（电气工程专业论文）基于城市规划的电力规划研究——以济南市为例.pdf

摘要 摘要 城市要发展，规划要先行，如何编制切实可行的电力规划使之既能满足城市 规划部门对城市形象及土地资源的要求，又能满足供电部门对系统经济性的要 求，是当前中国城市电力规划的重要课题。 本文结合济南市的电力规划指出了城市总体规划对城市电力规划的指导意 义，研究了城市电力规划中的饱和负荷预测、电源规划、站址规划、走廊规划等 方面的内容。饱和负荷预测基于城市总体规划中的用地规划，通过对不同用地性 质的分析，确定负荷在时间和空间上的具体分布情况，进而指导变电站的站址规 划。电源规划是以城市总体规划的空间布局为基础，多方案选择比较，确定合适 的电源建设位置，既满足用电需求又能适应生态环保的要求。通过对城市道路交 通系统、绿地系统的解读能够深入地了解城市脉络，选出切实可行的架空线路走 廊及高压电缆路由。在总体规划的指导下编制的城市电力规划可以在城市电力设 施布局专项规划或者控制性详细规划中做进一步的深化，确定用地范围和线路走 廊坐标，可直接满足建设要求。 以构建与城市生态环境和谐相容的城市电力系统为目标，通过对城市各层面 规划的深入解读，提出了一种切实可行的城市电力规划方法。在总规的宏观指导 下与控规的细化，通过量化分析与多方融合，解决了城市需要电力但又无法实施 的问题。规划的实施结果表明提出的规划方法是成熟高效的。 关键词：城市总体规划；城市电力规划；饱和负荷预测；站址规划；走廊规划； 电源规划 a b s t r a c t a bs t r a c t c 毋t od e v e l o p ，u r b a np l a n n i n gs h o u l dt ob et h ef i r s t h o wt op r e p a r ea p r a c t i c a la n de c o n o m i cp l a ni sa ni m p o r t a n ti s s u eo fc h i n a sc u r r e n tu r b a np o w e r p l a n n i n g ag o o dp l a ns h o u l db o t hs a t i s f yt h ec i t y si m a g er e q u i r e m e n t so ft h e u r b a np l a n n i n gd e p a r t m e n ta n dt h ee c o n o m i cr e q u i r e m e n t so ft h e p o w e rs u p p l y s e c t o r i nt h i sp a p e r , t h eg u i d a n c ee f f e c to ft h eu r b a no v e r a l lp l a n n i n go nt h ec i t y s e l e c t r i c i t ys u p p l yp l a n n i n gi sp r o p o s e du s i n gj i n a nc i t y 舔a ne x a m p l e t h ef o l l o w i n g p l a na s p e c t so fe l e c t r i c i t yp l a n n i n gh a sb e e ns t u d i e d ：s a t u r a t e de l e c t r i cl o a d f o r e c a s t i n g ，p o w e rs u p p l yp l a n n i n g ，s i t ep l a n n i n g ，c o r r i d o rp l a n n i n ga n ds oo n s a t u r a t e dl o a df o r e c a s t i n gi sb a s e do nt h e o v e r a l lu r b a np l a n n i n go fl a n d - u s e p l a n n i n g ，t h e na f t e ra n a l y s i so ft h en a t u r eo fd i f f e r e n ts i t e s ，l o a d si nt i m ea n ds p a c e o nt h es p e c i f i cd i s t r i b u t i o no ft h es u b s t a t i o nc a nb ed e t e r m i n e d t h el o a df o r e c a s t c a nt h e ng u i d et h es u b s t a t i o ns i t e sp l a n n i n g p o w e rs o u r c ep l a n n i n gi sb a s e do nt h e o v e r a l lu r b a np l a n n i