（电力系统及其自动化专业论文）负荷管理的效益评估.pdf

一一墨塑垄兰翌主兰竺笙圭 a b s t r a c t d e m a n ds i d e m a n a g e m e n t ( d s m ) ，a ni m p o r t a n tm e a s u r eo fi n t e g r a t er e s o u r c ep l a n i s e f f e c t i v es o l u t i o nt oo v e r c o m es o m ep r o b l e m ss u c ha ss h o r tr e s o u r c e s ，p o l l u t e de n v i r o n m e n ta n d d e f i c i e n tf u n d ，a n da ni m p o r t a n tm e a s m r et of n s u r er e n e w a b l e p o w e ri n d u s t r ya sw e l t a so n ec r u c i a lp a r to fd s m ，l o a dm a n a g e m e n t ( l m ) i se f f e c t i v ea n d a ni n v e s t m e n ta c t i v i t y w h i c hd e a l sw i t hm u l t i l a t e r a lb e n e f i t ss u c ha s p o w e ru t i l i t y ，c o n s u m e r sa n ds o c i e t y h e n c e ，i ti s g r e a t l ys i g n i f i c a n tt oe v a l u a t et h eb e n e f i to fl mi nm a r k e te n v i r o n m e n tw h i c hi n f l u e n c e sw h e t h e r d s mi sp r a c t i c e ds m o o t h l ya n d e f f e c t i v e l yt oal a r g ee x t e n t b a s e do ni t , t h et h e s i sw i l la n a l y z ea n de v a l u a t ee c o n o m i c a lb e n e f i to f l m t h eb e n e f i tw i l lb e c l a s s i f i e da ss t a t i ca n dd y n a m i cb e n e f i t ，t h ef o r m e ro fw h i c hi s m a i n l ya b o u te c o n o m i c a la n d e n v i r o n m e n t a lb e n e f i ta n dt h el a t t e ro f w h i c hi sr a m pa n d b a c k u p b e n e f i t ， a f t e ri n t r o d u c t i o n ，i tw i l la n a l y z es t a t i cb e n e f i to fl mf r o mt h r e e a s p e c t s f i r s t l y , i tw i l la s s e s s e c o n o m i c a lb e n e f i to fl mi nt e r m so fp o w e ru t i l i t y , c d n s u m e r sa n ds o c i e t yr e s p e c t i v e l yb ym e a n s o f c o s t b e n e f i t ，a n dt h e nc o m p r e h e n s i v e l ye v a l u a t et h eb e n e f i to f l m s e c o n d l y , i tw i l la n a l y z et h e f e a s i b i l i t y o fl mb y a s s e s s i n gd i f f e r e n tm e a s u r e s t h i r d l y , t h ee n v i r o n m e n t a l b e n e f i tw i l lb e e v a l u a t e db ya n a l y z i n gi t se f f e c to no u t p u to fe j e c t i o nq u a n t i t yo fc o za n ds 0 2b yd e c r e a s eo f e l e c t r i ce n e r g ya n di m