（技术经济及管理专业论文）基于DSM的电力负荷管理技术的研究.pdf

摘要 摘要 电力需求侧管理( d s m ) 是电力管理的一种重要手段，它最早起源于能源消费 量居世界首位的美国。由于2 0 世纪7 0 年代出现的第二次世界能源危机，以及 日趋严重的环境保护压力和实现电力可持续发展的要求，使电力需求侧管理备 受重视和关注，很快风靡于发达国家和发展中国家，随着d s m 在一些国家的实 施，收到了很好的效果。最近1 0 年，d s m 在我国也得到了广泛的应用，并取得 了许多重要成果，产生了一定的社会效益和经济效益。 随着我国经济向市场化和全球化方向快速发展，我国电力工业的经营环境 和发展空间也正发生巨大变化，电力工业改革与发展在新的世纪将面l 艋十分严 峻的挑战。造成电力供需形势日趋紧张的重要原因是随着国民经济产业结构的 调整和电力工业的发展，我国的用电结构发生了很大的变化，突出表现为第三 产业用电比重的不断上升，居民生活用电增长迅速，并相应使供电负荷率呈下 降趋势，而负荷的峰谷差则是逐年增大。同时，电网装机的单机容量越来越大， 单机发电容量的投资也逐年上升。通过实施电力需求侧管理，对负荷进行移峰 填谷，可以提高电网的负荷率，缩小用电峰谷差，改善发供电设备的利用率， 降低供电成本，减少或推迟发电装机，并可减轻环境污染，同时可使电力用户 提高用电效率，降低用电成本，具有相当大的社会和经济效益。正是这些原因， 使得对电力需求侧管理的研究成为当前的热点。 本论文的主要研究内容分三个部分，首先分析了我国目前分时电价制定过 程中存在的问题，指出了分时电价制定中峰值电价，谷值电价以及峰谷时段的 划分的不合理情况，继而在第二章提出了分时电价制定的基本理论，在后面的 章节中详细设计了分时电价数学模型，并利用优化仿真软件l i n g o 进行了实际 的数据仿真，得到了较好的削峰填谷效果，基本满足了需求侧管理实施的目标， 最后又针对目前需求侧管理的成本与效益评估中存在的标准不明确，不清晰的 情况设计了新的需求侧管理成本效益评估体系。 关键词：电力负荷管理；需求侧管理( d s m ) ；削峰填谷 东北电力大学硕十学位论文 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 t ( d s m ) i sa ni m p o r t a n tm e t h o do f p o w e r m a n a g e m e n t i td e r i v e sf r o ma m e r i c at h a th a st h eb i g g e s tc o n s u m p t i o no fe n e r g yi nt h ew o r l d a f t e rt h es e c o n dw o r l de n e r g yc r i s i si nt h e2 0 t hc e n t u r yt h ed s mb e c o m e sf o c u s e d c o n s i d e r i n gt h e s e v e r ep r e s s u r eo fe n v i r o n m e n tp r o t e c t i n ga n dt h ed e m a n do f s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i c i t yi n d u s t r y i ts o o nb e c o m e sp o p u l a ri nb o t h d e v e l o p e dc o u n t r i e sa n dd e v e l o p i n gc o u n t r i e s t h e r ew e r es o m eg o o de f f e c t sa f t e r d s mw a so p e r a t e di ns o m ec o u n t r i e s i nr e c e n ty e a r s ，e x t e n s i v ea p p l i c a t i o n sa r e i n s t a l l e df o rd s m ，f r o mw h i c hal o to f o u t c o m e se s t a b l i s h e d w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y se c o n o m yb e c o m i n gm a r k e t i n ga n d g l o b a l i z a t i o n ，t h em a r k e t i n ge n v i r o n m e n ta n dt h ed e v e l o p i n gr o o mo fp o w e ri n d u s t r y o f o u rc o u n t r yi su n d e r g o i n gg r e a tc h a n g e s t h er e f o r m a t i o na n dd e v e l