本 公司系统侧可避免电量 效效益 电网公司成本 益 电网公司收益 综 能源成本 合 公司 评 效益 收益 价 指 社会成本 社社会收益 标 会 c 0 2 减排量 效 s 0 2 减排量 益 可避免燃煤消耗 其中： 1 可避免电量。是指由于用户采取d s m 措施而从系统少取用的电量。削峰和战略性的节能措 施能够获得可避免电量，而采用蓄冷、蓄热、蓄电技术用于移峰填谷会增加供电量。 2 可避免峰荷容量。是指由于d s m 项目使电力系统减少的高峰期供电量。对于电网来说，在 数值上它等于发电侧可避免峰荷加上与电网相适应的系统备用容量。 。 3 可避免电量成本。是指生产可避免电量的边际成本。选择电源发展规划准备投入的最后一个 燃煤电厂的测算供电电价作为可避免电量成本。如果在所规划的电网区域内，除网内的供电外不有 外购电，则外购电成本亦可作为可避免电量成本的一种参考。 4 可避免峰荷容量成本。是指可避免峰荷容量相当的发电机和相应的输配电设备的容量建设成 本。通常以常规承担峰荷机组的容量成本作为发电机的可避免峰荷容量成本，以规划期准备投入的 最后一组输配电设备容量成本作为输配电设备和可避免峰荷容量成本。 5 单位节电成本。是指d s m 项目在寿期内，节约单位电量的全社会支出费用。当单位节电成 本低于可避免电量成本时，表明d s m 项目可带来全社会效益的最大化。 9 - 东南大学硕士学位论文 6 单位节约峰荷容量成本。是指实施d s m 在寿期内为达到节约峰荷容量的平均容量支出费用。 当单位节约峰荷容量成本低于可避免峰荷容量成本时，该d s m 项目才是可行的。 7 年纯收益。是指实施d s m 节电项目的收益与成本之差，系d s m 项目能否获利的指标。只 有电力用户、电网公司和项目实施中介的年纯收益大于零的情况下，该d s m 项目才是可接受的。 8 寿期益本比( b c r ) 。d s m 项目寿期总收益与总投资成本的比。b c r i 说明该项目成本有 效的。 2 5 化工企业实施d s m 技术潜力分析 化工行业用电的特点是负荷大，负荷率高且稳定，历来与电力工业的发展是相互促进的。了解 并掌握化工行业的用电特点，开展电力需求侧管理，无论对化工行业合理用电还是对电力工业的可 持续发展均有重要意义。电力在化工行业中，不仅作为动力，而且作为工艺用电，因而消耗量在全 国工业行业中排名前三位。目前我国化学工业每吨标准煤创造的产值为人民币2 5 0 0 元，而德国、日 本、美国为1 5 0 0 - - 一1 6 0 0 美元。可以说，要想提升企业的竞争力，必须确保产品品质，降低产品成本， 而这切都与节电有着密切的联系。2 0 0 6 年，化工行业用电2 7 4 7 亿千瓦时，占到全国发电量的1 4 。预计今年将达到3 0 0 0 亿千瓦时左右，到2 0 1 0 年将达到4 5 0 0 亿千瓦时。化工企业采用的是典型 的连续型大规模生产模式，除了原料成本，电力成本在产品成本中往往占有很大的比重，约占2 0 。 而落后工艺致使化工行业电耗比国外高4 0 以上，在不进行节电项目技术改造的前提下，生产过程 中节约能耗难有大的突破。于是企业内部的电能控制力和电能改善力已成为掌控企业未来外部竞争 力的关键环节。本节将具化工企业代表性的电解槽技术改造、安装变频驱动装置( v f d ) 、工业电机驱 动、工业高效变压器及工业无功补偿等进行计算实施潜力。 2 5 1电解槽工艺改造 电解槽是氯碱工业中的主要用电设备。目前较流行的工艺是金属阳极隔膜法和离子交换膜法， 但后者大有取代前者之势，因为离子法能耗低、无污染、纯度高。目前离子法制碱交流电耗 2 3 8 4 9 七黝t ，隔膜法交流电耗2 4 4 0 1 七觋f 。 通过改进电解技术降低电解法耗电可通过降低槽电压和提高电流效率实现，电能消耗与电流效 率及槽电压的关系，可用单位耗电量进行考核。 w 2 p t m a 可u xtx 1 0 。3 ( c ，r r ix1 0 。6 ) = u 1 0 。c r l( 2 1 0 ) 式中： 形一一每吨产品消耗的电量，k w h t ： u 一一电解槽的平均电压，v ； c 一一元素的电化当量，g a h ； r 一一电流效率，。 上式表明，电解的单位产品电能消耗取决于电解槽的平均槽电压，以及电解的电流效率。 槽电压每降低0 1 v ，可以节约直流电7 0 k w h t 。通过改进电解技术降低槽电压可节约的电量 为： w = k w h t a u x m o ( 2 1 1 ) 式中： 形一一设备的年节电量。 电解时电极反应的实际生成物质量总是低于理论生成物质量是说，通过电解液的电流不能被完 全有效的利用，将有部分电能损耗于其他物质的生成或电极的“副反应”上。也就是说，电解的电 流效率越高，电流的损失就越小，实际的产量越大。若电解的电流效率每提高l ，则用同样的电能 就能多生产烧碱1 ，从而提高电能的利用率。 1 0 第二章电力需求侧管理综合评估指标体系的建立 2 5 2 安装变频驱动装置( f d ) 在化工企业终端消费中，电解是最大的电能终端消费，其次即为风机、水泵，所以风机、水泵 节能潜力较大。 风机和和水泵都是流体机械，般按生产和工艺要求，需要经常调节风量与流量。这里有两种 解决办法：一是不改变电动机的转速，利用挡板阀门或者放空的办法来调节风量或流量；二是不改 变挡板阀门的开度，通过调节电动机的转速来达到调节风量或流量的目的。 变频调速控制是利用变频器和p l c ( p r o g r a m m a b l el o g i cc o n