n go ft h es p a t i a ld i s t r i b u t i o n a f t e rc o m p a r i n gt h em u l t i - s c h e m e s e l e c t i o n s ，a na p p r o p r i a t el o c a t i o no ft h ep o w e v b u i l d i n gc a l lb ed e t e r m i n e d ，w h i c h c a r lb o t hm e e tt h ed e m a n df o re l e c t r i c i t ya n dc a na d a p tt ot h ee c o e n v i r o n m e n t a l r e q u i r e m e n t s t h r o u g ht h ei n t e r p r e t a t i o no fu r b a nm a dt r a f f i cs y s t e ma n dt h eg r e e n s p a c es y s t e m ，ad e e pu n d e r s t a n d i n go ft h e u r b a nc o n t e x tt oe l e c tp r a c t i c a l h i g h - v o l t a g eo v e r h e a dl i n ec o r r i d o r sa n dc a b l er o u t i n gc a nb eo b t a i n e d t h e e l e c t r i c i t yp l a np r e p a r e du n d e rt h eg u i d a n c eo fu r b a np l a n n i n gc a nb ep e r f e c t e di n t h es p e c i a lp l a n n i n go rc o n t r o l l i n gt h el a y o u to ft h ed e t a i l e dp l a n n i n g ，w h i c hc a l lb e d i r e c t l ym e e tt h eb u i l d i n gr e q u i r e m e n t s t a k i n gt h eb u i l d i n go fah a r m o n i o u sa n dc o m p a t i b l eu r b a np o w e rs y s t e m 弱t h e g o a l ，t h i sp a p e rh a sp r e s e n t e dap r a c t i c a lm e t h o do fe l e c t r i cp o w e rp l a n n i n ga f t e r a n a l y s i so fa l ll e v e l so fu r b a np l a n n i n gi n d e p t h b yt h eo v e r a l lm a c r or e g u l a t i o na n d c o n t r o lr e g u l a t i o n sa n du n d e rt h eg u i d a n c eo ft h er e f i n e m e n t , t h ec i t ye l e c t r i c i t y 山东大学硕士学位论文 p r o b l e mh a sb e e ns o l v e dt h r o u g hq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sa n dm u l t i p a r t yi n t e g r a t i o n p l a n n i n gr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e dp l a n n i n gm e t h o di sam a t u r ea n de f f i c i e n t 0 1 1 e k e y w o r d s ：u r b a nm a s t e rp l a n ；u r b a ne l e c t r i c i t yp l a n n i n g ；s a t u r a t i o nl o a d f o r e c a s t i n g ；s t a t i o ns i t ep l a n n i n g ；c o r r i d o rp l a n n i n g ；p o w e rp l a n n i n g 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：孚j 查 日期：竺! ：竺 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：召生么导师签名：2 五童日期：三翌：兰! 