o p i n go f p o w e r i n d u s t r yw i l lf a c ev e r yr i g o r o u sc h a l l e n g e t h ew a s t eo fp r e c i o u sp o w e rr e s o u r c ei s s e v e r e t h ei m p o r t a n tr e a s o nt h a tc a u s e st h es e v e r es i t u a t i o no fp o w e rs u p p l ya n d d e m a n di st h a tt h es t r u c t u r eo f p o w e ru s i n gi no u rc o u n t r yh a dt a k e nb i gc h a n g e sw i t h t h ea d j u s t m e n to f c o u n t r y se c o n o m ys t r u c t u r ea n dd e v e l o p m e n to f p o w e ri n d u s t r y i t i st y p i c a l l ye x p r e s s e db yu p s w i n go ft h et l l i r d i n d u s t r y sp o w e rc o n s u m p t i o n p r o p o r t i o na n df a s ti n c r e a s i n go fp e o p l e sl i v i n gp o w e rc o n s u m p t i o n i ta l s om a k e s p o w e r - s u p p l yl o a dr a t et od e s c e n da n dt oi n c r e a s ee v e r yy e a r a tt h es r n l et i m e ，t h e i n s t a l l e dc a p a c i t yi sb e c o m i n gm u c hl a r g e ra n di n v e s to ft h ec a p a c i t yi sg r o w i n g e v e r yy e a r b yt h ea p p l i c a t i o no fd s ma n dl o a ds h i f t i n g ，w ec a ni m p r o v el o a dr a t eo f 鲥p ，s h r i n kl o a dp e a k - v a l l e yd i s t i n c t i o n , i m p r o v eu s i n gr a t eo fg e n e r a t i n ga n ds u p p l y d e v i c e ，c u td o w nc o s to fp o w e rg e n e r a t i n g ，d e c r e a s eo rp u to f fg e n e r a t o ri n s t a l l i n g ， a n dr e l i e v ee n v i r o n m e n tp o l l u t i o n , t h r o u g hw h i c hw ec a nm a k et h ep o w e ru s e rt o i m p r o v eu s i n gr a t eo f p o w e r , c u td o w nc o s to f p o w e ru s i n g s oi th a sg r e a ts o c i a la n d e c o n o m yu t i l i z a t i o n b e c a u s eo f t h i s ，t h er e s e a r c ho nd s m b e c o m e sf o c u st o d a y t h i sp a p e rf o c u s e so nt h r e ep a r t s f i r s ti ta n a l y s i s st h er e m a i n i n gp r o b l e m st o p o i n to u tt h eu n s u i t a b l ep r i c ed i v i s i o nd u r i n gt h ep r o c e s so ft h ep r i c eo ft o u r a t e f o r m u l a t i o n t h e r e f o r e ，an e wp r i c eo ft o um o d e l i n ga l g o r i t h mi sd e s i g n e d s p e c i f i c a l l yt os o l v et h o s ep r o b l e m s ，a n dt h es i m u l a t