p r o v e m e n t o f e n e r g ye f f i c i e n c y i nt h ef o l l o w i n gp a r t t h ed y n a m i cb e n e f i to fl mw i l lb ea n a l y z e d b yi n t r o d u c i n ge q u i v a l e n t l o a dd u r a t i o nc u r v e ，i tw i l lc o n s t r u c tg e n e r a t i o nm a t h e m a t i c a lm o d e lo fl m a n dt h ee f f e c to n s y s t e mr e l i a b i l i t yw i l lb eq u a n t i f i c a t i o n a l l ya s s e s s e db ya n a l y z i n gc h a n g ed e g r e eo fr e l i a b i l i t y i n d e x b a s e do nt h e m ，i tw i l lf o r mt h em a t h e m a t i c a lo fd y n a m i cb e n e f i tt h a ti st e s t e dw i t ha n e x a m p l e r e s u l t ss h o w t h a ti ti si m p o r t a n to f d y n a m i cb e n e f i ta n a l y s i si nl m e v a l u a t i o n - l a s t l y , i tw i l ls u mu pa n ds u g g e s t t h ef u t u r ew o r k k e y w o r d s ：l o a dm a n a g e m e n t ，b e n e f i ta s s e s s m e n t 。s t a t i cb e n e f i t ，r e l i a b i l i t y , d y n a m i c b e n e f i t i i 东南大学学位论文独创性声明及使用授权的说明 一、学位论文独创性声明 本人声明所旱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。 签名：皇翌当日期；兰i ：! ：兰! ： 二、关于学位论文使用授权的说明 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( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办 理。 签名： 东南大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 7 0 年代的能源危机对全世界产生了巨大的影响，沉重的打击了经济的发展。对于电力 部门，由j 二石油的短缺和能源价格的大幅度上涨，致使发电成本上升，电力价格随之猛增。 在这种背景卜，1 ，能任务迫切的摆在了人们的面前，用户、能源部门乃至全社会都意识到 了节能的重要性。 8 0 年代更加严格的环保标准迸一步恶化了电力部门的经营状况，随着人们环保意识的 加强，使得已有电厂运行时所付的环境保护成本大幅增加，如位于南京城区的f 关电厂， 每天除硫设备的运行费用就达4 万多元；新建电厂更是受到多方面的压力，电力部门作为 供应侧一味地通过新增装机容量来满足电力需求的做法受到了限制。因而需要通过节电、 提高用电效率来控制需求，尽量推迟装机时间。 科学技术的发展，使得用户方面在提高能源的使用效率和电力负荷的优化管理方面有 很大的潜力可挖通过改进能源的使用方式，可以达到既节约能源又满足需求的目的。于 是。需求侧管理( d e m a n d s i d em a n a g e m e n t ，简称d s m ) 技术应运而生，并率先在电力 部门得到应用。其定义为：电力部门作为电力的供应方，采取各种有效的激励和引导措施， 以适宜的运作方式鼓励用户采用高效能的技术与设备来提高用电效率、调整用电方式，在 保持能源服务水平的前提下，有效地减少电量的消耗和电力需求。电力部门通过实施需求 侧管理可达到减少或延缓新建电厂、节约或推迟投资、提高运行效率的目的；而用户( 需 求侧) 则可达到在保持用电水平的前提下节省电费的目的旧j 。 随着能源资源短缺和环境污染问题逐渐成为社会、经济发展的重要制约因素之一，可 持续发展与环境保护成为国际社会关注的焦点。需求侧管理技术作为综合资源规划 ( i n t e g r a t e dr e s o u r c ep l a n n i n g 。简称i r p ) 的主要内容，现已成为可持续发展能源战 略的一种重耍支持手段，在许多国家得到推广。