至 第1 章绪论 第1 章绪论 电力作为关系国计民生的事业如今已与人们的生活休戚相关，尤其是在大 中型城市中，人们早已把它视同如空气一样认为是理所当然应该随时拥有的。 但是随着近几年城市规模的飞速扩张以及经济的迅猛发展，很多城市中心地带 的负荷急剧增长，急需新建站点来支持，但这些中心地带往往是寸土寸金，土 地资源极其宝贵，景观需求非常高。于是站点走廊的选址、落实成为亟待解决 的问题【l _ 5 l 。 电力部门编制的发展规划是如何落实到城市建设当中呢? 在以往的操作中 通常是供电部门将编制的“电网发展规划”报给市政府，再由城市规划部门与城 市规划衔接后，纳入“城市总体规划”当中，形成一个“电力专项规划”分项。在 城市发展规模普遍较小的历史时期，用地和走廊资源相对丰富，两者之间侧重 点的差异很容易协调。但随着城市的发展，土地资源越来越稀缺，人们的经济 和环保意识越来越强，仅仅注重电网经济和可靠性的规划方案已基本无法实施， 而完全按照城市要求的规划方案供电部门又难以承受，二者之间非常难以协调， 因此开发强度很大的中心城区站点与走廊的建设时序长，主要是对选址的分歧 太大。要解决这些矛盾我们必须先了解“城市规划”、“电网发展规划”、“电力 专项规划”的概念 6 - 9 。 1 1 城市规划 城市规：蛇* j ( u r b a np l a n n i n g ) 是一项政策性、科学性、区域性和综合性很强的 工作。它要预见并合理地确定城市的发展方向、规模和布局，作好环境预测和 评价，协调各方面在发展中的关系，统筹安排各项建设，使整个城市的建设和 发展，达到技术先进、经济合理、“骨、肉”协调、环境优美的综合效果，为城 市人民的居住、劳动、学习、交通、休息以及各种社会活动创造良好条件。 城市规划的方法，各国不尽相同，例如英国的发展规划，联邦德国的土地 使用规划和地区详细规划，苏联的总体规划、近期建设规划和详细规划。中国 编制城市规划，从5 0 年代以来基本上采取第二次世界大战前后国外流行的方 山东大学硕士学位论文 法：先论证城市发展性质，估算人e l 规模；再确定土地使用方式，组织建筑空 间结构，确定道路交通系统及其他主要市政工程系统等；然后编制城市总体规 划和城市详细规划。这种规划基本上是一个物质环境规划，为一个城市的未来 各种活动安排空间结构，是一幅要在规定期限内( 如2 0 - - 3 0 年内) 加以实现的城 市物质环境状态的蓝图，用以指导城市建设。 自上世纪8 0 年代以来，中国的城市迎来了发展的黄金时期，城市规模日趋 增大，城市规划作为发展龙头的作用日益增大。城乡规划法的实施更是确定 了“规划”的法律地位，城市的建设，项目的落地都是以城市规划作为依据。 城市规划的主要层次自上而下主要有：城镇体系规划、总体规划、分区规 划、详细规划。 城市总体规划是城市在一定时期内发展的计划和各项建设( 或各项物质要 素) 的总体部署，是城市规划编制工作的第一阶段，也是城市建设和管理的依据。 其任务是：根据国家对城市发展和建设方针、经济技术政策、国民经济和社会 发展的长远规划，在区域规划和合理组织区城城镇体系的基础上，按城市自身 建设条件和现状特点，合理制定城市经济和社会发展目标，确定城市的发展性 质、规模和建设标准，安排城市用地的功能分区和各项建设的总体布局，布置 城市道路和交通运输系统，选定规划定额指标，制定规划实施步骤和措施。最 终使城市工业、居住、交通和游憩四大功能活动相互协调发展。总体规划期限 一般为2 0 年。近期建设规划是总体规划的组成部分，是实施总体规划的阶段性 规划。 总体规划的具体内容包括：( 1 ) 确定城市性质和发展方向，估算城市人口 发展规模，确定有关城市总体规划的各项技术经济指标；( 2 ) 选定城市用地， 确定规划范围，划分城市用地功能分区，综合安排工业、对外交通运输、仓库、 生活居住、大专院校、科研单位及绿化等用地；( 3 ) 布置城市道路、交通运输 系统以及车站、港1 3 、机场等主要交通运输枢纽的位置；( 4 ) 大型公共建筑的 规划与布点；( 5 ) 确定城市主要广场位置、交叉1 3 形式、主次干道断面、主要 控制点的坐标及标高；( 6 ) 提出给水、排水、防洪、电力、电讯、煤气、供热、 公共交通等各项工程管线规划，制定城市园林绿化规划；( 7 ) 综合协调人防、 抗震和环境保护等方面的规划；( 8 ) 旧城区的改造规划；( 9 ) 综合布置郊区居民 2 第1 章绪论 点，蔬菜、副食品生产基地，郊区绿化和风景区，以及大中城市有关卫星城镇 的发展规划；( 1 0 ) 近期建设规划范围和主要工程项目的确定，安排近期建设用 地和建设步骤；( 1 1 ) 估算城市近期建设投资。城市总体规划是一项综合性很强 的科学工作。既要立足于现实，叉要有预见性。随着社会经济和科学技术的发 展，城市总体规划也需进行不断修改和补充，故又是一项长期性和经常性的工 作。而这其中，总体规划与电网发展规划所处的层面是吻合的，是构建和谐城 市电力规划的重要契舍点。 