i o no f t h i sm o d e l i n gp r o c e s s e db y s o f t w a r el i n g o ，i n d i c a t e st h a ti th a sb e t t e rr e s u l t so fl o a ds h i f t i n g ，w h i c hc a nr e a c ht h e g o a lo f d s m l a s t ，t h i sp a p e rd e s i g n sa n e wd s mc o s t - b e n e f i ta s s e s s m e n ts y s t e mt o o v e r c o m et h eo b s c u r et h es t a n d a r d so ft h ep r i c eo ft o ud u r i n gt h ee s t i m a t i o no f d s m ，sc o s ta n db e n e f i t k e y w o r d s ：e l e c t r i cp o w e r d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ；l o a ds h i f t i n g i i i 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1本课题的研究背景和现实意义 1 1 1 需求侧管理产生的背景 能源是社会发展的重要物资基础。建立在大量消费能源基础上的现代社会， 需要合理有效的利用能源资源，开展持续的节能工作，支持经济，能源，环境 的协调发展。这样，既提高了当代的生活质量，又不影响后代的健康发展，使人 类能在社会可持续发展的道路上享受日益增长的物质和精神文明i ”。 在经历了多次全球能源危机后，面对着日益增长的能源需求，世界各国都感 受到了强烈的资源压力以及日趋严重的环境威胁，在此背景之下以2 0 世纪7 0 年代的世界能源危机为起点，西方七国起动了能源外交，同时成立了多种国际 性和地区性的能源机构以及社会团体，彼此磋商，相互协调，不断调整能源战 略。其中最引人注目的就是把节约能源和保护环境置于突出地位。陆续出台了 一系列法规标准政策，鼓励节能研究和开发高效能产品，强化民众的节能意识， 大力培养能效市场。特别是积极研究更适应市场经济发展要求的资源配置方法 和管理方式的长效机制。 我国目前正处于一个大发展的历史时期，经济建设和社会发展都取得了举世 瞩目的成就，但相对而言我国的能源和电力的消费水平都很低，2 0 0 1 年我国人 均能耗才1 0 8 6 千克标准煤，仅达到世界平均水平2 0 3 9 千克标准煤的一半，只 相当于发达国家平均水平6 5 2 3 千克标准煤的1 7 ；2 0 0 1 年我国人均用电量只有 1 1 5 0 k w h ( 2 0 0 1 年人均发电量为1 1 6 3 k w h ) ，只相当于世界平均水平2 2 9 6 千瓦时 的5 0 ，不到发达国家平均水平8 8 7 9 k w h 的1 3 。我国优质能源，尤其是电力占 终端能源消费的比重也很低，2 0 0 1 年世界平均水平为1 7 ，发达国家平均水平 为1 8 6 ，我国只有儿，其中特别是居民家庭电气化水平太低，发达国家的的 年人均用电量在2 0 0 0 k w t r - 4 0 0 0 k w h ，目前我国只有1 4 4 k w h ，2 0 0 1 年还有近2 0 0 0 东北电力大学硕十学位论文 万农村人口没有用上电。人均能耗是衡量一个国家经济发展水平的重要指标， 人均用电量是衡量一个国家现代化程度的主要标志，而我国目前的能源与电力 消费与建立在大量能源消费基础上的现代社会相距甚远，因此，我国比发达国 家有更大的能源和电力增长需求。 根据先进国家的发展经验：达到基本现代化的入均能耗大致在2 8 吨标准煤 的水平上，人均用电量至少在3 5 0 0 k w h 。据此估测，2 0 5 0 年以1 6 亿人口计算， 我国的能源需求量大约4 5 亿吨标准煤，是目前能源消费的3 5 倍，发电量要达 到6 。3 万亿千瓦时左右，是目前发电量的5 倍。因此，2 0 5 0 年实现现代化目标 的同时，使能源消费达到零增长的理想境界，只能是一种美好的期望。只有满 足能源服务的同时，在大力提高用能用电效率的基础上提高电力消费水平，才 能减少经济增长对能源供应的依赖程度【2 】。也就是说，面对未来如此巨量的电力 需求，要以较低的能耗和电耗实现现代化，就必须有比发达国家更高的能源利 用效率。电力供需之间的矛盾一直是电力领域的基本矛盾，2 0 世纪7 0 年代末期 我国电力严重短缺的后果和2 0 世纪末美国加州的电力危机警示我们：当电力严 重短缺局面出现阶段性缓解的时候，决不能放弃或忽视提高能效的努力。应当 认识到，提高用能用电效率和提高电力消费水平，需要一个长期渐进的历史过 程，要持有战略眼光进行长期不懈的努力，才能积沙成塔、汇流成川，未雨绸缪， 乃当务之急。 需求侧管理( d s m - - d e m a n d - s i d em a n a g e m e n t ) 就是在以上的背景下应运而 生并发展起来的。