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    河南省主要用戶電力需求側響應削峰潛力評估研究

    meihuagong
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    電力需求側響應是指電力市場價格明顯升高(降低)或系統安全可靠性存在風險時,電力用戶根據價格信號或激勵措施,改變固有用電模式,減少(增加)用電。實施電力需求側響應可有效增加電力系統用戶側調節能力,通過平抑尖峰負荷以減緩電網投資,保障電力系統供需平衡,促進電力系統運行效率提升和可再生能源合理消納。

    一 河南電網負荷特性基本情況

    近年來,河南電網用電負荷快速增長,峰谷差逐年拉大,尖峰負荷持續時間逐年縮短,單純通過增加電網、電源投資增供負荷存在投入成本高、效率低等問題,實施電力需求側響應可以引導電力用戶在用電高峰時期削減尖峰負荷,可有效增強電力系統用戶側調節能力,通過平抑尖峰負荷以減緩電網投資,保障電力系統供需平衡,促進電力系統運行效率提升和可再生能源合理消納。

    用電負荷快速增長。隨著全省經濟結構調整的逐步深入和居民生活水平的提高,近兩年全省負荷增速重回中高速增長軌道,增速為2012年以來最高水平。2017年省網最大負荷5785萬千瓦,同比增長577萬千瓦,增幅11.08%,全省除三門峽以外的17個地區用電負荷均創歷史新高。今后一段時間,全省電力需求仍將保持剛性增長態勢(見圖1)。

    圖1 2010~2017年省網最大用電負荷及增速變化

    年最大負荷一般出現在7~8月。河南電網年負荷曲線存在夏季和冬季兩個高峰,夏季高峰負荷一般出現在7月,冬季高峰負荷一般出現在12月或1月。冬季高峰負荷一般為夏季高峰負荷的75%~90%,2017年為75.7%(見圖2)。

    圖2 2010~2017年河南電網年負荷曲線

    尖峰負荷持續時間較短。2017年尖峰負荷(大于等于97%最大負荷)僅持續5個小時,較2010年減少了2個小時。較低的尖峰負荷持續時間意味著較低的電網設備利用效率和裝機利用小時,通過實施電力需求側響應引導用戶“錯峰”用電,平抑尖峰負荷過快增長,提高電網設備利用效率,可適當降低電力系統投資強度(見表1)。

    表1 2010~2017年河南省大于等于97%最大負荷持續時間

    最大峰谷差率居高不下。2017年河南省網用電負荷最大峰谷差率為38.0%,較2010年上升了7.4個百分點,占比約40.0%的峰谷差給電力系統調峰能力帶來困難(見圖3)。

    圖3 2010~2017年最大峰谷差與年最大峰谷差率

    降溫負荷快速增長。近年來受居民生活水平提高的影響,降溫負荷快速發展,已經成為最大用電負荷的重要構成部分,降溫負荷占統調最大負荷的比重呈現逐年上升趨勢。2017年,受極端高溫天氣影響,省網降溫負荷達到2230萬千瓦,占統調最大負荷比重為38.5%,較2010年提高10.4個百分點。

    隨著能源轉型和電力系統結構不斷優化,隨機性、波動性較大的可再生能源快速發展,電網調峰僅依靠調峰電源已不能滿足需要,不僅需要新增更多靈活性調峰電源,還需要通過需求側響應構建電力系統用戶側調節能力,釋放工業、居民和商業等用戶的用電彈性。

    二 選擇評估用戶的基本原則

    由于生產工藝和流程的差異,不同用戶的負荷特性不同,削峰能力也不同。通過對用戶削峰潛力的評估,在實施電力需求側響應時,可以快速鎖定響應能力強、規模大的用戶,確保需求響應順利實施。為快速評估一個地區的需求響應規模,可遵循以下原則。