1 2 电网发展规划 图i - 1 济南市城市总体规划用地规划图 目前电力部门编制的电网发展规划，主要是电网内部的研究，注重供电可 靠性、投资经济性以殷电网结构，关注近期发展( 5 2 0 年) ，通常有确定的规划 水平年及逐年的建设明序。电网发展规划通常包括“电网现状分析、电网规划目 标及原则，电力需求预测及电力电量平衡，电网规划”等章节。具体肋规划内容 主要体现在电力需求预测和电网规划部分。 电力需求预铡( 负荷预测) 主要采用弹性系数法、产值单耗祛等方法。这两 种方法都是从全社会总用电量入手，求得各水平年电网最大负荷。这种方法只 山东大学硕士学位论文 是对城市用电的总体控制无法揭示出城市内部的负荷分布特点。这就导致了 在“电网规划”中，站点的布置高压架空线走廊的设置没有数据支撑，主观性强， 可操作性差。“电网规划”主要表现形式为“电网地理位置接线图”和“潮流计算 图”。 图l 之电网发展规划中的地理位置接线幽 13 电力专项规划 圈l - 3 电网发展规划中的潮流计算蚓 除了电力部门编制的行业规划，城市规划部门在总体规划中编制了电力专 项规划，它是总体规划中的一个分项，与给水、排水、燃气、热力、通信等并 第1 章绪论 列。城市总体规划中的电力专项规划，主要注重的是能否保证城市发展所必需 的电力基础设施，并使之与城市发展的其它要素相协调，主要关注城市建设用 地的分配和站点走廊的定位，通常没有确定的水平年，一般在电网结构、供电 可靠性、投资经济性等方面的研究并不深入。 圈1 4 城市总体规划中的电力专项规划图 1 4 本文的目的和意义 随着改革开放的不断深入，我国的城镇化率不断提高，城市中心区的用电 水平也在不断攀升，对电力需求的速度日益加大，大量的变电站亟待建设。然 而城市中心区宝贵的土地资源和景观需求难以承担变电站及架空走廊的消耗， 如何让电力设施融入城市的发展环境，让城市保证电力设施的安全是摆在城市 电力发展面前的一个难题。 本文通过对济南市城市电力规划的分析，探讨了编制城市电力规划的 主要内容，及如何站在城市规划和电力系统安全的角度去建立城市电力规划体 系的诸多要素，如何使城市总体规划能真正地指导电力规划，并在下一个规划 层面能具体地指导项目建设施工。本文开拓了城市电力规划的新思路，对电力 项目从宏观到微观，从规划到实旖都提出了具体的方法，对当前城市的电力规 划具有指导意义，并对基于a r c g l s 、m a p i n f o 等地理信息系统的电力规划系统的 山东大学硕士学位论文 建立有抛砖引玉的作用。 1 5 本文的主要工作 城市规划是对整个城市的总体发展方向的控制，基于城市规划的电力规划 主要包含：负荷预测、电源规划、站址走廊规划。 在对济南市电力发展存在问题全面调研基础上，分析电力发展面临机遇与 挑战，立足电力长远发展，借鉴国、内外电力发展经验，确定电力发展方向、 原则与目标，制定济南市电力规划。具体内容包括： ( 1 ) 济南市电力概况； ( 2 ) 饱和负荷预测； ( 3 ) 电源规划； ( 4 ) 站址规划； ( 5 ) 走廊规划； ( 6 ) 站址与走廊规划的落实； 6 第2 章济南市概况 2 1 济南市总体概况 第2 章济南市概况 济南市位于山东省中部，南倚泰山，北临黄河，是山东省省会，全省政治、 经济和文化中心，著名的泉城和国家级历史文化名城。济南市是环渤海地区中 心城市之一，全国重要的交通枢纽，铁路、公路、航空四通八达。目前，济南 市下辖六区一市三县，总面积为8 1 7 7k 盯，2 0 0 5 年全市总人口为5 9 7 4 万人。 根据山东半岛城市群总体规划，济南将成为区域发展的中心城市，山东 的政治、文化、科研、教育中心，山东中西部以及省际区域交通枢纽、区域性 金融中心和区域性工业基地，以现代服务业为主导、高新技术产业发达的综合 性省会城市。“十五”期间，按照山东省委、省政府“实现新跨越，建设新泉城” 的总体要求，济南市确定了“拓展发展空间，规划建设新区，改善提升老城”的 城市空间发展战略和工业强市、“大抓工业、抓大工业”的经济发展战略，国民 经济持续快速协调健康发展，2 0 0 5 年地区生产总值为1 8 7 6 5 亿元，人均生产总 值达到3 1 6 0 4 元。 济南市城市总体规划( 2 0 0 6 - 2 0 2 0 年) 规划分为中心城市一次中心城市 一中心镇一一般镇四级结构。中心城市为市域城镇体系和都市圈的中心，次中 心城市为章丘城区及平阴、济阳、商河三县县城，规划中心镇1 6 个，一般镇 3 0 个。2 0 1 0 年中心城人口为3 4 0 万人，建设用地控制在3 3 0 km 2 以内；2 0 2 0 年 中心城人口达到4 3 0 万人，中心城建设用地规模将由2 0 0 5 年的2 9 5 km 2 增至4 1 0 k m 2 。 中心城规划形成“一城两区”的空间布局结构。“一城”为主城区，“两区”为 西部城区和东部城区。 7 图2 - 1 济南市中心城结构图 ( 1 ) 主城区。主城区位于京福高速公路以东、绕城高速东环线以两、黄河与 南部山体之| 百i ，山腊l h 、党家、1 日城、燕lj i 、王舍人和贤文六个片区组成。 