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需求侧管理在电网削峰中作用探究

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2007/12/27 18:57:30   

 关键词:  电网 需求侧 需求侧管理

需求侧管理在电网削峰中作用探究
———以合肥地区为例>黄健,丁明
  (合肥工业大学,安徽合肥 230049) 0 引言
  众所周知,电力系统的良性运营除了保持电力供需的基本平衡外,还需要采用经济的用电负荷率运行系统。为达到上述目标,电力企业在满足终端用户电力需求的同时,还应对电力系统的运行管理进行优化,使其以较低的投资来满足终端用户的需求,确保电力系统运行的经济性、稳定性和安全性。
  传统负荷管理仅以电力企业为主,采用扩大供电能力或强行调荷等措施维护电网负荷运行稳定,忽略了用电方的调荷作用。需求侧管理(DemandSideManagement,简称DSM)是一项先进的电力资源管理技术。它通过在供电侧采用一定的经济、法规及技术等措施,改变终端用户的用电方式和设备来实现。通过有效的DSM技术,可提高终端用电率,降低电能消耗量和用电负荷水平,提高电网负荷率,从而减少终端用户电费支出、降低电力公司成本、节约资源、减少环境污染,同时也减少了社会对电力建设的投入。因此,此项技术是实施社会可持续发展的能源战略的重要手段,对于社会进步、经济发展都具有深远意义。
  本文以合肥地区为研究对象,根据DSM的实施特点,对该区电网负荷特性和用电结构进行了分析,将引起负荷尖峰的原因落实到具体终端设备。通过采用技术评估和经济性能对比等方法最终确定将蓄能空调作为该区实施DSM的关键技术,并且对该区实施DSM的意义和前景进行了评述。
1 合肥地区需求侧资源分析
  改革开放以来,随着国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高,电力工业得到了迅猛发展,我国电力装机容量从1981年的6913万千瓦,增至2002年的35000万千瓦。电力供应在经历了缺电—严重缺电—缓解缺电的时期后,现已达到基本供需平衡的阶段。
  目前,虽然全国大多数地区电力供需基本平衡,但电网峰谷差变化较大,如2002年夏季,全国各地区电力供需都不同程度地出现了“窘态”,各大电网频频告急,出现了不同程度的拉闸限电。这使得从1996年开始称“电力供过于求”、“电力供求平衡”的电力供需矛盾骤然显现出来,出现了电力供应紧张。解决该问题首先要分析其原因,特别是需求侧资源中导致上述现象的主要因素,以便电力系统采取相应对策解决电力供需的矛盾。
  纵观全国各地区高峰负荷出现的时间,除东北、西北电网最大负荷出现在冬季,其它电网最大负荷均出现在夏季,如合肥地区,2002年最大负荷出现在2002年8月23日,负荷为960.3MW,而这天的日平均气温为合肥地区全年最高天之一。