它改变了传统的观点，将节约的电能也作 为一种资源与供电资源置于同等地位，不但起到了弥补电力供应缺口的作用而且可以更 经济和有效地利用能源；在实施过程中，不l e 是单方面的考虑部门利益，而是把综合效益 放在突出的地位，注重社会效益，注重协调供需双方的贡献与利益a 改革开放以来，我国的电力+ 】：业取得了前所未有的发展，但同时也面临着一系列的问 题。通过实施需求侧管理技术可以将有限的电力资源最有效地加以利用，对我国电力：r ：业 的持续发展将起到重要的作川。 第l 页 东南大学硕士学位论文 需求侧管理的主要内容可以概括为以f j l 方面 3 4 ： ( 1 ) 负荷管理 ( 2 ) 战略节能 ( 3 ) 新用电服务项目 ( 4 ) 电气化 ( 5 ) 用户自备电源 其中负荷管理( l o a dm a n a g e m e n t ，简称l m ) 是需求侧管理的一项重要内容。 负荷管理技术就是负荷整形技术。它是根据电力系统的负荷特性，借助于各种经济、 技术手段，在保证电力网络可靠性的同时，将用户的电力需求从电网负荷高峰期削减或转 移至电网负荷低谷期来改变系统的负荷曲线形状以达到电力系统安全、经济运行的目标 的，并使用户节省电费。如果说需求侧管理的目标是电力和电量的节约，那么负荷管理的 j 、 目标主要是电力的节省。 ， r 负荷管理其实并不是一个陌生的词甲在需求侧管理概念形成之前就已出现r 并得到应 j + 片= | ，其最初发展时在我国乃至全世界都称之为负荷控制。传统的负荷管理是在缺电形式下 应运而生的。长期以来，我国一直处于全国性的严重缺电局面，在计划经济形态下，传统 的负荷管理作为计划用电的技术限电手段，对于缓解电力紧张起到了积极的作用。 但是随着社会经济水平的提高、电力市场改革步伐的加快，各种新技术和新理论得到 相应的发展与应用，传统的负荷管理那种以电力部门为主体，忽视用户需求，单方面进行 负荷管理的方法已不能适应新形势发展的需要。从8 0 年代末期开始，我国部分放开了发电 市场，推出了集资办电政策，对电力工业的投融资政策进行改革。有效地促进了电力工业 的发展。在不到十年的时间里，就改变了电力短缺的状况电力供需矛盾得到了根本性的 缓解，大部分地区还出现了供大于求的局面。供电者在市场选择中已不再占据优势，而是 形成了消费者主权，表现为买方市场，这是市场经济下不可逆转的趋势。所以，从供电方 来讲，一方面要提高自身的管理水平和控制技术，另一方面还要运用市场手段激励用户 积极参与到负荷管理中以实现社会资源的有效配置。 新的负荷管理方式是将用户的可减电力看作是一种负荷调节资源，采取各种措施加以 挖掘，扩人管理领域。其发展是符合需求侧管理思想的发展的。与传统的负荷管理不同， 它不再是电力部门单方面的管理，而是电力部门通过采取各种有效的经济、技术手段或行 政措施，调动用户的积极性，共同实现负荷管理的目标。 通过负荷管理可改变系统的负荷曲线形状，以达到经济运行的目的。与传统的负荷管 理不同，新的负荷管理目标除了包禽传统的削峰、填谷、负荷转移之外，还增加了战略性 1 ，电、战略性负荷增艮和柔性负荷，如幽卜1 所示“”。 第2 页 东南赶学硕士学住论文 移峰填谷 1 2 问题的提出 柔性负荷 图1 - 1负荷管理的目标 f i g 1 1t a r g e to fl o a dm a n a g e m e n t 近年来，由于国民经济的不断发展以及产业结构的调整，使得各地区的经济格局发生 了显著变化也使得社会生产和居民生活用电的需求量日益增加，电网的负荷情况出现了 新的特征。 仅以江苏省近几年的负荷数据为例，见表i - i ，可以发现：地区的最大用电负荷持续增 & ，以1 9 9 8 年与2 0 0 2 年相比，五年间最大用电负荷增大了8 7 0 5 m w ，增长高达7 8 7 ，而 同期发电容量仅增大了3 8 2 5 i 4 w ，增长了2 8 1 负荷的增长速率远远超过了发电容量的 增长速率；同时电网峰谷差不断增大，仅2 0 0 1 到2 0 0 2 两年间，用户最大峰谷差就增大了 1 0 0 4 m w ，增长了1 5 2 用电平均峰谷差增大4 6 0 m w ，增长了9 9 ；用电高峰期的供需 矛盾日益尖锐，电力供应往往满足不了需求。使得发电调峰日益困难。 随着电网最大负荷的持续增长，峰谷差的不断增大在系统的用电高峰期，电力公司 需要大量外购峰荷电力，成本较高，如江苏省在峰荷时向外省购电的交易电价约为6 1 5 元 m w h 。另一方面在用户的h j 电高峰期、低谷期，负荷曲线的波动又很大，因此如果对高 峰、低谷的负荷管理不好，将直接影响到电力的生产和电能的质量，除了影响用户的用电 设备外，还会影响到发输电设备。严重时还有可能造成电网崩溃和人身伤亡事故。 