主城区的拱划重点是优化用地结构，调整和强化政治、经济、科技和文化 中心功能并发展会展、体育、物流等新兴服务业；建设腊山、燕山两个新区， 疏解旧城的中心功能；加强王舍人、贤文两个片区传统产业的改造和高新技术 产业的发展。 在泉城路地区建设以商业，盒融、旅游服务为主导功能的城市中心：在腊 山新区中部依托京沪高速铁路枢纽，建设以商务和会展为主导功能的城市中心； 在燕山新区南部建设以行政办公、体育休闲、文化娱乐等为主导功能的城市中 心。 土城区人几规模控制在3 1 0 万人，j | j 地规模控制在2 9 0km 4 。 ( 2 ) 西部城区。西部城区位于主城区西南，由文昌、平安和崮山三个片区组 成。 西部城区规划以发展高等教奇、高科技产业、生活居住为丰形成现代化 新城区。在崮山片区北部建设服务于西部城区的地区中心。 西部城区人口规模控制在5 0 万人，用地规模控制在5 0k 吖。 ( 3 昧部城区。东部城区位于主城区东侧，由郭店、孙村和彩石三个片区组 成。 第2 章济南市概况 东部城区规划的重点是发展高新技术产业、高附加值制造业和加工业，并 完善生活居住、公共服务配套，形成现代化新城区。在孙村片区西部唐冶建设 服务于东部城区的地区中心。 东部城区人口规模控制在7 0 万人，用地规模控制在7 0km 2 。 考虑到城区规划程度和负荷预测精度，同时考虑中心城区土地使用状况紧 张，为迸一步提高负荷预测准确性和实施电网变电站布点和线路走廊的规划， 选取中心城区进行空间负荷预测及其饱和负荷的预测。 2 2 济南市电力基本情况 2 2 1 电力需求概况 2 0 0 5 年济南市全社会用电量为1 5 2 9 亿k w h ，同比增长1 5 7 ，最大负荷 为2 8 6 2 m w ，同比增长1 9 9 ，2 0 0 5 年最大负荷发生时，济南电网外受电比例 约为3 2 。 “十五”期间，济南市用电量随着国民经济的高速发展，呈现快速增长的趋 势，2 0 0 5 年全社会用电量是2 0 0 0 年的1 6 7 倍，2 0 0 1 - 2 0 0 5 年年均增长率为 1 0 8 。2 0 0 5 年电网最大负荷是2 0 0 0 年的1 7 4 倍，2 0 0 1 - 2 0 0 5 年济南电网最 大负荷年均增长率为11 1 。2 0 0 2 年全市地区生产总值突破千亿元，用电量超 过百亿千瓦时，2 0 0 2 年到2 0 0 5 年全社会用电量年均增长率都达到两位数。 表2 - 1济南市2 0 0 0 , - 2 0 0 5 年电力需求情况表 单位：亿k w h 、m w 、 “十五” 年份 2 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 平均 用电量 9 1 49 8 01 0 8 51 1 9 71 3 2 21 5 2 9 增长率 7 21 0 71 0 3l o 41 5 71 0 8 最大负荷 1 6 9 01 8 1 52 0 2 5 2 1 2 6 2 3 8 62 8 6 2 增长率 7 41 1 65 01 2 21 9 91 1 1 2 2 2 电源概况 济南市电源点包括本地电厂和向济南市供电的5 0 0 k v 变电站，两者互为补 充，为济南市提供稳定的电力供应。 9 山东大学硕士学位论文 至2 0 0 5 年底，济南市境内装机总容量1 7 3 6 7 m w ，全部为火电机组，最大 单机容量3 3 0 m w 。石横电厂位于与济南市邻近的肥城县内，装机容量1 2 0 0 m w ， 2 0 0 5 年发电量为9 0 亿k w h 。目前该厂主要向济南送电，分配装机容量约 8 0 0 m w 。考虑石横电厂容量后，济南市电源装机总容量为2 5 3 6 7 m w 。其中： 黄台电厂装机容量1 0 0 5 m w ，章丘电厂装机容量2 9 0 m w ，统调装机容量 1 2 9 5 m w ，占装机总容量的5 1 ；地方小电厂及用户自各电站1 7 座，装机容量 4 4 1 7 m w ，占装机总容量的1 7 ，石横电厂向济南供电容量8 0 0 m w ，占总装 机容量的3 2 。 截至2 0 0 5 年底，济南市有5 0 0 k v 变电站两座，分别为济南变和长清变， 两座变电站均为单组变压器，5 0 0 k v 变电总容量为1 2 5 0 m v a ，其中济南变容量 为5 0 0 m v a ，长清变为7 5 0 m v a 。 济南市十分重视新能源的利用，可再生能源和生物质能利用取得了长足发 展，在太阳能光热利用方面处于全国领先水平。目前在济阳县建设了垃圾填埋 气体收集发电项目，单机容量o 7 m w ，总装机容量3 5 m w ，已投产发电。 2 2 3 电网概况 济南电网是山东省网的重要组成部分，地处山东省网的中西部位置。济南 电网目前通过9 回2 2 0 k v 线路和5 回5 0 0 k v 线路与山东主网相连，处于省网西 电东送、南电北送通道重要位置。济南电网现已形成以5 0 0 k v 济南变、长清变 为支撑，2 2 0 k v 环网供电结构。城市北部济阳县、商河县由2 2 0 k v 中索变供电， 尚未实现与城区电网联网，现由相邻德州、滨州电网供电。