近年来我国电力供需形势发生了很大变化，电网的峰谷差日 益增大，不少地区电网蜂谷差超过4 0 ，发电设备利用小时数降低，电网运行的 整体经济性趋于下降。许多用户的用电管理粗放，用电设备技术含量低，电能 使用效率不高。国内外近年来的实践证明，通过电力需求侧管理，可以有效控 制电网负荷，通过削峰填谷来达到改善电网运行状况、节约能源、合理配置社 会资源、保护环境的目标，同时还可以减少电力用户的电费开支，并促进用电 设备制造业的技术创新和产业升级。它从根本上改变了单纯注重依靠能源供应 来满足能源需求增长的传统思维模式，通过价格杠杆以及其他多种技术手段， 建立了把需求侧节约的能源作为供应侧一种可替代资源的巍概念，使资源配置 拓展到更广阔的领域，能够以最为经济的方式和最好的社会效益达到同样能源 第l 章绪论 服务的目的。电力需求侧管理来自综合资源规划的基本思路，是电力资源规划 的主要目的。 综合资源规划是将供应方和需求方的各种形式的资源作为一个整体进行的 资源概括地说，它的基本思路是：除供应方的资源外，还把需求方自身提高资 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。所以综合资源管理建立了以提高需求方终端利用效 率所节约的资源同样可以作为供应方的最合适的替代资源这样一个新概念，对 资源配置及管理产生了变革性的影响。 1 1 2 需求侧管理产生的意义 那么我们实施需求侧管理究竟能够带来什么? 第一，从经济角度来说我国在前两年发生了全国大范围的缺电现象，那么 究竟我国的缺电是真实的电力供应不足还是一种虚高。以发达国家为例，发达 国家电力年均负荷率约为6 6 6 ，因此可以认为，比较合理的年负荷率应当在 6 0 以上，即年均设备利用小时数在5 8 0 0 小时左右，而即便是在缺电最严重的 2 0 0 3 年，我国发电设备年均利用小时数也仅为4 9 6 2 小时，由此可见我国并非是 真正的供电不足，而是在特定的时间段( 峰值) 缺电，而在大部分时间里处于 设备负荷率过低的状况。那么我们如果利用价格杠杆将负荷曲线改变达到移峰 填谷的效用，即可将虚高的峰值移至低负荷率的谷值，提高了整个系统的电力 容量，也就相当于有了新的电源投入到整个系统中去，也使整个系统负荷曲线 变得平稳。 2 0 0 4 年我国已经批准开工的电站项目达6 1 1 g w ，以我们投资电厂的成本基 本在6 0 0 0 7 0 0 0 元k w 计算，需要再投资4 0 0 0 亿元，如果少建1 0 ，就可以节 省4 0 0 亿元，再将其中的1 0 投入到需求侧管理( 以蓄冷空调为例) 补贴( 2 0 0 元k w ) ，理想情况下可以转移电力负荷6 g w ，恰好相当于少建1 0 的电厂这样电 力部门实际节约了3 6 0 亿元。而用户除了这部分补贴，还要投入1 6 0 亿元去建 设蓄冷装置，但因为有了补贴，用户可以在3 4 年时闻较快的从分时电价的差 价中回收这部分投资，实现了电力公司和用户的双赢。 东北电力大学硕士学付论文 1 0 0 9 5 9 0 邑8 5 稼8 0 斌7 5 7 0 6 5 6 0 ；袋式 吲 心 第1 章绪论 我国是能源生产和消费大国，但人均资源占有量却相对较少。能源结构以煤 为主，环境污染严重，能源利用水平偏低，浪费较大。在今后相当长时期内， 我国面临着资源贫乏( 主要是油、气等) ，能源供应短缺，环境恶化( 尤其是二氧 化碳和二氧化硫气体的排放引起的全球气候变化) 的危机和能源开发建设资金 严重不足的困境。因此，长期坚持节能和合理用能，大力降低能源需求具有重 大的意义。尤其是在电力行业，坚持节电和保持适当的负荷率，更具有现实意 义。 自9 0 年代以来我国开始全面探索和开展电力需求侧管理工作，开展国际交 流，组织有关专家来中国作专题讲座，同时派有关人员出国( 主要在美国、西 欧和加拿大) 考察和培训。政府有关部门和学术界非常关注需求侧管理的应用 前景和应采取的对策。国家计委、国家经贸委、国家科技部、国家电力公司， 以及大中型电力用户、有关科研机构、高等院校、社会团体做了大量的推动性 工作，开展了多种形式的国际交流，举办了各种形式和展开的研讨会和培训班， 在区域电网和企业电网进行了多次试点研究和工程示范，推动高新节能节电技 术开发、生产和应用。鉴于d s m 能够把节能节电导入潜力巨大的能效市场，显 著的提高社会效益和群体效益，国家经贸委和国家计委以法规形式纳入了2 0 0 0 年1 2 月2 9 日发布的节约用电管理办法。同时设立了指导和推广机构( 国家 电力公司电力需求侧管理指导中心) ，培养了一批技术骨干，建设了一些示范性 工程，如：利用峰谷电价等经济杠杆，采用冰蓄冷空调、蓄热式电锅炉，推广 节能灯、高效变压器等节能设备等，取得了很好的社会效益和经济效益，为全 面开展电力需求侧管理积累了经验。经过各有关方面的艰苦努力、积极配合， 需求侧管理的研究取得了积极的成效。主要表现在统一了认识，培养了技术队 伍，设立了推广机构，进行了初步的试点等，为在我国全面开展电力需求侧管 理提供了良好的基础和宝贵的经验。