  图1显示了2002年日最大负荷曲线与5月份典型周日平均负荷曲线的对比结果。选取合肥地区5月13-19日作为电网负荷典型周是因为此周日温度在15.54℃~21.91℃之间,温度宜人,不需要用空调,可作为维持合肥地区工农业生产和人民生活所需的基本负荷;另外,选取该周的平均负荷作为不用空调时的日负荷曲线,也是为了尽量减少用户检修、工作日和周末等用电异常情况的干扰。把典型周日平均负荷曲线与当年最大日负荷曲线作比较可知,高温天气使用空调制冷而产生的负荷占合肥地区总负荷的36.3%,可见,空调制冷在电网负荷中占有显著地位,是引起电网高峰的主要因素。这一现象在全国其它大中城市具有普遍性,特别是在一些大城市中,空调制冷用电所占比例显得尤为突出。因此,有必要对空调制冷的用电特征进行讨论。
  空调制冷所需负荷(以下简称为空调负荷)随气温变化而变化,按我国的气候条件,空调制冷设备平均工作时间小于800h(北方时间短些,南方时间长些),空调年运行负荷率低,一般达到设计负荷50%以下的运行时间,占全年运行时间的70%。若以2002年合肥地区典型周(5/13-5/19)的最大负荷633.5MW为基数,负荷大于此值时认为已使用空调。经统计,合肥地区2002年空调负荷利用小时数为920小时,而达到空调制冷设计负荷50%以上的运行时间仅为194小时,这说明空调制冷负荷的用电负荷率极低。
2 调峰的成本与效益分析
电力的供需平衡,无疑是电力企业的基本目标。
因为无论是实现满足用电需求的社会效益,还是实现电力企业自身的经济效益,供需平衡始终是达到“两个效益”完美结合,并使之最大化的前提条件。
  传统的电力规划模式是通过扩大供方能力来满足需方的用电需求。据统计资料显示,我国建造各类电厂(包括配套的输变电设施)的平均投资为[3]:燃煤电厂为9200元/kW;水电为17000元/kW;核电为17000元/kW。若满足合肥地区空调制冷达设计负荷50%以上运行的用电(2002年这部分负荷为174.3MW,这部分负荷全年用电时间仅为194小时),电力企业需投入16亿元的资金用于建火电厂及配套的输变电设施,或投入29.6亿元资金去建抽水蓄能电站。
  安徽电网水电所占比例仅为5.75%,目前调峰主要靠火电厂。如以某电厂125MW发电机组作为调峰机组,满负荷运行煤耗是360g/kWh,如果低谷负荷降至40%负荷运行,则要开始燃油助燃,厂用电率从正常运行的5.67%升至7.58%以上,发电成本要增加35g标准煤/kWh以上;如果低谷负荷时停机,高峰负荷时启动,每次启动用油多达20~80吨(锅炉热态—冷态),据统计,热启动一次用电约15~30万kWh,按现行物价计算,热启动一次需折合人民币10~25万元。合肥地区空调制冷一年按120天,取暖按90天计算,则该电厂为系统调峰一年要支出2100~5250万元人民币。
  根据上述分析可知,单纯的从电力供应方着手,加快电厂和电网的建设以满足空调用电需求,这势必需要大量的资本投入,且这部分发供电资源利用率极低,导致发供电成本增加,造成巨大的浪费。这无疑会使得电力企业供电成本增加,企业将不堪重负。
3 需求侧技术及其成本与效益分析
  目前国际上流行的是将DSM技术作为解决社会发展与供电紧张矛盾的主要措施,以提高负荷效率,满足社会和经济发展的需求。1992年开始,DSM技术陆续介绍到我国,经过十多年的探索和实践,DSM技术在我国的应用取得一定的成效。但总的看来,我国DSM技术水平相对较低,尚处于起步和探索阶段。我国以往进行的DSM实践,大多沿袭了建国以来一贯倡导的节约用电的措施,DSM实践的深度和广度不够,但即使是这样,以现有的电力管理模式和电价形成机制,采取DSM技术也足以把电力  高峰负荷降到一个较合理的水平。
  目前我国实行的是分类电价,在分类电价的基础上,还实行了分时(峰谷)电价。实行峰谷电价可促使能够避开高峰负荷时间用电的终端用户为降低电费支出,尽量选择在低谷时间用电,以达到电力负荷削峰填谷的目的。由前所述可知,目前全国各地形成高峰负荷的主要原因是夏季空调制冷用电,蓄冰空调技术的发展,使降峰成为可能。冰蓄冷空调设备的原理是在常规的电力制冷机组的基础上多加一套储冰装置,借助电网分时电价的优惠政策,利用夜间廉价的低谷电制冰并储存,白天融冰产生冷气,因而制冷主机在电网高峰负荷时段尽量不开机或减少开机台数,这样可以有效地削峰填谷。
  空调机进行空气制冷的常用方法有两种:一种是制冷机直接蒸发式表冷器,它通过制冷系统内的制冷剂在表面冷却器内蒸发而制冷;另一种方法是采用冷水机组制冷,即先由制冷机冷冻水(水温在4℃~10℃),再由冷水管路送至表面冷却器内。空调系统的冷源—冷水机组有多种,如活塞式冷水机组、螺杆式冷水机组、离心式冷水机组以及直燃溴化锂吸收式冷水机组等。冷水机组可以用电或用煤、油(重油、轻油)、气(天然气、煤气、液化气、油制气)燃烧作为制冷的能源,我们分别称之为电空调或直燃机。
  以上这些制冷方式,在技术上比较成熟。用户采用何种方式制冷主要取决于环保政策、能源供应、设备投资和运行费用。
  空调设备的选择须按安全性、可靠性、经济性、先进性、适用性的原则进行综合分析和比较来确定,
具体考虑以下因素:①能源、环保和城建;②初投资和运行费用;③机房条件、消防、安全和维护管理;④设备特性和能效比。
  根据目前能源使用及供应情况,煤炭属于高污染能源,在城市将逐步被洁净能源替代;对于石油资源,我国石油约1/3依靠进口。“十五”规划中把节约和替代燃料油视为是解决我国石油资源短缺、缓解石油供需矛盾、保障国家经济安全的重大战略措施。上述燃料可为空调设备的能源,本文将不予讨论。本文所述空调设备的可选能源有电、煤气、天然气。下面将重点对常规电空调、蓄能空调、直燃型溴化锂空调进行经济分析。
  采用不同的制冷方式不仅对终端用户的经济利益产生影响,也会对空调负荷特征有很大影响,本文重点对目前常用的三种制冷方式,即常规电空调、蓄冷空调以及直燃式溴化锂空调进行对比和分析,为了便于直观地对比各类空调的经济性能,我们采用上述三种制冷方式分别设计了三种技术方案,各方案设计参数中,夏季室内温度为24℃,冬季室内温度为22℃,并以安徽某大厦为例进行了具体分析。
  合肥某大厦建筑面积约29000m2,地上十二层,地下一层,大厦空调冷、热负荷均属于间断负荷,一天运行10小时,一年制冷按120天计算,取暖按90天计算。根据该大厦冷、热量的需求,分别设计了三种系统配置方案。A方案:常规电空调制冷+电热水机组取暖、热水;B方案:冰蓄冷空调制冷+蓄电热水机组取暖、热水;C方案:直燃式溴化锂空调制冷、取暖、热水。
 
  由附表可知,A方案一次投资和年运行费用在三个方案中均为最高,不宜选用;B方案虽然一次投资比C方案高44.9万元(7.81%),但其年运行费用比C方案低76.16万元,只有C方案年运行费用的41.16%。B方案一次投资高出费用在空调运行后
半年(0.59年)内即可由节省的运行费用回收。因此,从终端用户的角度出发,在空调选型上,蓄冷空调性价比最佳。同时,蓄冷空调技术在[1][2]下一页

来源:中国电力资料网
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