第3 页 、一电 、一毗 f睑一丛一b全黼丛骼茎 东南大学硕士学位论文 表卜1 江苏电网发、用电负荷情况( 统调口径)单位：m w t a b 1 16 e n e r a t i o na n dc o n s u m p t i o no fj i a n g s ue l e c t r i cn e t w o r k u n i t ：m w 名称1 9 9 8 篮1 9 9 9 燕2 0 0 0 燕2 0 0 1 拒2 0 0 2 越 发电容量1 3 6 3 5 9 1 5 6 1 261 6 3 0 9 61 6 6 2 7 11 7 4 6 1 最大用电负荷1 1 0 5 7 1 3 6 0 61 4 8 4 31 6 3 2 61 9 7 6 2 最大发电负荷1 0 8 7 7 1 2 9 6 51 4 2 0 81 4 8 6 31 6 9 0 5 用电最大峰谷差4 7 3 36 0 5 45 7 6 26 6 2 0 7 6 2 4 发电最大峰谷差4 5 7 8 5 5 6 55 5 5 25 1 9 56 1 7 9 用电平均峰谷差3 6 1 44 1 0 14 3 6 7 4 6 4 45 1 0 4 发电平均峰谷差 3 4 1 73 6 9 33 8 6 43 7 2 13 6 5 3 用电负荷率( )7 9 4 27 9 1 0 8 l - 2 58 2 6 28 3 0 9 发电负荷串( ) 7 9 ，9 68 1 0 38 3 0 l8 4 7 l8 6 3 8 由于负荷的现状及其发展趋势，使得负荷管理成为必要。2 0 0 1 年美国加州的电灾就给 了人们一个深刻的教训；要重视负荷管理。各方可以通过多种负荷管理的措施来达到改善 负荷形状，最终实现节约电力的目的。根据负荷管理的方法和手段的不同，可将其大致分 为三类【6 】f 7 】： ( 1 )直接负荷控制技术 ( 2 )非直接负荷管理 ( 3 )就地能源储备 通过有效的负荷管理，可以降低负荷的峰谷差、有效地改善负荷曲线的形状、改善电 网运行状况，提高能源利用率，使有限的电力资源充分发挥其效益，减少由于电力供需矛 盾造成的损失，同时可以保护环境，达到促进经济、能源、环境的协调发展的目的。它适 合我国能源紧张、资金缺乏的国情，是缓解我国电力供需、缩小峰谷差、提高负荷率的有 效方法。 如前所述，随着市场改革的逐步深化，新的负荷管理已不同于传统的负荷管理t 它不 再是电力部单方面进行的管理，要实现负荷管理的目标，必须多方配合t 协调完成，它 涉及到了电力公司、_ i ： j 户和政府机构等多方面。负荷管理的每一项措施都是一项投资活动， 冈此，它们不仅要在技术上是可行的，而且在经济上也应该是合理的。由丁负荷管理的措 施有很多种，而各方本身义有自身的特点和要求，冈此，在采取具体的负荷管理措施之前， 第4 页 东南大学硕士学位论文 需要对其实施后产生的影响进行全面评估，需要考虑到安全、经济、可行等多方面的因素。 做好评估工作，选择可行且有效的负荷管理措施，将有助于负荷管理更好的实施。 在开放的电力市场下，买卖双方通过互联的电力网络来协商电价，进行电能交易。在 一定的需求水平r ，买方希望以较低的价格购买电能，而卖方则希望以较高的价格售出电 能，各方参与市场的目的是为了追求自身的最大经济利益。只有在能够获得较大的经济利 益的前提f ，各方才可能自愿参加负荷管理。所以，各方在参与负荷管理时是否都能获得 经济利益是负荷管理能否有效实施的关键。因此，效益评估就成了负荷管理评估工作中的 重要内容。 1 3 相关问题的研究内容及现状 由于人类社会面临着的能源短缺、环境污染等问题，阻碍了社会的发展，使得需求侧 管理的实施成为必要。对我国而言，要克服经济发展过程中所面临的能源短缺，资金缺乏、 环境污染等问题，也必须实施需求侧管理，这已成为共识。 自9 0 年代需求侧管理进入我国以来，相关部门一直在对其进行研究，希望它能发挥最 佳效果。为了便于在众多的需求侧管理方法中选择可行而有效的需求侧管理方法，首先要 做好它的评估工作。所以，对需求侧管理的评估工作也一直受到各方的重视。 现在对需求侧管理主要用的评估方法有：经验判断法、整体分析法和详细评估法【4 j 。 这些方法各有优缺点，但无论使用何种方法对需求侧管理进行评估，效益评估都是其中的 重要组成部分。通过对需求侧管理进行效益评估，有助于各部门选择行之有效的需求侧管 理措施。 在市场环境下，通过实施需求侧管理，希望达到以最小的成本获得效益最优。因此， 在对需求侧管理进行效益评估时，主要都是从成本一效益的角度出发的，它在需求侧管理 规划中的地位如图1 - 2 所示。文献 8 卜 1 2 中，在评估需求侧管理的效益时主要都是以最 小成本准则为基础，分别形成了多目标综合决策分析系统( 通过对供应侧和需求侧的数据 分析，给出需求侧管理的实施方案) 、决策影响评估模型和整体最大效益准则( 考虑了电价 改变对效益的影响) 等一系列需求侧管理的效益评估方法，从成本一效益的角度对需求侧 管理的效益进行了分析。 第5 页 东南大学硕士学位论文 图卜2 需求侧管理规划的步骤 f i g 1 2p r o c e d u r eo fd e m a n ds i d em a n a g e m e n tp l a n n i n g 由于需求侧管理的实施涉及到多方面的利益，需要各方面的配合，所以在对需求侧管 理进行成本一效益分析时，通常都是从电力公司、参与用户、非参与用户和社会等几方面 加以考虑，对它们投入的成本及获得的效益进行分析与计算研究其经济上的可行性。