我国自1 9 9 2 年开始，先后在深圳、珠海、 北京、上海等地开展了d s m 可行性研究，对部分耗能大户实施了d s m 技术改造， 取得了显著的效益，例如： 1 北京市 北京市的最高负荷从1 9 9 2 年的3 0 1 万k w 增至1 9 9 6 年的4 4 7 3 万k w ，年平 均增长率为1 0 4 。然而负荷率却越来越低，从1 9 9 2 年的8 6 8 1 降至1 9 9 6 年 东北电力大学硕十学位论文 的8 2 1 3 ，年平均下降1 4 。这对北京电力系统的安全稳定和经济运行造成了 很大的困难。为此，北京电网尝试用d s m 来解决这一难题。由用电分析得知， 系统的基荷主要由重工业、生产连续性强的造纸、纺织等行业构成。构成腰荷 的用电行业主要是轻工、炼焦、煤气、金属加工、交通运输、电子、建筑及邮 电通讯业，而尖峰负荷为第三产业，如商业、旅游、卫生、公用事业，文教艺 术、科研、行政机关以及居民生活用电。在用电分析基础上，进行移峰潜力分 析。若北京电网对大型工业用户通过调整生产时间并加以可中断负荷控制，则 可移峰1 0 万k w 左右。因此，北京电力系统实行d s m 的主要措施为： a ) 进一步拉大峰谷电价差，以经济杠杆手段促进移峰填谷； b ) 调整企业生产计划，以降低企业生产成本中的电费支出。对两班制企业， 尽可能避峰生产，企业设备检修在高峰负荷时进行； c ) 对于效率低的用电设备进行更换、改造并加装功率补偿装置，同时，有 关部门对更新改造，给予经济资助； d ) 提高企业用电设备运行的同时系数； e ) 签订中断负荷协议； f ) 使用高效节能电器，进行企业的生产工艺改造，提高生产力； g ) 采用热泵技术，增加仓储容量。 实行d s m 仅首钢负荷率就接近9 5 ，削峰5 万膏职电网可少建5 万k w 发电 设备，节省投资4 亿元。1 9 9 7 年，北京地区的负荷率得到明显的改善，供需双 方都获得了明显的经济效益。 2 上海市 。 在1 9 8 6 年到1 9 9 4 年间，上海市的装机容量和电力生产分别以年均1 2 2 6 和6 9 的增长率高速增长，但是电力需求的增长仍快于电力供应的增长。在1 9 9 5 年，需求的峰负荷超过供应的峰荷9 4 万千瓦。电力消费容量与发电的装机容量 比是3 6 6 ：1 ( 正常应为2 ：1 ) ，所以经常出现拉闸限电的现象。为解决这些问 题，d s m 提供了一种全新的概念，使电力部门对鼓励终端用户使用节能设备和高 效的负荷管理的投资远远高于新建电力设施的投资，同时能减轻用电需求的紧 缺、改善负荷曲线、提高用电服务的质量。新建电厂的项目可以推迟甚至取消。 根据上海市的电力消费结构和电力负荷曲线以及常用的d s m 节电技术选择，选 第1 章绪论 择了第二产业、第三产业( 商业、饮食服务业、机关办公楼、市政等) 和民用等 作为d s m 的实施部门，并选择了照明、空调制冷、供热、鼓风泵水和电力拖动 等最终用途，以及节能灯、高效风机，水泵、电加热设备、余热发电、冰蓄冷、 煤气空调、电热冷三联产等典型节电和负荷管理技术进行d s m 的实施。 d s m 在上海市作为节约电力资源和避免峰荷容量资源的潜力以及对未来电力 的作用见表1 - 1 表卜1o s m 资源的潜力 避免新增避免峰荷d s m 避免 年份节电潜力避免峰荷容量装机容量容量比例峰谷差 ( g w a )( m 霄)( m w )( )( ) 2 0 0 02 0 0 06 6 3 78 0 01 0 2 52 5 2 0 1 0 ( 预测) 6 1 0 02 0 3 0 42 4 5 01 1 42 5 4 ” 由于d s m 最终能减少供应侧煤的消费，经过折算，实施d s m 后，2 0 0 0 年可以 减排二氧化碳8 8 万吨，到2 0 1 0 年，每年可以减排二氧化碳1 5 0 3 万吨。此外 每年各自可以减排二氧化硫5 9 0 0 吨和1 万吨。 但必须看到，我国需求侧管理工作还停留在低层次、探索性阶段，仍然存在 很多问题和障碍，缺少强有力的法规和政策支持，缺少必要的技术、经济和法 律措施，市场化运作模式还不成熟，全面加强需求侧管理工作面临诸多困难。 具体来说，主要表现在三个方面： 一是从政府方面来看，政府部门尚未建立起完善的需求侧管理责任机制，对 。加强需求侧管理工作重视不够，对这项系统工程仍然缺乏有效的协调机制，政 府的主导作用发挥不够，推进力不强；目前需求侧管理工作在规划、政策目标、 实施方案、绩效评价、经验反馈等各个环节，仍有很多欠缺；相关的宣传工作， 还远远不能适应实际工作需要；各地仍然停留在过去的单纯追求电力建设总量 和规模上，对树立科学发展，实现电力企业全面协调和可持续发展的总体要求 东北电力大学硕十学位论文 认识不深刻，有些更是错误地认为加强需求侧管理工作，会导致最高负荷增长 速度放缓，不利于本地电力工业规模的快速扩张和电力工业建设。 二是从供电企业方面来，需求侧管理工作还应加强，经营观念还应进一步更 新，有些供电企业开展这项工作还只流于形式：电网企业对相关工作实施过程 中产生的效果，还缺少有效的评估和反馈机制，从而影响这项工作的深入实施； 另外，供电企业开展相关工作的积极性仍然受到电价政策等因素的影响，供电 企业在经营思路上要适应形势的需要，采取更加有效的措施。 三是在用户方面，节能降耗意识淡漠，多数工业电力用户只重视上规模、铺 摊子，仍然停留在粗放型增长阶段，对提高能效工作重视不够，居民生活用户 仍然存在很多不良的电力消费习惯。