典型用户需求响应策略及互动节电技术研究

发布时间：2016-10-23 08:25

1  绪论 

1.1 研究背景 
电力工业对国民经济起着非常重要的支撑作用，如同人身体里流淌的血液一样，为整个社会提供着能源供应。随着我国内需的不断扩大，产品技术的不断升级，我国 GDP 年均增长达到 7%以上，用电量也逐年快速增加。截止 2015年，全社会用电量到达 55500 亿千瓦·时,全口径发电量达到 150.673 亿千瓦[1]。但随着人类活动、工业发展等不断影响环境，全球气候变暖，恶劣天气的频繁发生，极寒、极热、干旱、洪涝等天气的增多，夏季降温负荷，冬季采暖负荷不断增加，使得我国大部分区域此类负荷己占用电量的 20%～40%，局部时段的电力负荷严重不足，成为了电力系统不稳定的一个重要因素[2]。 因此，由于季节性负荷的增加，以及白天、夜晚负荷量的不同而导致的用电需求时间不均衡现象也日趋严重，在用电的非高峰段发电机组的出力大于用电的电量时，使得电厂设备出力要减小，甚至需要关停；而在用电的高峰时段电量剧增，发电容量又小于用电容量，导致需要调用紧急负荷，从而造成发电成本上升、电力系统调峰任务艰巨、系统稳定性下降及采取有序用电措施等一系列问题。尽管电力的发展规律告诉我们，电力工业必须以一定的规模和速度超前社会经济的发展，例如电力规划的中（五年）、长（十年）期规划，但是由于电力勘察、设计、到物资招标，通常需要二到三年的时间、而且投资规模均在千万元级别，在缺电时开工建设的电力项目并不能满足当时的用电需求，而当新的机组、变电站投产后，社会经济发展可能又进入了一个调整缓冲期，电力需求下降和电力建设项目集中投产同步发生，必将造成电力能源出现供过于求的状态，使得电力行业发展和社会经济发展出现不同步现象。与此同时，我国能源也相当匾乏，煤炭、石油和天然气的资源有限，大部分依靠国外进口，加之我国工业技术水平较低，能源利用效率低下。如不采取有效措施，预计到2020 年，资源不合理使用和环境污染的加剧，势必会超过环境自身的承载能力。诸如我国季节性的出现雾霾、沙尘暴等情况，其高昂的环境治理成本将成为国家沉重的经济负担，而且造成的后果更是长期性的，将会严重制约国民经济的发展[3]。 
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1.2 世界各国电力需求侧管理发展情况
DSM 由于其具有科学性和环境友好性，自理论提出以来，迅速在学术界产生了广泛的研究，并迅速被推广应用[8]。随着 DSM 理论的不断深入，以及技术的完善，世界上已有多个国家开展并实施了 DSM 项目，其中既包括电力供应相对较为短缺的发展中国家，如印度、越南等国家，也包括电力供应相对充裕的发达国家，如美国、俄罗斯、法国、加拿大等国家。以上国家不同程度的参加到 DSM 项目中，并鼓励用户参与调节自身负荷、节约用电等工作，在提升电网运行安全、减少能源损耗、环境保护等方面取得了显著成果[9]。自 20 世纪 90 年代开始，国际能源组织与环境保护方面的有关组织机构与许多政府部门都在推动 DSM 的发展和应用，每年多次召开全球性的国际研讨会，对全球资源的合理利用和环境保护做出了有力贡献[10]。 DSM 概念是由美国学者于 20 世纪 70 年代提出，到了 20 世纪 80 年代至 90年代，DSM 作为一种重要调节负荷、提高设备利用效率的工具，引起了美国政府和能源领域管理者的高度重视。多家美国电力公司和组织团体开始推广组织实施  DSM 的相关项目，并有相当多的 DSM 项目已在美国成功应用，取得了很好的社会效果。 
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2 需求侧响应分类及实施措施研究 

2.1 电力需求侧响应定义 

电力需求侧响应发展至今，国内外都曾提出了许多不同的概念定义。从电力监管部门和市场角度来讲，电力需求侧响应是指在竞争市场中引入一系列策略或利用价格因素来影响电力产品的供求方式；从用户角度来讲，电力需求侧响应是指需求侧（即用户）根据市场价格、政策、法律等，改变自身用电习惯的行为。用户角度的定义更强调了需求侧对市场价格或政策的快速响应[25-28]。目前常用的需求侧响应定义更倾向于用户角度。 通过市场价格、政策、法律等的科学引导，会使用户的用电习惯更科学合理，不仅能够降低用户的用电成本，还能够使电力系统更安全稳定的运行，提高能源的利用效率。