成 本一效益评估的准则可归纳为边际成本的有效性”】，在我国，各地区也都是从经济学的角 度，通过计算可避免电量、可避免峰荷容量、可避免电量成本、可避免峰荷容量成本、单 位节电成本等指标来进行评估的，如文献 1 3 一 1 6 。 效益评估工作作为需求侧管理规划中的重要环节对需求侧管理的有效实施起着重要 的作用。而负荷管理作为需求侧管理的重要内容，是需求侧管理中最直接、效果最明显、 与电力部门关系最密切的一项工作。现在，随着负荷管理工作的深入开展、措施的广泛应 用，负荷管理已受到各方重视，对它的实施所产生的敬益进行评估，将对需求侧管理的实 施起到重要作用，所以也受到各方的重视。 负荷管理与需求侧管理在进行效益评估时具有一定的共性，所以通常也是以最小成本 准则为基础，从成本一效益的角度对其进行分析的，但这只是分析了负荷管理的经济效益。 另外，对于负荷管理的环境效益也同样可以以二氧化碳和二氧化硫的减排量作为衡量 指标 3 。但以往在计算实施需求侧管理所减少的二氧化碳和二氧化硫的排放量时，主要考 虑的是由于节电而减少的燃煤消耗，而实施负荷管理后因机组运行条件的改善而使能源利 用率的提高所产生的影响却未考虑。 由于在评估时，还要注意可比性，所以负荷管理后由于系统可靠性的提高而对效益产 生的影响，也同样需要考虑，在分析过程中应加以考虑。所谓可比性是指：对一项措施进 行效益评估时需要在系统可靠性相同的情况下进行。经验表明，通过需求侧管理及负荷 管理的实施，将会改善负荷曲线的形状减小峰谷差，提高系统的可靠性。至于究竟可以 提高到什么程度，能起到什么作用，产生多大的动态效益，在过去只是进行一些定性的分 | 6 页 东南大学硕士学位论文 析现在国外已经开始从理论上对其进行分析，如文献 1 9 卜 2 5 ，分别从时序负荷曲线和 持续负荷曲线的角度对可靠性的影响进行了分析，其中文献 2 1 卜 2 5 中运用持续负荷曲线 的概念进行的分析，克服了时序负荷曲线无法反映负荷随机波动的缺陷，并可从可靠性指标 的变化来确切反映负荷管理对系统可靠性的影响。我国也己开始重视这一问题，在文献 2 6 一 2 8 中就开始对可靠性改变所产生的影响进行了分析，但尚未对因此所产生的动态效 益进行计算。但所有这些l ：作都将对计算负荷管理的动态效益将起到重要作用 1 4 本文的主要工作 本文主要的1 ：作是要对负荷管理产生的效益进行评估，这将有助于各方根据实际情况， 做好负荷管理的规划上作。所以文中首先将分析一f 负荷管理的效益产生的原因，然后主 要对负荷管理的经济效益、环境效益和动态效益进行分析。 ( 1 ) 在分析负荷管理的经济效益时，将运用成本一效益的分析方法。 因为负荷管理工作是需求侧管理的重要内容之一，所以它与需求侧管理存在有一定的 共性。因此在对它进行经济效益评估时，也同样可以运用成本一效益评估的方法，对负荷 管理的行为主体进行评估。在分析过程中，本文首先将运用成本一效益评估的方法，对实 施负荷管理所产生的经济效苘从电力部门、用户、社会等几方面进行评估。但负荷管理 的经济效益并不是各项效益的简单相加，所以文中将根据负荷管理的实际情况，给出负荷 管理经济效益评估的模型。由于负荷管理与需求侧管理也有一定的区别所以在进行分析 时还应注意。 除了从电力部门、用户、社会等几方面对负荷管理产生的经济效益进行评估外，还需 考虑到：由于措施的多样性和用户自身的特点，所以不同的用户对不同的措施的响应度也 将不同 2 9 ) _ 嘲 。因此，本文将在成本一效益评估的基础上，从不同的负荷管理措旖出发， 考虑其对用户所产生的影响。 ( 2 ) 将简单分析负荷管理产生的环境效益。 负荷管理的环境效益可以通过二氧化碳和二氧化硫的减排量等指标加以衡量。在分析 时将计及园机组运行条什改善使能源利用率的提高所产生的影响。 ( 3 ) 将主要分析负荷管理的动态效益。 如前所述，由丁实施负荷管理后将会提高系统的可靠性，从而产生效蔬，所以对负荷 管理进行效赫评估也必须对这方面加以考虑。所以。本文除了上述工作之外，重点将对实 施负荷管理后，对系统可靠性产生的影响进行定量分析。本文将从等效持续负荷曲线的角 t 变 j 4 发，除了定性的分析了实施负荷管理将改善负荷曲线的形状从而提高系统可靠性外， 第7 页 东南大学硕士学位论文 还将建立负荷管理的发电模型，计算负荷管理对系统可靠性的影响。为了计算系统可靠性 的提高程度，文中将运_ i _ | j 其对系统可靠性指标的改变来反应。并通过算例的计算，分析提 高负荷管理有效程度的条件。在此基础上，文中还将根据可靠性指标的改变，运用替代的 方法来分析、计算网实施负荷管理而产生的动态效益。 论文的具体安排如f ： 第一章：绪论 对需求侧管理和负荷管理的产生及内容进行了简要描述，介绍了与本文相关的问题的 来源与研究现状，最后归纳了本文的主要工作。 第二章：负荷管理的经济效益与环境效益 分析负荷管理的效益的产生原因，从成本一效茄的角度，对电力公司、用户及社会等 儿方面因为实施负荷管理而产生的经济效益加以分析，给出负荷管理经济效益评估的数学 模型，井从不同的负荷管理措施分别产生的影响加以考虑；最后分析了负荷管理产生的环 境效益。 第三章：负荷管理对系统可靠性的影响 从负荷管理对负荷曲线的影响的角度出发，运用等效持续负荷曲线的概念，建立负荷 管理的发电模型，通过计算可靠性指标的变化，分析了因为实施负荷管理对系统可靠性产 生的影响。