另外，市场上节能产品一次性投资较大， 加之宣传不够，电力用户采用节能技术或产品的积极性不高。 这些问题和困难恰恰说明了我国需求侧管理工作蕴涵着巨大的潜力，我们要 深入探讨这个问题以有效推动相关工作，促进我国电力工业快速、健康和持续 发展。 1 2 2 国外发展现状 近年来美国节能型d s m 项目的效益有所提高，并且以市场转型策略替代原先 的折扣策略，即通过让用户从d s m 中获益来鼓励他们一次性支付设备的初投资， 当然这一转变对于低收入人群而言不具吸引力。类似的一次性战略还包括：新 建筑计划、c f l s ( c o m p a c tf l u o r es c e n tl a m p 紧凑型节能同光灯) 替换、创新融 资( 如高效设备租赁) 等，这在美国被称为“s m a r td s m ”。 加拿大b c 水电站的“p o w e rs m a r t ”项目则着眼于市场的供求，不过分强调 折扣水平，以低成本市场营销策略来推广低能耗设备产品，获得了不错的效果， 受到欧洲不少国家的欢迎，并且值得在一些发展中国家推行。而最近几年 o n t a r i o 水电站开始关注于输配电网络的d s m 规划战略，通过有效地降低输配电 损失延缓输配电设备的建设投资。 欧洲各国开展d s m 项目大多由电力公司发展和负责实施。相比美国电力公司 的大型化和私有化，西欧电力公司的产权制度比较复杂。法国、希腊、爱尔兰 和意大利都有各自的州电力公司，并接受某一部门的统一监管；而比利时、英 第1 章绪论 国和丹麦的电力公司则都是私立的，它接受政府、企事业联合代表委员会的监 管。相对于美国电力公司的一体化，西欧电力公司的结构特点也呈现出多元性， 包括：单独发电、单独输电、单独配电和电力一体化等不同形式。西欧电力产 权结构模式的多样性告诉我们：监管部门的设立、电力的一体化并非是d s m 规 划所必备的要素，电力公司的私有化、竞争化和个体化只是使电力公司更关注 于客户的参与率以及发电侧的环保方案。 东欧和非洲的d s m 规划发展受到了一定的限制。在东欧，电价水平较低，同 时g d p 下降所带来的电力需求减少以及传统的以增加电力销售为目的的电力文 化理念使得电力市场供大于求，因而新的能源立法和政府调控以便建立一个高 水平的电力市场将变得十分重要；而在非洲，较低的电力补贴，低效的技术和 管理，资金来源的缺乏和不稳定的政治环境使得d s m 的发展更多地要依靠国际 援助和政策性贷款，如来自o e c d 的许多国家支援帮助津巴布韦提高其工业用电 效率等。 亚洲和拉美大部份国家的d s m 发展还处于初级阶段，因而它不可能像经验老 道的北美一样，直接开展规模较大的d s m 规划项目。值得关注的是，d s m 毕竟不 是一种完全意义上的投资或者营销行为，它需要一个行业带头人或者发起人来 推行，这一点在泰国、巴西和墨西哥都得到了证实。此外，拉美、亚非的许多 发展中国家都需要建立一个长期持续的资金机制来支持d s m 的开展。 1 3 本课题的主要研究内容 本课题将主要进行两个方面内容的研究：第一，分时电价对于电力负荷的 管理作用，以及分时电价模型的建立；第二，针对需求侧管理我们应当采用的 成本效益评估方法。 1 3 1 电力负荷管理技术 在我们所说的电力负荷管理技术中主要包含两个方面的内容： 第一，分时电价。 总体而言，需求侧管理强调利用价格杠杆进行管理，其原因在于价格是管 理方式中最强有力的杠杆，在现今的分时电价应用中使用的是将每日2 4 小时划 东北电力大学硕十学何论文 分为峰谷平三个时段，每个时段均为8 小时。采用峰时电价上调固定百分比， 谷时电价下调固定比例的收费方式。但在这个电价确定过程中存在着诸多问题。 1 在我们现有的三时段划分中，机械的将每时段分为8 小时，即认为峰谷 平时间相等，但这在现实中是不实际的，每天峰谷时间相对来说应当略少，而 平时段略长，因此如何重新合理的划分峰谷平乃至划分峰谷尖平四时段是本课 题研究的另一个方面p 1 2 在现在的电价确定过程中，大多数电价计算中使用的是电价的平均成 本，而实际上我们知道使用平均成本计算出的结果并非是资源最高效使用的成 本，我们如何将边际成本引入到其中，体现出资源的真实价值，是面对的另一 个问题i n 。同时在我们确定平时段电价时，能否合理利用市场出清价 5 1 ( m c p - m a r k e tc l e a r i n gp r i c e ) 也将是使我们的电价更合理的一个重要因素。 1 3 2 需求侧管理的成本效益评价方法 随着国民经济产业结构的调整和电力工业的发展，用电结构发生了很大的 变化，第三产业和居民生活用电增长迅速，并相应使供电负荷率呈下降趋势， 而峰谷差则逐年增大。同时，电网装机的单机容量越来越大，单机发电容量的 投资也逐年上升，正是这些原因，使得负荷调整成为当前电力工业的一项迫切 任务。对负荷进行移峰填谷可以提高电网的负荷率，缩小用电峰谷差，改善发 供电设备的利用率，使发供电设备处于最佳运行状态，降低供电成本，减少或 推迟发电装机，降低环境污染，并可使电力用户提高用电效率，降低用电成本。 因此实旌d s m 具有相当大的社会和经济效益。