城区1 1 0 k v 变电站 基本实现双电源供电，郊区存在部分单电源供电。城区配电网以1 1 0 k v 、1 0 k v 为主，郊县配电网以3 5 k v 、1 0 k v 为主。 至2 0 0 5 年底，济南电网有5 0 0 k v 变电站2 座，变电总容量为1 2 5 0 m v a ； 2 2 0 k v 变电站1 3 座，变电容量3 6 0 0 m v a ；1 1 0 k v 变电站6 8 座，变电容量 5 0 1 5 1 m v a 。济南电网有5 0 0 k v 线路6 1 6 k m ，2 2 0 k v 线路9 3 0 k i n ，11 0 k v 线路 1 0 5 7 k m 。 2 0 0 5 年济南电网供电可靠率全市为9 9 8 9 ，城区为9 9 9 3 5 ；综合线损率 全市为3 3 2 ，城区为3 1 ；综合电压合格率全市为9 9 5 3 ，城区为9 9 6 6 。 1 0 第2 章济南市概况 从上述指标可以看出，城区电网的供电质量和供电可靠性均高于全市总体水平， 符合城市发展的需要。 表2 - 22 0 0 5 年济南电网主要运行指标统计表 单位： 区域供电综合高压中压综合电压1 0 k v 电压 名称可靠率线损率线损率线损率合格率合格率 城区 9 9 9 3 53 1 00 7 44 6 89 9 6 79 9 8 2 全市9 9 8 9 03 3 20 9 74 3 29 9 5 39 9 7 0 第3 章城市电力规划中的负荷预测 第3 章城市电力规划中的负荷分析与预测 负荷预测的方法通常有单耗法、弹性系数法、负荷密度法、综合用电水平 法、人均电量预测法等。对已经有控制性详规的地区可以依据各地块分类建筑 选取需要系数预测出各地块和整个分区的近、远期负荷。对没有控制性详规的 地区，可以根据土地利用总体规划，用负荷密度法预测不同性质地块和整个分 区的近、远期负荷。预测结果可以用其它方法进行校核。近期负荷预测是安排 近期变电站建设计划的依据【1 睨1 1 。 负荷预测是编制城市电力规划的前提和基础，是合理确定城市电源、电网 规模、布局的基本依据，是科学决策的必要条件。加强负荷预测，对正确引导 电源与电网规划，落实科学发展观，促进济南电力与经济社会健康发展具有重 大作用。 电力行业是一个产业关联度极大的基础行业，几乎是一切产业和社会正常 运行的必要前提，由于在当前技术条件下，电能不能大规模、长时间存储，其 产、供、销一次完成，基本上须瞬时平衡，因此对负荷预测的要求更为严格。 若负荷预测偏低，会造成规划偏小，导致电力建设滞后，供给小于需求，引起 电力供应紧张、供电可靠性和质量下降，造成其它企业不能正常生产，甚至造 成供电或用电方的严重经济损失的系列反应，引起社会的混乱和稳定，给国家 和社会造成不可弥补的损失；反之，由于电力工业是个投资密集的行业，负 荷预测偏高，会造成规划偏大，导致发、输、配电设备过早过多地投入，又造 成资金和资产的闲置、积压和浪费。本研究根据基础资料，全面深入分析负荷 与经济发展的历史规律与关联关系，以济南经济社会发展规划为依据，采用多 种预测方法及计算模型，准确地预测目标年负荷水平，为科学合理地开展电力 发展规划提供依据。 随着济南市发展，土地资源日益紧张，环保要求越来越高，电力与城市发 展协调问题越来越突出，通过国内外对饱和负荷的研究，以济南城市规划为依 据，深入研究济南市不同负荷类型小区长远发展要求与饱和密度，为济南电力 规划提出饱和负荷的刚性规划目标，研究分析济南市中长期发展对电网的要求， 山东大学硕士学位论文 以远期要求指导近期发展，确保济南市电网长远健康发展奠定基础。 3 1 饱和负荷预测的概念 城市电量需求和电力负荷增长在不同时期呈现不同的特点，主要由城市社 会经济发展、经济增长方式、产业结构、人口规模、资源条件和电力供应程度 等决定。 根据国际发达国家的经验，一个城市初期经济可能发展比较快，但随着土 地资源逐步使用，当生产力水平发展到一定阶段，经济增长较缓慢，呈现为一 种饱和状态。与经济发展规律相近，当城市规模和经济水平发展到一定时期， 受到土地资源、人口及环境资源等的限制，电力消费呈现出一种饱和态势，电 量和负荷增长速度缓慢或停止，人均用电量相对稳定，城市用电负荷相对稳定， 负荷达到饱和，电源与电网建设放缓，以扩建与改造为主，新建项目稀少。 3 2 饱和负荷预测的意义 党的十六大确定了全面建设小康社会的总体目标，对城市规划的编制提出 了新的更高要求。随着工业化、城镇化快速发展，城市扩张和基础设施建设是 必须的，作为重要基础设施的电力也将随之发展，但由于资源与环境的容量有 限，目前技术条件下的电力工业不可能无限发展，因此通过研究饱和负荷，可 以着眼长远，为电力发展的最终规模提供依据，更好的指导近期规划，为电力 与城市可持续发展奠定基础，是贯彻落实科学发展观的具体体现。 我国包括济南在内的部分城市由于发展较快，城市土地资源越来越宝贵， 电力与城市发展协调问题越来越突出，城市电网建设如果缺乏长远规划，随着 城市的发展，势必进行大量、频繁的改扩建，影响城市发展，增加电网建设成 本。