电力需求侧管理-削峰填谷各种措施的对比分析

电力需求侧管理-削峰填谷各种措施的对比分析赵建成1赵雪莲1李月萍2(1北京瑷玛斯区域供冷技术开发有限公司;2北京工业大学建筑工程学院）摘要:本文简要回顾了我国当前电力供应面对的形势和困难，分析了造成电力短缺的主要原因和供电不足的本质问题，介绍了解决电力供应不足所采取的各种措施，着重分析与评价各种措施的实操性与优缺点，并根据我国的能源消耗结构，提出了解决电力供应短缺的最佳手段与方法。关键词:需求侧管理电力短缺电网平衡削峰填谷设备使用效率空调蓄冷区域供冷PowerDemandSideManagement—ComparativeanalysisofvariousmeasuresofpeakloadshiftingZhaoJiancheng1,ZhaoXuelian1,LiYueping2(1BeijingImuxDistrictCoolingTechnologyDevelopmentCo,Ltd;2BeijingUniversityofTechnologyArchitecturalandCivilEngineeringInstitute)Abstract:Thesituationanddifficultiesthatelectricpowersupplyfacedarebrieflyreviewed,andanalysisonthemaincausesofelectricpowersupplyshortageanditsessentialproblem.Theauthorpresentsvariousmethodstosolveelectricpowersupplyshortage,Feasibilityandadvantagesanddisadvantagesofvariousmethodsareanalyzedandevaluatedinthispaper,thebestmeasuresarefoundtosolveelectricpowershortageaccordingtoChina’senergyconsumptionstructure.Keywords:demandsidemanagement,powershortage,powernetworkbalance,peakloadshifting,efficiencyofequipment,airconditioningcoldstorage,districtcooling1.我国电力供应面对的形势与状况电力工业是国民经济的基础产业，它既是促进国民经济发展的生产资料，又是人们生活中不可缺少的生活资料。进入21世纪，全社会对电力的依赖程度越来越高，对电力供应的质量也提出了更高的要求。这样，一方面社会的发展客观上要求电力工业必须以一定的规模和速度发展，另一方面受资源和环保因素的制约，发展电力工业的问题进一步显现。因此，从电力工业可持续发展的高度出发，从资源利用最优出发，为解决当前电力短缺的问题，我们必须高度重视电力需求侧管理的工作，加大电力需求侧管理应用和发展的力度，确保电力供应满足国民经济发展的需求。近年来，随着我国国民经济的快速发展，电力需求迅速增长，为了保证电力供给，电力工业也不得不加大发电厂的建设，到2002年底，全国发电机装机容量为35657万kW，居世界第二位。但是这仍然不能满足电量增长的需要。这其中的主要原因是我国的发电设备年利用小时数偏低。2电网负荷率是描述电力负荷特性的重要指标，负荷率高意味着负荷曲线比较平缓，峰谷差较小，电网需要的发电设备调峰容量小，从而可以提高发电设备的利用率，对电网的安全运行及经济效益都有益。图1我国发电设备年利用小时数的变化图2各国年负荷率比较图1是我国发电设备年利用小时数在1999年达到最低值4350小时，负荷率为50％。以后逐年有所上升，到2002年负荷率达到54.8％。但与发达国家相比，我国的电力负荷率是偏低的。从图2可以看出几个发达国家电力年负荷率在60％以上，即全年平均设备利用小时数在5800小时以上，图中例举的国家平均年负荷率为66.6％。，我国目前尚不足57%（2004年为56.7%），差距十分明显。上述数据说明，我国火电机组平均利用小时数较低，据不完全统计，全国近20多GW装机仅在负荷高峰运行数百小时，造成发电资源很大闲置。另一方面，随着城市规模的扩大和用电结构的改变，空调、制冷已成为高峰用电的主要对像，尤其是在夏季，空调的大量使用使得原本已是波浪型电力负荷的高峰时段负荷激增，高峰与低谷间的电力负荷差增大，造成了发电机组频繁启停，这不仅降低机组效率，增加能耗，而且影响机组寿命，是很不经济的运行方式。通过以上分析可以看出，我国目前电力供应状况存在着三个主要矛盾：1）与国际水平相比，装机容量远高于发达国家水平与发电力机组年负荷率远低于发达国家水平的矛盾；2）在全国内范围内，发电机组装机容量高与设备和电网使用率低之间的矛盾；3）大多数城市电网高峰电力不够用，低谷电力用不了的矛盾。通过分析可以得出这样的结论：我国的所谓目前存在的缺电现象，实际上是缺电力，而不缺电量。也就是说，即使是在用电高峰季节也只是电力供应不足，而不是电量供应短缺。因此，在电能的使用上，只要能做到合理用能，科学用能，千方百计将高峰需求尽可能抑制到最低或转移高峰需求，均衡季节、昼夜的电力供应，这样就能提高现有发电设备和电网的使用率，提高发电效率，充分利用现有发电能力，多发电，对现有电厂和电网的经济运行都有好处。通过削峰或移峰填谷新技术的应用，将潜力季节性电能、低谷电能、弃水电能充分利用起来，不仅可促进用能结构调整，改善生存的环境质量(据日本东京电力公司统计，日本电网负荷率每提高1％，可降低供电成本1％，并可减少200～300kT01000200030004000500060007000195219651971197419771980198319861989199219951998200158.30%61.20%67.40%69.30%76.80%0%20%40%60%80%100%东京电力美国英国法国德国3左右C02的排放量)，同时还可以延缓或推迟新发电机组建设投入，其潜在的经济效益和社会效益十分巨大。