而如何对d s m 实施的效益进行整 体和量化的评估，提出了相应的，合理有效的评价方法，建立了初步的需求侧 管理成本效益评价模型，从而使全社会对于电力需求侧管理的效益有更深入的 认识，这也成为目前国内外电力需求侧管理的专家学者重点探讨的内容。本部 分内容将对需求侧管理的整体效益评估方法进行探讨【6 j 。 第2 章分时电价制定的基本理论 第2 章分时电价制定的基本理论 价格机制对电力产品从生产到消费的所有环节进行协调与控制，电价的形成 机制与电价的结构体系决定了市场的公平竞争和高效运行。电价是影晌电力工 业发展的一个重要的因素，电力部门通过出售其惟一的产品电能来回收已经 投入的资金和筹集相当一部分扩展资金并获得法定利润。电价的高低直接关系 到电力部门的经营和利润，从而影响电力工业扩大再生产的能力以及吸引外部 投资的能力。分时电价是整个电价体系中的一个类型。近几年，分时电价已经 成为d s m 的一个重要的经济手段，受到政府，电力公司，学术界以及电力用户 的关注和重视。本章将主要对分时电价的测算和制定原则进行分析探讨。 2 1 分时电价概述 2 1 1 实时电价与分时电价 国外电力市场对电价理论研究源于2 0 世纪8 0 年代初对实时电价与分时电 价( s p o t 电价) 的研究。实时电价的概念最早是美国麻省理工( m i t ) 以 f c s c h w e p p e 为首的6 位学者在1 9 8 0 年提出的。实时电价是一个理想化的，在 空间展开的瞬时动态电价，它要求几乎瞬时在电网的各处使电价和成本相匹配。 理论上实时电价是随着系统的运行状况变化而不断更新的，电价的更新周期越 短，越有利于电价的各项控制功能的实现，越有利于系统经济利益取得1 7 j 。然而， 实时电价的实现对系统的软硬件有很高的要求，分时电价( 峰谷电价) 可以认为 是考虑了实时电价执行困难后的一种简化形式。 分时电价是指按系统运行状况将一天2 4 小时划分为若干时段，在每一个时 段按照系统运行的平均边际成本收取电费。现在分时电价成为了电力行业实施 需求侧管理，鼓励用户改变需求方式，削峰填谷，提高电力系统的负荷率和运 行稳定性而采取的重要的经济手段。分时电价体系的实施必将对经济发展，社 会安定，电力部门和用电用户产生深远的影响和重要的作用。 东北电力大学硕十学位论文 1 电力部门 电力需求侧管理强调电力部门的主体作用。在分时电价的制定和实施过程 中，起主导作用的仍然是电力部门。实施这一电价政策在政府的领导下要靠电 力部门的组织，协调，最终的最大受益者也是电力部门。通过实施合理的分时 电价，将会改变用户的需求方式，激发用户在低谷用电的热情，以经济的手段 来达到削峰填谷的目的，有效地降低了电力系统的备用容量，提高了电力系统 的运行稳定性，大大节约了电力建设的投资，减少了供电企业的运行成本，减 少社会资源的消耗，取得明显的社会经济效益。 以南京地区的电网而言，1 9 9 8 年的最高负荷达到1 9 7 0 m w ，维持在1 9 0 0 m w 以上的时间长达1 5 天之久，南京电网高低压网络全面紧张，电网启动所有备用 机组，以满足高峰负荷。此时若有合理的分时电价体制的实施，刺激电能消费 者，尽可能的避开高峰用电，则会在一定的程度上缓解和降低电网最高负荷的 峰值，提高系统的运行稳定性。根据国内外的有关资料显示，需求侧管理较成 功的国家利用分时电价，使电网的最高负荷削减了6 0 左右，这已经是很了不起 的成果。就南京地区而言，若削减6 ，则近有1 2 0 m w 的负荷，相当于一台1 2 5 m w 的发电机组，按现在5 0 0 0 元k w 计算，将会节约电力投资6 2 5 亿元。 此外，实行分时电价会对未来用电负荷的增长产生巨大的影响。通过对近 几年部分城市用电负荷增长情况的分析，发现电力消耗增长的主要推动力为第 三产业用电和城乡居民生活用电( 占7 0 左右) 。其中制热，制冷负荷占的比例甚 大，且使用时段与电网高峰负荷时段相叠加，加大了峰谷差【引。如果采用合理的 分时电价，用户一般会采用蓄冷蓄热技术( 只要减少的电费支出在一定的时期内 能偿还由于采用蓄冷蓄热设备而增加的额外投入) ，则估计有4 左右的峰荷会被 移走。以南京地区为例，1 9 9 9 年的最高负荷为2 1 0 0 m w ，移峰8 4 m w ，相当于节省 了一台i o o m w 的发电机组，节约投资近5 亿元，能取得明显的未来经济效益。 此外，实行分时电价以后用电负荷从峰时段移到了谷时段和平时段，大大 减少了峰谷差距，提高了电力系统的负荷率和运行稳定性。 2 用户 需求侧管理的总体要求是：必须保证社会，电力部门和用户三方均受益或 几方受益而一方不受害。因此，实行分时电价必然会对电力用户产生深远的影 第2 章分时电价制定的基本理论 响。 首先，合理的峰谷差价必定会刺激用户改变用电时间和用电方式，避峰用 电，减少其电费支出。 第二，合理的分时电价会导致电力系统的运行成本降低，根据双方受益的 原则，必定导致电价降低，从而使得用户受益。 第三，由于峰谷差的减小，不仅会降低电力公司的运行成本，也会提高电 力系统的运行稳定性，从而使得用户使用的电能质量得到提高，用户同样得到 好处。 