并通过算例的计算，分析了提高负荷管理有效程度的条件。 第四章：负荷管理的动态效益 在第三章的分析基础上，运用等效替代的方法对系统可靠性的改变所产生的动态效益 进行分析和计算。并运用算例计算负荷管理的动态效益，说明在对负荷管理进行效益分析 时，动态效益不容忽视。 第五章；总结与展望 对本文的，。1 ：作加以总结，并提出今后的进一步工作。 第8 页 东南大学硕士学位论文 第二章负荷管理的经济效益与环境效益 2 1 引言 负荷管理是电力公司为了达到想要的电力负荷曲线形状，借助于各种经济、技术手段。 在保证电力网络可靠性的同时。影响用户用电方式所进行的规划和实施行为。 当需求侧管理的概念引入电力行业以后，负荷管理的概念发生了一些变化，它区别于 传统的负荷管理，主要在于用户的有效参与和负荷管理领域的拓宽。电力公司借助于各种 有效的手段调动用户参与负荷管理的积极性，供需双方共同实现用电管理。在负荷管理 领域方面，除了传统的削峰填谷等负荷管理内容外，还增加了柔性负荷、战略性节电和战 略性负荷增长等多项新措施。作为是需求侧管理中最直接有效的手段负荷管理不仅是经 济问题更是能源持续发展、合理使用的优化问题，要大力做好宣传工作。 由于当今电力行业发展所面临的问题，使得实施有效的负荷管理成为必然。由于负荷 管理中的每一项措施都是一项投资活动，而且涉及到了电力公司、用户和杜会等多方的利 益，因此，它们不仅要在技术上是可行的而且在经济上也应该是合理的。所以，对负荷 管理措施进行效益评估同样也是负荷管理规划中的重要组成部分。 2 2 负荷管理的效益 通过有效的负荷管理，可以减小系统用电负荷的峰谷差、有效地改善负荷曲线的形状。 从而改善电网运行状况、提高能源的利用率，使有限的电力资源充分发挥其效益，减少由 于电力供需矛盾所造成的损失；同时可以保护环境，达到促进经济、能源、环境的协调发 展的目的，可以对电力的供应成本、环境效益、电能的数量和质量以及电价等方面产生影 响。不仅于此，通过有效的负荷管理，还可以产生一定的效益。它主要来自以下几个方面： ( 1 )由于系统峰荷的减少，可以减少系统的备用容量及装机容量的需求，从而减少了 新增装机容量、新的输配电设备的投资，在一定程度上也减少了短缺性燃料的需求。 ( 2 ) 系统峰谷差的减少，改善电网运行状况，使机组高效经济地运行，提高能源利用率， 同时避免了发电机组的频繁启停，减少了机组的损耗，减少了运行和维护等费用。 ( 3 )由于少建电厂、少发电能等原因，减少了二氧化碳和二氧化硫等气体的排放量， 从而减少了对环境的污染，减少了社会在环境治理方面的投入。 第9 页 东南大学硕士学位论文 根据负荷管理的效益产生的原因，可将其大致分为静态效益和动态效益两大类 2 1 ( i )静态效益 主要包括经济效益环境效益以及最终获得的社会效益。 经济效茄是指：因为实施负荷管理，减少或延缓新建电厂、减少对新设各的投资、以 及因此而赢接获得的各项经济效益。 环境效益主要是来自于因机组高效运行而减少的二氧化碳和二氧化硫等气体的排放， 减少环境的污染所节省的开支。 ( 2 )动态效益 动态效益是指：由于实施负荷管理。改善了负荷曲线的形状，提高了系统的可靠性所 体现出来的爬坡效益和备用效益。 本章首先运用成本一效益的分析方法 3 4 1 ，从电力公司、用户和社会三方面出发，对 负荷管理所产生的经济效益进行分析。然后分析不同的负荷管理措施对用户所产生的影响 及其可行性；最后简单分析了负荷管理的环境效益。 2 3 负荷管理的经济效益 由于负荷管理是需求侧管理的主要内容之一，所以它在分析时，与需求侧管理的分析 方法相似，存在有一定的共性。因此本章在分析负荷管理的经济效益时，与需求侧管理 的分析方法一样。 2 3 1成本一效益分析方法概述 3 成本一效益分析是对工程项目技术方案的投资效果进行的评价。针对负荷管理的具体 问题，在这里主要运用下面两种成本一效益分析的指标： ( 1 )可避免峰荷容量 可避免峰荷容量是指由于节电使电力系统避免的新增装机容量，在数值上它等于发电 第1 0 页 东南大学硕士学位论文 端可避免电力加上与电网相适应的系统备刚容量。对任负荷管理措施，可避免峰荷容量 都可表示为： 峨2 币翻 ， 式中： q 。一一可避免峰荷容量 只一一终端可节约的总电力 旯一一终端峰荷节电的同时系数 口一一电网输配电的损失系数 口一一发电厂厂用电率 y 一一系统备t | = j 容量系数 ( 2 )单位可避免峰荷容量成本 单位可避免峰荷容量成本是指在寿命期内，由于节电使电力系统峰荷容量减少所避免 新增装机容量的单位成本。单位可避免峰荷容量成本本质上就是边际供电成本的节约。所 谓边际供电成本就是每新增加单位装机容量所需的成本。单位可避免峰荷容量成本可表示 为： c ：五二! ：= l ：垒圣：垡叵鱼2 兰! ! ! 鱼塑 ( 2 2 ) q 一包一qd q 式中：一为装机容量为q 时的成本 l 。一一为装机容量为q 。一，时的成本 c ( q 1 一一为可变成本。包括运行成本和燃料成本 c 。( 口) 一一为不变成本，即固定资产成本 当单协可避免峰荷容量成本小于系统单位装机容量成本时，该措施成本有效。 