2.我国电力供应短缺的原因分析国内大范围电力紧缺的主要成因，有以下几点：1）国民经济快速增长我国自1999-2004年GDP增长一直保持在7-8.5%的水平，经济的快速发展导致电力需求增长迅猛，全社会用电量近年来逐年递增，2001年增长8.6%及2002年增长11.6%。电力需求大幅增加，而新增装机容量又大幅减少，导致全国供需形势偏紧，一些地区出现拉闸限电的现象。2)夏季空调的使用是造成我国高峰时段电力紧缺另一个主要原因之一。城市夏季空调用电达到电力负荷的40％，并以每年20％的速度递增，据国家电网公司发布的数据，从全国来看，夏季空调降温负荷占电力负荷的30%以上。例如：北京气温每上升1摄氏度，空调电力负荷将增加25万千瓦。3）全国资源优化配置能力不足由于我国地区经济发展的不平衡，能源资源分布的不平衡，资源优化配置的能力受到约束；发电厂的分布与电力负荷中心不匹配及各大区域电网联网还没有形成规模，大区电网间电力交换受到约束由于电网瓶颈的制约，电量富余地区的电送不出去。4)新建电厂的速度过慢，由于对我国经济发展速度估计不足，电厂建设相对滞后，造成发电能力不足；5)同时发电量也受到水力资源和煤炭资源供应的限制，导致了部分经济增长较快的地区电力供应不足。煤价放开，价格飞涨，发电成本上扬，发电厂无力多发电；天气干旱，水位下降，水电发电量减少；6)合约限制，某些省为履行年初签订的售电合同，向外省送电，自己反而缺电；7)缺乏有力的价格调节手段，未能合理引导人们的用电消费，需求侧管理措施跟不上。那么是不是电力短缺，就应该建设新的电厂呢？换句话说，一味的增建电厂是否是缓解高峰时段电力短缺的最有效手段呢？从近年来的持续负荷统计来看，全国占高峰负荷95％以上的部分约1000万千瓦，年累计持续时间只有几十个小时，显然采用增加调峰发电装机的方法来满足这部分高峰负荷是很不经济的。如果采用需求侧管理的方法削减这部分高峰负荷，则即可以缓解电力供需紧张的压力，又可以提高电力系统的经济效益，同时还可以缓解环境保护的压力。3.解决电力短缺各种措施的对比需求侧管理（DemandSideManagement）是对电力用户推行节电及负荷管理工作的一种模式。DSM项目的实施可以使社会、电力公司及用户都能受益。4对社会而言，DSM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DSM，减少电力消耗，促进经济的可持续发展，促进GDP的增长。对电力用户而言，实施DSM可以节省高峰电力，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DSM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30美元／千瓦，大大低于其4美分／千瓦时的电力生产成本及500美元／千瓦的投资成本。总之，实施DSM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。解决电力短缺可以有很多措施，比如：建设新电厂，外购电力，调整工业结构，关停并转高耗能产业，建设抽水蓄能电站等。下面将各措施列于表1中，并依据我国的国情，进行对比分析说明：表1解决电力供应不足各种措施综合对照分析表序号各种措施名称投资成本（元/千瓦）对环境的影响对资源的需求与影响工程实例备注1新建电厂：水力发电厂火力发电厂核电厂工程投资大（混合投资）12000（元/千瓦）占用土地，排放硫与二氧化碳--形成酸雨--破坏植被--非良性循环煤炭与水力资源有限，涉及安全与环境保护今年全国有7000万KW的装机容量的电厂要完成，总投资8400亿人民币。火力发电厂，上马快。水力发电厂，受条件约束；核电建设周期长2调整工业结构，关停并转高耗能产业损失原投资，对原有的工业结构产生影响对环境没有影响，能促使环境好转减少电力需求对我国GDP有较大影响关闭电解铝厂等3外购电力黑龙江省黑河市，今年4月正式从俄罗斯远东地区的两座水电站输入电力。减少国内资源消耗，对国内资源有储备作用是解决电力短缺的可行手段4拉闸限电我国已加入WTO，限电对国内企业参与国际竞争，及对建立良好的投资环境吸引外资等方面都会产生负面影响。是错峰调峰应该以市场机制，价格杠杆使用户自愿调整用电时间，节省电费5建设抽水蓄能电站3400（元/千瓦）调1千瓦时的高峰电量，费用是1.783元占用土地，建设过程中，对周边环境和植被有不同程度的破坏要求有稳定的水力资源惠州抽水蓄能电站工程工程投资较大，受水力资源制约加强需求侧管理几乎是零投资对环境好可以提高电厂的发电效率和收益有各种各样的工程实例能够实现移峰填谷，是最好的办法1)实行峰谷电价差政策对环境好零资源需求北京、广州等省市效果好52)蓄能空调冷源（冰蓄冷、水蓄冷）利用原空调投资，不另增加新的投资可以减轻原空调对环境的不良影响，利用谷电蓄能，可减少一次能源的消耗节省电能效果好，是今后加强需求侧管理的主要方面3)蓄热电锅炉发展家用蓄热式电热水器对改善我国大气质量，保护环境有着极大的贡献。l0万台改为电锅炉和蓄热式装置，1年将减少204Mt烟尘和C02排放量在合适的政策下，冬季削峰填谷作用较大4)推行节能型家用电器和避峰型家用电器自从上海市推出在城市居民中使用峰谷分时电价之后，家用电器厂很快跟进，开始制造避峰用电的电热水器、电冰箱、洗衣机和洗碗机等。新产品的价格不应过高5)推行小型热电、冷热电联产较常规供冷、供热、供电投资高它具有效率高、占地小、保护环境减少供电线损和应急突发事件等综合功能。天然气。适用于厂矿企业、写字楼、宾馆、商场、医院、银行、学