第四，峰谷电价的实行必然会改变用户的能源结构，用户会采用新技术和 新设备，利用低谷时段的廉价电力来取代相对于低谷电价来说比较昂贵的其他 能源，从而能够优化其能源结构，减少支出。 第五，分时电价的实施对于用户在家电方面的购买倾向也会产生巨大的影 响。如果实行合理的分时电价，使用户在满足同等需求的前提下，在低谷时段 的用电支出小于峰值时段的用电支出，并且购置的在低谷用电的设备和一般普 通设备的差价在一定的时期内能通过节省的电费支出补偿回来，则用户在新增 用电设备时，一定会优先考虑采用此类在低谷时段用电而又能够满足用电需求 的设备。另外，用户更新用电设备时也一样会考虑采用此类设备。 3 社会 对于社会来说，实行分时电价，同样会产生巨大的社会效益。实行分时电 价能促进能源的合理使用和效率的提高，减少一次性能源的消耗，从而减少大 气污染，保护生态环境。分时电价的实行能促使用户采用新技术，新设备，在 满足同等要求的前提下，降低电力需求。而电力需求的降低，使用电量的减少， 意味着一次性能源使用的减少，从而取得明显的社会效益1 9 j 。当然，提高能源效 率并不一定要降低电力消耗，认识到这一点是十分重要的，我们的目标是降低 总的能源消耗。此外，分时电价的实旌还会进一步促进高校蓄冷蓄热设备的研 制，高效保温材料的研发，会带动一批新兴工业的兴起，从而在全社会逐渐形 成节约用电，高效用电的风气。 介绍过了分时电价的各种优点，我们再来比较以下以往的基于发电侧的分 时电价同现在基于用户侧分时电价的不同之处。 东北电力大学硕十学位论文 1 基于发电侧的分时电价 分时电价不仅具有调节供需矛盾，缓解电厂扩建与增加调蜂机组的投资压 力，以及减少资源消耗与保护环境的作用，更为重要的是：它也是发电侧生产 成本的合理反映。若我们忽略需求侧因素，仅从发电侧成本考虑，也能得到基 于发电侧的分时电价系统。事实上，这一方面起步较早的上海大学言茂松教授 在其专著“电能价值当量分析与分时电价预测”中就有了相当充分的论述。 在该书中，以2 0 世纪8 0 年代的华东某省的一个有代表性的发电系统运行 数据为例进行了相关计算，得到了十分有意义的结果。该系统负荷水平在4 0 0 多万k w ，年负荷率在8 4 左右，2 0 ，3 0 万和6 0 万k w 的燃煤机组各2 3 台，另 有较多数量的1 2 5 万k w 的燃煤机组构成发电系统的主力机组，基本上没有真 正意义上的调峰机组，如燃气，燃油，抽水蓄能等。 在假设了每一机组或单元年电量的测算十分精确的前提下，小时级的峰谷 ( 相当于尖峰与低谷的) 电价比为3 0 9 4 ；而三时段电价的峰谷电价比为2 8 7 7 。 这个较低的比值主要原因是该系统缺少真正的调峰机组，并且年负荷率过高， 因而实际用于调峰的成本和系统的低谷损失均偏低的缘故。尽管如此，在引入 概率模型，从而较为严格的处理了事故备用和风险分担后电价水平和峰谷差都 有所提高。其中小时级的峰谷电价比达n t8 0 3 倍；三时段的峰谷电价比达到 了6 3 3 倍。上述计算还没有计入输配电投资与运行成本以及各种损耗。 显然，若上述系统拥有较为充分意义上的调峰机组，则势必造成峰谷电价 比达到更高的水准。有资料表明：仅仅顾及发电侧发电的电量成本与容量成本， 在某些典型负荷特性的情况下，尖峰与低谷的电价比可以达到2 0 倍以上i lo j 。事 实上，仅从调峰机组的年负荷率与系统机组平均折旧率这一项，就可以很容易 的看出实施峰谷电价的实际成本依据。 2 基于用户侧的分时电价 上面谈到了基于发电侧的分时电价机制问题，通过许多较为成熟的方法可 以比较精确的预测发电时段成本，并依据这个预测制定分时电价。然而，这样 的分时电价有以下问题： 一方面，电价的制定与实施是一个慎重而又复杂的过程，不能像普通商品 那样随行就市的灵活变化。即便是分时电价，包括时段的划分在内，不仅制定 第2 章分时电价制定的基本理论 要十分慎重，而且已经实施就不能轻易变动。 另一方面，用户端响应具有典型的滞后性与投机性。如此一来，如若完全 忽略了用户端的响应特性，则极易引起反应不足( 峰谷价格差过小) ，虽然符合 发电成本收益规律，但却调峰无效，而且还增加了收费环节本身的成本费用； 或反应过度( 例如峰谷价格差过大) ，导致峰谷漂移甚至倒置，造成发电系统严 重亏损且调峰失败，甚至引发社会政策问题。 由此可见，由于电价对用户响应缺失弹性，不能跟踪用户负荷的变化实时 的重新更改峰谷时段划分及其价格，基于发电侧成本的分时电价是不切合实际 的l i ”。同时，用户侧反映的滞后性和投机性无疑的给分时电价的制定和实施造 成了相当大的危险。值得一提的是是：不同的历史时期，不同的地区，其用户 反应度将会截然不同，这也为分时电价的制定造成了问题。许多地区峰谷电价 的实施和实践已然充分的说明了这一点。 既然不分时段的统一价格可以应付发电成本带来的问题，那么分时电价完 全可以摆脱发电成本的束缚，通过会计学原理保障发电系统的成本效益和风险 的基础上，转而以调峰效益和社会效益为其优化目标是显而易见的一个客观事 实。这样的分时电价体系，其峰谷电价比必然以用户响应度为重要的依据，而 基于电力供应方的发电成本和供电成本则为分时电价基价的制定提供了依据。 与基于电力供应方的分时电价比较，基于需求侧的分时电价不仅具有很好 的现实性，而且还可以通过有效的调蜂效果降低用于调峰机组的容量成本，使 得电