    1.優先評估工業用戶

    第二產業用電負荷在全省用電負荷中占比最高,約為40%。由于第二產業主要由工業和建筑業構成,工業用戶在負荷構成中占比也較高。以2017年夏季大負荷為例,第一產業、第二產業、第三產業、城鄉居民生活和廠用及網損的占比為3∶41∶17∶33∶7。工業用戶還有一定的調節基礎,在不影響工業企業正常生產能力的前提下,具有通過優化生產流程和關停部分非生產性設備轉移一定負荷的能力。同時,工業企業對價格敏感度高于其他行業。在適當的電價激勵條件下,工業企業基于生產成本的考慮,參與電力需求側響應的積極性較高。

    2.優先評估用電大戶

    不同地區資源稟賦不同,產業結構也存在一定的差異,用戶的用電規模也有較大差異。從用電規模大小的角度考慮,對地區內用電量較大的用戶進行削峰潛力評估,可快速掌握一個地區的整體削峰規模,避免了大范圍調研和低效率評估狀況。

    3.評估居民和一般工商業用戶

    降溫負荷具有“規??偭看?、短時響應效果好、用戶分散”的特點。近年來降溫負荷快速發展,降溫負荷主要分布在居民和一般工商業用戶中,用戶規模較小,分布廣泛。研究表明,空調停電半小時不會影響人體對溫度變化的感知,卻能較大降低用電負荷。如果能夠合理設計激勵機制,吸引廣泛的居民和一般工商業用戶參與,聚沙成塔,定能發揮巨大的調節效果。

    三 主要工業用戶削峰潛力評估研究

    依據“優先工業用戶、優先用電大戶”的選擇原則,以《河南省2017~2018年秋冬季工業企業錯峰生產實施方案》中涉及的有色、化工、非金屬等15大行業、1741家企業作為研究對象,對2017年河南省主要工業用戶電力需求側響應削峰潛力進行評估。

    (一)實施月份和響應時段

    電力需求側響應的削峰措施一般選擇在電網尖峰負荷時段,或供電緊張存在缺口的時段實施。2010~2017年河南省年最大負荷均出現在7~8月午高峰(11∶00~14∶00)期間。2017年全省最大負荷出現在7月24日12時54分,為5785萬千瓦。根據歷年尖峰負荷出現時段,將削峰實施月份確定為7月,響應時段確定為11∶00~14∶00(見表2和圖4)。

    表2 2010~2017年河南省統調最大負荷及出現時間

    圖4 2017年河南省電網夏季典型日負荷曲線

    (二)典型日負荷特性分析與響應潛力評估

    選取日負荷率與需求側響應實施月平均日負荷率最接近且負荷曲線無異?;兊墓ぷ魅兆鳛榈湫腿??;?017年7月統調負荷數據,選定典型日為2017年7月18日。

    對15大行業典型日負荷特性進行分析,計算出典型日行業i日平均負荷率λi,以及需求側響應時段的最大負荷Li,max和平均負荷率Γi。根據“誰抬峰,誰響應”的原則,如果滿足“Γiλi”,表明需求側響應時段的用電負荷水平高于當日的用電平均水平,此時段負荷構成了當日的峰段負荷,具有削峰參與電力需求側響應的條件。計算該行業i的需求側響應潛力Ri,Ri=Li,max×(1-Γi)。

    對需求側響應時段最大負荷Li,max前5位行業進行介紹。

    1.有色金屬冶煉及壓延加工業

    有色金屬冶煉及壓延加工業是河南省工業重要行業。該行業的典型日負荷曲線基本為一直線,用電量大,負荷起伏波動較小基本無變化。波動主要受生產狀況、銷售狀況等外界因素的影響,生產工藝調節靈活,適宜參與需求側響應(見圖5)。

    圖5 2017年有色行業典型日負荷曲線

    該行業在規定的需求側響應時段(11:00~14:00)內有明顯抬峰趨勢。其日負荷率λ為0.973,需求響應時段的平均負荷率Γ為0.987。因為Γλ,所以該行業考慮參與需求側響應。該行業在響應時段(11:00~14:00)內最大負荷為469.82萬千瓦,該行業需求側響應規模為469.82×(1-0.987)=6.11萬千瓦。