通过研究确定饱和负荷，可以确定城市电网最终规模，以远景电网规划为 目标，指导近期电网规划与建设实施，确保电网发展与城市发展相协调，避免 不必要的改扩建工程，提高资金利用率【2 。 1 4 第3 章城市电力规划中的负荷预测 3 3 饱和负荷预测的基本方法 饱和负荷预测应根据城市总体规划，结合本地区国民经济发展水平、国内 外同类型城市或地区的相关资料，确定城市或地区出现饱和负荷时所具有的人 口、人均特征参数和负荷密度等指标，并以此为依据预测饱和负荷。在饱和负 荷计算过程中，要充分考虑到不同城市或地区及该城市或地区不同时期的特殊 性，结合城市或地区发展目标和经济发展程度，综合分析论证给出远景饱和负 荷水平。 根据负荷预测的基本理论方法和饱和负荷的特点，本报告主要采用以下三 种方法预测饱和负荷。 ( 1 ) 基于人口容量的特征参数类比法 由于电力是一个基础性行业，饱和负荷需求呈现多维化特征，特别是在受 人类活动影响巨大的城市系统中，城市饱和负荷涉及到城市的经济水平、社会 生活、资源水平、生态环境和实力需求诸方面，每个方面又包含着众多的影响 因素，其中，最主要的影响因素是人口与人均用电水平。因此，本方法通过人 口密度等方法研究确定饱和阶段城市人口容量，参照发达国家和地区经济发展 和电量增长规律，推导出增长需求表现饱和态势时该地区经济发展水平和人均 指标，并由人口数量、人均用电量和人均用电单耗等具有典型饱和特征的经验 参数推算求出该地区饱和负荷。 ( 2 ) 饱和负荷密度特征参数类比法 参照发达国家和地区饱和阶段负荷密度，推导出增长需求表现饱和态势时 该地区饱和负荷密度与土地分布等参数，推算求出该地区饱和负荷。 ( 3 ) 空间负荷预测法 依据城市总体规划确定的用地性质，用地面积，结合分类负荷的历史资料 和国内外城区饱和负荷特性的信息，采用与其它地区类比分析的方式确定单位 面积的饱和负荷密度( 或饱和负荷指标) ，最后将两者结合预测每一个小区的饱 和负荷。 山东大学硕士学位论文 3 4 饱和负荷预测思路 对济南饱和负荷的预测采用了多种不同特点的预测方法，具体的预测思路 如下： ( 1 ) 根据远景城市规划方案，采用人口容量法特征参数法与饱和负荷密度 类比法预测全市饱和负荷； ( 2 ) 根据中心城饱和负荷预测值，采用空间负荷预测法对中心城分区分片 的饱和负荷进行预测。其中中心城包括一城两区，即主城区、西部城区和东部 城区。2 0 2 0 年中心城规划人口规模为4 3 0 万人，规划范围1 0 2 2km 2 ，规划用 地规模4 1 0k 时。 3 5 饱和负荷预测 3 5 1 饱和负荷期人口容量预测 ( 1 ) 与土地面积相适应的最大人口容量 一般来说，城市人口密度分三类，疏散的、正常的和拥挤的，平均每平方 公里居住1 万人以下叫疏散的，1 2 万人是正常的，2 万人以上就是拥挤的。 根据国外经验，市区范围控制在4 0 0 0 人km 2 的标准为宜，而周边城区人口密 度应能够控制在5 0 0 人km 2 的标准为宜。 目前济南市全市人口密度为人口密度达到8 4 0a km 2 ( 含暂住) ，与欧美 国家郊区化分布城市的人口密度接近。考虑到我国仍处于人口上升的阶段，按 照国际人口密度分布的推荐标准，预计饱和负荷期，济南中心城区人口密度( 含 暂住人口) 应在正常范围内，中心城区约1 0 2 2k 砰，其中规划建设用地4 1 0k 时，人口密度将达到1 2 0 0 0a k 时，中心城人口约4 9 2 万人，其他地区面积约 7 1 5 5ki n ，人口密度约6 0 0 人k 时，饱和期济南市人e l 将达到约9 2 0 万人。 ( 2 ) 与全国人口增长及城市定位相适应的人口容量 2 0 0 5 年济南市总人口5 9 7 4 万，其中城市人口占5 5 ，预计济南市饱和负 荷期城镇人口比率将达到8 0 左右，约达到7 2 0 万人左右，中心城人口占7 0 ， 达到约5 0 0 万人。 1 6 第3 章城市电力规划中的负荷预测 ( 3 ) 参照世界主要城市人口密度确定人口容量 济南中心城人口密度可参照对应1 0 2 2 km 2 面积类似的香港、东京、伦敦等 城市，大约在4 0 0 0 - - - 6 0 0 0a km 2 上下，同样考虑到届时济南高度城市化特点， 按照5 0 0 0 人km 2 计，中心城饱和负荷期人口大约在5 1 0 万人左右。 ( 4 ) 饱和负荷期人口容量综合预测结果 以上从不同的角度对济南市人口饱和期人口容量进行了简单分析，分别得 到了相应的最大人口容量。我们进一步采用加权平均法综合分析人口容量，采 用的人口容量函数为： p ( t ) = i w i ( t ) 宰p i ( t ) ( 公式3 - 1 ) 式中：w i ( t ) 为加权函数，即对任意的t 0 ，都有和w i ( 0 芝o 和z w i ( t ) = l 。 p i ( t ) 为各种方法预测得到的最大人口容量。 综合分析，饱和负荷期间，济南全市最大人口容量约为9 5 0 万人左右，中 心城最大人口容量4 8 0 万人。 3 5 2 预测饱和负荷期的人均负荷水平 ( 1 ) 国际发达国家主要人均指标 美国、法国、英国等国家人均用电量在2 0 0 0 年左右进入饱和，这时各国人 均用电量7 0 0 0 8 0 0 0 k w h 。