2 3 2 负荷管理的成本一效益分析 r 面将根据成本一效茄分析方法的基本理论，结合负荷管理的实际问题。对负荷管理 进行成本一效黼分析。 负荷管理的成本一效益分析与需求侧管理的成本一效益分析的不同之处在于：需求侧 第1 1 页 东南大学硕士学位论文 管理的效益主要米白于峰荷容量的减少产生的效黼和总的电量的节约产生的效益这两部 分。而负荷管理产生的效益只是需求侧管理的效黼中的一部分，它主要来at - 峰荷容量的 减少产生的效茄。 对负荷管理而言，它的行为主体主要包括了电力公司、用户及社会三方面。所以，下 面将首先从这三方面着手分别去分析它们的成本与效益。 ( 1 )电力公司实施负荷管理的成本与效益 对电力公司而言，其实施负荷管理的成本c 。f 主要包括 增加的投资成本c ： 增加的投资成本主要是指为实施负荷管理而增加的投资、安装设备的费_ 【；| j ，它主要与 负荷管理设备的容量及设备的单位投资成本等因素有关。 增加的运行成本c 。： 增加的运行成本主要是指因采用负荷管理设备而增加的的运行费用和维护费用，它主 要与设备的容量、运行时间、单位运行成本等因素有关。 用户成本c 。： 并j 户成本主要是指因实施负荷管理而造成的电费损失和其他费用的损失，它主要与研 究周期、用户改变的负荷量及电价机制等因素有关。 考虑到设备的寿命期限( 设为n 年) 则电力公司实施负荷管理的成本g f 的相应计 算公式可写为： c 州= 善业趔型豁声盟型 式中： 岛一一负荷管理设备的容量 c f 一一单位设备的投资成本 f 一一殴各运行时间 c 。一一设备单位容量的运行成本 r 一一研究周期 ( 2 - 3 ) 第l2 页 东南走擘硕士孝住论丈 p 一研究周期内电价的差值，与政府实施的电价机制有关 硝一一心户改变的负荷姑，它与负荷管理设备的容蛙q “的大小有关 k 一一l u 力公司的折现率。 与j 乜力公司实施需求侧管理所需的成本c 。d 相比，负荷管理成本c p ，有所不同。不同 之处在丁：首先设备的投资、运行费用中所含的节电设备的投资与运行费用很少：其次用 户成本中因为1 y 电引起的电费减少也相对较少。 实施负荷管理后，电力公司的效益b 。，主要来自于 减少的燃料费用占p ，： 是指因为节省了煤、油等资源的消耗而减少的费用，它主要与燃料价格、负荷的改变 量、机组的发电能耗等因素有关。 减少的投资费用口“： 从短期来看，它主要包括的是困峰荷减少而减少的外购电的费用和违约赔偿费用，主 要与可避免峰荷容量和协议电价等因素有关；从长期来看，它包括困为新建或扩建电 厂、电网的减少而产生的各项投资的节约 1 。 3 0 。主要与单位设备的投资成本，可避 免峰荷容量等因素有关。 减少的环保费用b ，。： 对电力公司而言它主要是指环保设备的投资与运行费用减少，它主耍与能源利用率、 环保设备的运行成本及运行时间等因素有关。 减少的机组运行费用b 。： 是指网为改善了机组的运行条件而减少的运行、维护等费用，它主要与机组的运行 时间、运行成本、机组损耗等因素有关。( 由于这些费用的减少与系统可靠性提高也 有关，所以也可作为负荷管理的动态效益进行分析。) 计及设备的寿命划n 电力公司的效益口“相应的计算式可写为 第13 页 东南大学硕士学位论文 = 姜坐型监陵高声型型州 ：争堡：丝! 尝! ( 2 - 4 ) 一缶f 可一 式中：b 单位可避免峰荷容量成本，见( 2 2 ) 式 q 。一一可避免峰荷容量，见( 2 1 ) 式，它与负荷管理设备的容量包f 的大 小有关 l n 一一燃料价格 b 一一发电能耗，与负荷大小有关 q 一一能源利用率 e 。一一环保设备运行成本 c s 。一一机组的运行成本 口一一机组损耗 - 其它参数含义同前。 与电力公司实施需求侧管理所产生的效益b 一相比负荷管理的效益口p ，要小主要 是因为负荷管理的节电效益并不明显，使得燃料费用、环保费用、机组运行费用的减少主 要来自丁运行条件的改善，比需求侧管理减少的燃料费用、环保费用、机组运行费用要少。 ( 2 )用户实施负荷管理的成本与效益 对 ；f i 户而亩其实施负荷管理的成本c 主要包括： 增加的投资成本巳： 是指用户为实施负荷管理而增加投资的总费用。它主要与设备的容量及设备的单位投 资成本等因素有关。 增加的运行成本气： 是指冈新设备而增加的运行和维护等费用，它主要与新设备的容量、运行时间、单位 逛行成本等冈索有关。 第1 4 页 东南大学硕士学位论文 其它成本c 。 包括所有冈实施负荷管理而造成的损失( 或费用的增加) ，这里要扣除电力公司的折扣。 主要与负荷改变姑等闲素有关。 所以州户实施负荷管理的成本c 0 的计算式可写为： 耻善业趔掣铲塑型 s ， 式中：屹一一川户折现率 其它参数含义同前。 同样，对川户而言，它实施负荷管理的成本巳也小于实施需求侧管理的成本c “。 它不包含仃电设备的投资与运行的成本，c 0 只是c 0 的一部分。 用户实施负荷管理的效益主要来自于 节约的电费b d r 是指用户因为实施了负荷管理，改变了用电方式而节约的电费它主要与负荷的改变 量及电价机制等因素有关。 