    2.化學原料及化學制品制造業

    化學原料及化學制品制造業的典型日負荷曲線波動較小,基本為一條直線,負荷上升的趨勢不明顯。

    該行業在規定的需求側響應時段(11:00~14:00)內有抬峰趨勢(見圖6)。其日負荷率λ為0.968,需求側響應時段的平均負荷率Γ為0.991。因為Γλ,所以該行業考慮參與需求側響應。該行業在響應時段(11:00~14:00)內最大負荷為234.99萬千瓦,該行業需求側響應規模為234.99×(1-0.991)=2.11萬千瓦。

    圖6 2017年化工行業典型日負荷曲線

    3.非金屬礦物制品業

    非金屬礦物制品業的日負荷曲線波動較大,在需求側響應時段出現高峰負荷值,在9:00~10:00和19:00~21:00附近出現兩個低谷,這也說明該行業生產具有可中斷性,適用于以輪休方式參與階段性錯避峰限電。

    圖7 2017年非金屬行業典型日負荷曲線

    該行業耗能較大,負荷波動明顯,在規定的需求側響應時段(11:00~14:00)有明顯抬峰趨勢(見圖7)。其日負荷率λ為0.893,需求側響應時段的平均負荷率Γ為0.944。因為Γλ,所以該行業考慮參與需求側響應。該行業在響應時段(11:00~14:00)內最大負荷為168.86萬千瓦,該行業需求側響應規模為168.86×(1-0.944)=9.46萬千瓦。

    4.黑色金屬冶煉及壓延加工業

    黑色金屬冶煉及壓延加工業的典型日負荷曲線呈振蕩波動,并且在需求側響應時段內負荷呈上升趨勢(見圖8)。

    圖8 2017年黑色行業典型日負荷曲線

    該行業耗能較大,其日負荷率λ為0.897,需求響應時段的平均負荷率Γ為0.899。因為Γλ,所以該行業考慮參與需求側響應。該行業在響應時段(11:00~14:00)內最大負荷為209.43萬千瓦,該行業需求響應規模為209.43×(1-0.899)=21.15萬千瓦。

    5.采礦業

    采礦業的典型日負荷曲線在需求側響應時段內有明顯抬峰趨勢,且負荷較大,在14:00~15:00時出現峰值,之后持續保持較高負荷水平,有較大的需求側響應潛力(見圖9)。

    圖9 2017年采礦行業典型日負荷曲線

    該行業在規定的需求側響應時段(11:00~14:00)有明顯抬峰趨勢。其日負荷率λ為0.89,需求響應時段的平均負荷率Γ為0.94。因為Γλ,所以該行業考慮參與需求側響應。該行業在響應時段(11:00~14:00)內最大負荷為68.97萬千瓦,該行業需求側響應規模為68.97×(1-0.94)=4.14萬千瓦。

    其他行業以此方法,進行削峰潛力評估,并按照響應規模Ri降序排列,即可得到參與電力需求側削峰響應的行業優先級排序。在實施響應邀約階段,可基于削峰目標的大小,按照此優先級順序發送響應邀約,確保實施迅速可控。

    表3 十五大行業削峰潛力和優先級排序

    由表3可以看出,通用及專用設備制造業和醫藥制造業在需求側響應時段(11:00~14:00)負荷水平較低,無參與抬高需求響應時段(用電高峰)的負荷,此兩個行業需求側響應削峰規模為0(見圖10和圖11)。