法国、德国、英国人均g d p 在2 2 0 0 0 - 2 4 0 0 0 美元 左右，与中国同处亚洲且人口密度大的日本人均g d p 接近4 0 0 0 0 美元，各国人 均电力单耗2 5 0 0 , - - 一3 5 0 0 k w h 万美元左右。 ( 2 ) 济南饱和负荷期人均用电量水平预测 参照主要发达国家用电情况和历史经济发展过程，根据我国发展阶段，预 计达到饱和阶段时，由于正对应工业化的高峰，因此人均用电水平比发达国家 上世纪九十年代所呈现出具有饱和特征的人均用电水平应略高，人均用电量指 标在7 0 0 0 k w l l 年左右。 根据济南经济发展战略，2 0 2 0 年济南人均g d p 达到1 5 0 0 0 美元以上，三 产的产业结构为3 ：4 5 ：5 2 ，与发达国家相比，工业比重较高。预测济南全市 大约在2 0 3 5 年左右达到饱和，届时人均g d p 将达到2 0 0 0 0 美元以上，第二产 业用电比重仍占较高比例，鉴于济南的省会城市地位，经济社会应排在我国前 1 7 山东大学硕士学位论文 列，人均水平高于全国平均水平，因此，人均用电量水平应在7 5 0 0 k w h 人左右。 中心城区是济南的政治、经济、文化的中心，预计将以第三产业、高科技 产业及居民生活用电为主，中心城用电负荷大约在2 0 3 0 年用电负荷基本达到饱 和。人均用电量水平应高于全市平均水平，约在8 0 0 0 k w h 人左右。 3 5 3 负荷特性指标的确定 2 0 0 5 年济南最大负荷利用小时数5 4 0 0 小时，预计到2 0 2 0 年下降到5 0 0 0 小时，随着济南市产业结构的调整，预计2 0 2 0 年以后济南第三产业及高科技产 业所占比重将有一定增长，年负荷率和最大负荷利用小时数降低，但考虑到需 求侧管理等先进高效节能技术的推广，负荷率变化较小，济南达到饱和负荷时 最大负荷利用小时数约在4 9 0 0 小时左右。而中心城随着用地功能结构调整，电 力负荷特性也将发生相应变化，三产与居民生活用电比重较高，年负荷率和最 大负荷利用小时数将比全市平均水平更低，根据2 0 2 0 年中心城用地情况推算， 济南中心城达到饱和负荷时最大负荷利用小时数约在4 5 0 0 小时左右。 3 5 4 基于人口容量预测饱和负荷 预测2 0 3 0 年济南中心城达到饱和负荷，2 0 3 5 年全市达到饱和负荷。 饱和阶段济南全市最大人口容量约为9 5 0 万人左右，济南全市人均用电量 7 5 0 0 k w l l 年，最大负荷利用小时数4 9 0 0 小时，人均最大负荷约在1 6 7 k w ，可 以推算饱和负荷期的饱和负荷约为1 5 8 3 万k w 。 饱和阶段济南市中心城最大人口容量约为4 8 0 万人左右，中心城人均用电 量8 0 0 0 k w h 年，最大负荷利用小时数4 5 0 0 小时，人均最大负荷约在1 7 8k w ， 可以推算饱和负荷期的饱和负荷约为8 5 3 万k w 。届时，全市平均负荷密度为 1 9 m w ki n 。 3 5 5 饱和负荷密度特征参数类比法 参照发达国家和地区饱和阶段负荷密度，推导出增长需求表现饱和态势时 该地区饱和负荷密度与土地分布等参数，推算求出该地区饱和负荷。 以济南市为例，应用特征参数类比法对济南市进行饱和负荷预测时，首先 1 8 第3 章城市电力规划中的负荷预测 对国外发达国家及城市经济发展和电力需求的资料进行类比分析，以济南市经 济发展速度为基础，推导出济南市表现饱和态势对经济发展和负荷密度情况， 同时选择国内外特性相近的代表性城市的饱和负荷水平进行修正。 t，r 凳 一 ，；。7 】 - 茹一一= 1 ! 一著；彳：三，| ：，。- ：一 图3 - 1 济南市城市总体规划用地规划 3 55 1 国内外部分城市负荷密度情况 为提高饱和负荷预测的准确性，揭示负荷增长规律，建立负荷密度指标体 系，分g 幔t 取国外东京、巴黎、纽约和我国首都北京、经济中心上海5 个城市 进行用电增长情况分析。 表3 - l 国际太都市经济增长与用电情况概况表 市域面积 中心城 全市最大负中心城虽犬 全市负荷密中心城负荷 城市城市性质面积m 度( m w k密度( m w k ( k 时) 荷( 万k w )负荷( 万k w ) m 1 1 r n 1 时1 东京首都2 1 5 56 1 31 3 9 4 652 27 纽约金融中心 1 2 4 2 06 7 12 7 2 79 5 8 02 21 43 巴黎 首都 2 0 6 01 0 5 3 0 0 02 86 北京首都1 0 4 1 01 0 8 59 4 0 0 6 上海+经济中心6 3 4 0 6 6 3 1 6 8 8 27 东京是日本的首都，是日本最大的工业城市，工业产值居全国第一位， 同时也是日本的商业、金融中心；面积6 1 3k 研，人口8 3 0 万加流动人口1 1 0 0 万。1 9 9 5 年东京都最大负荷1 3 9 4 万k w ，中心城区负荷密度是2 27 m w k 时。 目前东京电网负荷增长已摹本饱和，1 9 9 7 2 0 0 2 年东京