补贴费用b 女： 包括因实施负荷管理而得到的各项补贴费用以及折扣，主要与负荷改变量有关。如江 苏省苏南地区用户如参加可中断负荷管理，将可获得1 元k w h 的补贴。 所以用户实施负荷管理的效益b d f 的计算式可写为 = 善坐铲 式中：参数含义同前。 ( 2 6 ) 川户实施负荷管理而仃约的电费与实施需求侧管理所：仃约的电费不同之处在于它主要 第15 页 东南大擘硕士学位论文 来自丁负荷的改变所得到的电价的优惠，因为h 电而1 y 约的电费的含量要比实施需求侧管 理来得小。 ( 3 )社会实施负荷管理的成本与效益 对全社会米说，实施负荷管理的成本c ，主要包括 电力公司增加的投资、运行成本c ，、c ， 用户增加的投资、运行成本c 0 、 宣传、管理、规划的费用c 。f 所以社会实施负荷管理的成本e ，的计算式为 巳= 喜殳笋 式中：一一社会贴现率 ( 2 - 7 ) 在分析社会的成本与效益时，不在区别电力公司和用户，只需考虑各项直接费用及总 效益，至于用户成本、电力公司的折扣、电价补贴等属于社会内部转移费用，不必考虑。 全社会实施负荷管理的效益b ，主要来自于 电力公司和用户获得的总的经济效益日 冈负荷曲线改善而获得的各项直接经济效益，主要包括设备投资的减少和燃料的节 约。 因实施负荷管理对全社会产生的环境效益b 。 所以朴会实施负荷管理的效蔬口：，的计算式为 虬= 喜器 。， 第1 6 页 东南大学硕士学位论文 式中：参数含义同前。 在成本一效益的方法分析技术方案的效蔬时，可以用益本比b c r 或净现值n p v 等方 法来表示，但无论用什么方法，实质都是将技术方案的产出资本b 与投入资本c 的进行比 较。当产山人于或等于投入时，净效j ；f 火于等丁零( b - c 0 ) ，该方案才是经济有效的。 根据以往实施负荷管理的经验，可知实施负荷管理措施具有一定的经济性，是可行的。 例如：在某大厦采用冰蓄冷空调代替普通中央空调，虽然设备单位投资费用增加7 5 ， 但装机容量却可减少4 0 左右，并可削峰3 5 左右，通过利用峰谷电价的差价，年运行费 用平均降低3 6 2 ，在计及各项设备的购置费用、电力增容费用及设备运行费用后，仍可 获得经济效益，若再计及其它优惠政策，投资回收期仅一年左右( 数据来源见文献3 ) 。 2 3 3负荷管理的经济效益模型 对负荷管理而言，由于其涉及到多方面的利益，而各方均希望可以获得最大的净效益：， 所以在分析过程中需要从各个方面进行分析，不能只单纯的考虑其中一方的利益。由于负 荷管理的效益并不是各项效益的简单相加，某些方面的效益可能比其它方面的效益更加重 要，所以需要根据负荷管理的实际情况综合考虑。 在文献 3 2 中，提出了一个多目标的决策支持模型，它包含了负荷管理中的重要因素， 把降低峰荷增加电力公司收益和提高用户满意度这兰个目标综合考虑。但该模型仅分析 了负荷管理的短期效益，且忽略了负荷管理对系统低谷时的影响。为了综合分析负荷管理 的经济效益，将从以下几方面建立负荷管理经济效益的模型。 ( 1 ) 从系统的角度； 希望通过负荷管理的措施或手段，在系统峰荷时，可以缓解系统的压力，而在低谷时， 可以挖掘用电潜力，增加负荷需求，以保证系统的可靠性水平和运行效率。因此，一方面 应使系统负荷管理后的最大负荷需求最小，即削峰量最大；另一方面应使系统负荷管理后 的虽小负荷需求最大，即填谷量最大。 ( 2 )从用户的角度： 希望得到可靠、高质量的电能，并且在不影响其用电效果的同时。可以不增加额外的 费 支出，甚至获得效益。可以通过用户的不舒适度这一指标进行衡量，服务质量越高t 不舒适度就越小。 ( 3 )从备行为主体的角度： 希望使臼身的净效黼最人，即负荷管理的收黼与负荷管理的投入成本之差尽可能大。 第17 页 东南大学硕士学位论文 综上所述，可以得到负荷管理的经济效益评估模型： 目标函数 m i n m a x x 小工，2 ，x ， = m a x m i n 尸m 。一z 小己。一x ，2 ，一x ， ( 2 - 9 ) m a x m i n x m v 2 ，x 。 _ m a x m i n x 一p m 。，x ，2 一p m m ，。一尸m m 蚴 d 竹b m a x , - 肿- c h k ) 约束条件 只。一x 。，0 爿。一r 。2 0 i = 1 , 2 ，n ，= 1 或= 0 式中：z 。，一一负荷管理后i 时段的最大负荷 x 。一一负荷管理后i 时段的最小负荷 只。一一负荷管理前的最大负荷 f 。一一负荷管理前的最小负荷 d m 一一实施负荷管理措施女后不能达到适应度的负荷 x * 一一用户实施负荷管理措施的状况，实施t i r j k 2 1 ，反之为0 b m 一一实施负荷管理措施女所产生的效益 c 一一实施负荷管理措施七所需的成本 h = p ，d ，s ，分别代表电力公司、用户和社会 ( 2 - 1 0 ) ( 2 - 1 1 ) ( 2 - 1 2 ) 第1 8 页 东南大学硕士擘住论文 2 3 4 各项负荷管理措施的成本一效益分析 根据负荷管理的方法和手段的不同，大致可将其分为三类：直接负荷控制技术、非直 接负荷管理( 主要是可中断负荷管理) 和就地能源储备。对于不同的负荷管