    圖10 2017年通用及專用設備制造行業典型日負荷曲線

    圖11 2017年醫藥制造行業典型日負荷曲線

    綜上所述,全省15大行業、1741家企業在需求側響應時段內最大負荷約為1224萬千瓦,總的響應潛力為46.85萬千瓦,削峰潛力占最大負荷的3.8%。

    四 試點區域非工業用戶削峰潛力

    目前,全省降溫負荷總量超過2000萬千瓦,降溫負荷具有“規??偭看?、短時響應效果好、用戶分散”的特點。降溫負荷主體多為居民、商場和酒店,居民和一般工商業可以通過短時(最長半小時)停用空調負荷來參與電力需求側響應,原則上,空調負荷可以短時間全部停運避峰。由于首次開展試點,考慮用戶參與意愿和實施可行性,針對鄭州、駐馬店、信陽、蘭考四試點地區,試點調研集中在具有大型中央空調的商業、超市、百貨、酒店和寫字樓等十幾家較大型有典型性的用戶。2018年在試點地區共實際組織一般工商業用戶削峰潛力約5.3萬千瓦(見表4)。

    表4 四試點地區自愿參與需求側響應的中央空調情況

    五 結論與建議

    (一)各行業因生產流程和工藝不同而削峰潛力不同

    各行業因受生產流程和工藝影響,在需求響應時段內負荷規模和特性存在差異,削峰潛力存在差異。以有色、化工、非金屬等15大行業、1741家企業作為樣本,響應能力排名靠前的五個行業依次是:黑色金屬冶煉及壓延加工業、非金屬礦物制品業、有色金屬冶煉及壓延加工業、采礦業、化學原料及化學制品制造業。2017年1741家企業電力需求側響應削峰潛力為47萬千瓦,削峰潛力為最大負荷的3.8%。

    (二)非工業用戶降溫負荷削峰潛力總量大且實施效果好

    目前,全省降溫負荷總量超過2000萬千瓦,具有“規??偭看?、短時響應效果好、用戶分散”的特點。降溫負荷主體多為居民、商場和酒店,居民和一般工商業可以通過短時(最長半小時)停用空調負荷來參與電力需求側響應,空調負荷可以短時間全部停運避峰。建議進一步挖掘非工業用戶降溫負荷參與需求側響應的潛力。

    (三)需求側響應內涵有待進一步拓展

    有色、化工、建材、黑色等重點用電行業既是河南省傳統支柱產業,也是高耗能行業。按照國家發改委頒布的《有序用電管理辦法》,高耗能行業企業被列入有序用電重點實施范圍。為最大限度減少度夏期間執行有序用電措施對重點用電行業生產影響,建議重點行業企業在迎峰度夏高峰時段(7月15日~8月15日,重點是7月15日~7月31日)主動實施工業企業季節性錯避峰。工業企業季節性錯峰,就是通過合理調整大客戶年度檢修或停產時間,將大客戶年度計劃檢修或停產盡可能轉移至夏季(冬季)負荷高峰,削峰填谷,降低最大負荷需求,增強基礎負荷調控能力,最大限度地拉平年度負荷曲線,提高電力資源利用效率,保障廣大居民客戶可靠用電。建議各行業企業合理調整生產及檢修時間,在基本不影響企業生產經營的前提下將年度檢修或停產時間安排在夏季用電高峰,最大限度降低度夏高峰時段對企業生產的影響。

    (四)建議盡快出臺需求側響應激勵機制

    加快出臺需求側響應激勵機制,進一步發揮工業用戶靈活參與需求側響應負荷潛力,釋放居民和一般工商業負荷的用電彈性,鼓勵并引導電動汽車、儲能等參與電力需求側響應,培育負荷集成商等新興市場主體,推動電力需求側響應規?;l展。建議將工業企業季節性錯峰納入電力需求側響應,出臺工業企業季節性錯峰電力需求側響應補貼政策,對將年度檢修或停產時間主動轉移至夏季高峰用電時段且連續時間在5天以上的工業企業實施補貼等激勵政策。需求側響應激勵機制的形成不僅可實現各類用戶主動參與需求側響應,還可進一步促使用戶深度挖掘參與響應的潛力。

    標簽: 河南省 電力需求側響應 削峰潛力評估 負荷特性

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