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2.2 电力需求侧响应分类 
目前，需求侧响应被最广泛接受、认可的分类为：基于价格的需求侧响应和基于激励的需求侧响应[29-30]，该分类是基于响应方式的不同而划分的，详细分类如图 2.1 所示。分时电价是将电力系统的负荷情况按照峰、平、谷等划分为多个时段，并在各个不同的时段分别执行不同电价的一种政策。包括峰谷电价、季节电价和丰枯电价等。 分时电价反映了电力商品的时间差价，对于电网来说，不同时间段的电力生产成本不相同，使用分时电价即体现了电力商品的市场特性，对于用户来说也更加公平合理。分时电价的时段划分一般是按照历史负荷数据提前划分好，不能够实施的动态的反映电价变化。 实时电价即根据用电负荷情况，对电价进行实时定价。与分时电价相比，实时电价更动态科学，能够更准确及时的反映电力市场供需情况与电力价格之间的关系。但是实时电价的定价机制更为复杂，执行起来较为不易。 
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3 负荷侧需求响应模型建立及分析 ........... 19 
3.1  电价函数的建立 ........... 19 
3.2  模型理论分析 ....... 20 
3.3  一元线性回归方程的建立 ........... 22 
3.3.1  一般大工业用户 ......... 23 
3.3.2  非普通工业用户 ......... 25 
3.3.3  商业及非居民用户 ..... 26 
3.4  实证分析 ....... 27 
3.4.1  一般大工业用户验证.......... 27 
3.4.2  非普通工业用户验证.......... 29 
3.4.3  商业及非居民用户验证 ...... 30 
3.5  本章小结 ....... 32 
4  典型用户响应策略及互动节电技术 ......... 33 
4.1  典型用户需求响应策略分析 ....... 33 
4.1.1  一般大工业用户的需求响应策略 ...... 34 
4.1.2  非普通工业用户的需求响应策略 ...... 35 
4.1.3  商业及非居民用户的需求响应策略 .......... 36 
4.2  互动节电技术对用户需求相应策略的影响 ....... 36
4.3  本章小结 ....... 43 
5 结论与展望 ..... 44 

4 典型用户响应策略及互动节电技术 

4.1  典型用户需求响应策略分析
根据前面的建模分析后，结合实际中对一般大工业用户、非普通工业用户、和商业及非居民用户等典型电力用户用电设备和用电方式的研究，得到三类典型用户的需求侧响应策略，包括其用户电设备的分析，和参与需求侧响应的策略制定[41‐46]。 如表 4.1 所示，将三类典型用户的用电设备进行分类总结，并给出了对应用户参与需求响应的主要设备及主要响应时段。根据用户在得到电价、激励信息和投资预算后，经过决策分析，确定参与方式，并对参与过程进行效果分析，得到用户的需求侧响应策略流程图，如图4.1 所示。 下面对一般大工业用户、非普通工业用户、商业及非居民用户等三类典型用户的响应策略进行详细的分析。 根据一般大工业的电费结构形式，一般大工业用户，分为基本电价和电度电价两种。其中基本电价可以按最大需求量或变压器容量按月收取，例如河南省按最大需量为 28 元/千瓦/月，按变压器容量为 20 元/千伏安/月。电度电价为即为尖、高、平、低四个电价。根据发改委定价方式，可以通过峰谷电价结构的调整,针对不同行业、不同用户采用调整用电方式或生产方式，使其自身从峰谷电价结构中得到最大收益。 通过对一般大工业用户进行分析，可以将用户分成可以避峰生产和不可以避峰生产两大类。可以进行避峰生产的企业主要集中在工业材料生产和机械加工等企业，这类企业工作时间灵活，有避峰生产的潜力；不避峰生产的企业主要集中在电子精密制造、化工和冶炼等连续生产型企业，尽管这类型企业的电力依赖程度较高，但受生产工艺要求，避峰生产的潜力有限。此外，还有一部分企业本身具有避峰能力，但因顾及到低谷生产将增加更多的人工成本，而且改变用电习惯也将增加人员成本，导致移峰填谷的意愿不强。 
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结论

需求侧响应是目前我国实现“节能减排”的一项很有效的解决手段，随着电价改变其对应的用电负荷曲线的也随之变化，起到了削峰填谷，提高了设备的利用效率，减少了资源浪费和电网投资，可谓是一举多得的好项目。 本文在参考大量国内外文献的基础上，借鉴己有的研究方法和技术，结合河南省某地区典型用户的负荷曲线，进行了研究。主要取得的研究成果如下所示： 
第一，根据研究，在现有的电价体系下，其电价结构、形成、审批与监管仍受到政府的严格管制，并且电价调整均为静态调整，无法根据供电成本与供求关系自由变动，因此应尽快理清电价关系，激发市场活力，建立起电价协同配套机制与用户自愿用电约束机制。与此同时，还应加大对专业人才的培养和专项资金投入，依靠先进的测量、计量以及控制装置的应用，以促进我国的需求侧响应的发展。 
第二，通过分析一般大工业用户、非普通工业用户、商业及非居民用户三类典型用户对电价反应的不同敏感程度，得到了相应的数学模型。从模型和实际负荷情况的分析，可以看出一般大工业用户因对电价较为敏感，因此其负荷的峰谷差越大，用户的响应度就越高；而非普通工业用户的需求侧响应根据模型计算的曲线来看，仍有较大的潜力可挖；商业及非居民用户由于其用电性质的原因，决定了其对电价变化的敏感度不高。 
第三，对于三类典型用户的用电终端和用电方式进行了研究，给出了不同的策略，，不同典型用户策略虽有不同，但也有相似之处，不同类型的典型用户可以根据自身的用电设备情况进行结合使用，以期达到最佳的用户响应效果。同时，对典型用户的互动节电技术研究，给出了通过节电服务公司，以签订能源管理合同的方式来实施节电的可行方案，从而指导三类典型用户达到节电效果。 
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参考文献(略)

本文编号：150155