智能園區(qū)需求響應(yīng)項(xiàng)目實(shí)施效益研究

李嘯宇，談金晶，王蓓蓓

(1.安徽省大唐淮北發(fā)電廠，安徽淮北 235000；2.東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇南京210096)

近年來隨著城市建設(shè)規(guī)劃格局的調(diào)整，各類產(chǎn)業(yè)園區(qū)特別是工業(yè)園區(qū)的建設(shè)得到較快發(fā)展，大量企業(yè)向園區(qū)集中。以江蘇省蘇州市為例，目前已經(jīng)有75%的工業(yè)企業(yè)集中于工業(yè)園區(qū)內(nèi)，未來5年這一比例還將進(jìn)一步提高。工業(yè)園區(qū)在全社會用電量中占有很大的比重，實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)的智能用電對于智能電網(wǎng)建設(shè)非常重要。為了保障園區(qū)企業(yè)生產(chǎn)用電，特別是為了滿足園區(qū)負(fù)荷峰值的持續(xù)增長，供電公司在園區(qū)的供配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上做了巨大的投入，但是在網(wǎng)絡(luò)實(shí)際運(yùn)行中滿負(fù)荷運(yùn)行時間占比小，造成了電網(wǎng)設(shè)備利用率低，投入產(chǎn)出比不理想的狀況。在智能電網(wǎng)背景下，引導(dǎo)智能園區(qū)的電力用戶主動開展需求響應(yīng)（DR），可以提升園區(qū)智能用電管理水平，增強(qiáng)負(fù)荷平衡能力，提高電網(wǎng)設(shè)備利用率及電網(wǎng)運(yùn)行效率、降低電網(wǎng)運(yùn)行成本。 利用深入到用戶內(nèi)部的分類用電信息采集和控制手段，細(xì)致掌握企業(yè)負(fù)荷特性，并在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)園區(qū)內(nèi)企業(yè)更為科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、安全和高效的利用電能，使得電網(wǎng)負(fù)荷能夠以園區(qū)為單位實(shí)現(xiàn) “削峰填谷”，促進(jìn)節(jié)能減排。

1智能園區(qū)需求響應(yīng)項(xiàng)目成本效益計(jì)算方法

通過比較項(xiàng)目全部成本和效益，評估DR項(xiàng)目價(jià)值。運(yùn)用益本比的概念（效益成本之比），從電網(wǎng)企業(yè)作為DR實(shí)施主體的角度，衡量智能園區(qū)實(shí)施DR的經(jīng)濟(jì)性。

智能園區(qū)需求響應(yīng)項(xiàng)目成本效益分析流程如圖1所示。效益項(xiàng)中的投資效益由可免容量節(jié)約的投資成本而來，運(yùn)行效益由可免電量節(jié)約的運(yùn)行成本而來，合同能源管理效益由電網(wǎng)企業(yè)按比例分享用戶節(jié)約電費(fèi)而來。

圖1智能園區(qū)需求響應(yīng)項(xiàng)目成本效益分析流程

智能園區(qū)DR項(xiàng)目成本效益的數(shù)據(jù)包括：項(xiàng)目周期、參與需求響應(yīng)項(xiàng)目的電力用戶總數(shù)、簽訂合同能源管理合同的電力用戶總數(shù)、可避免容量、可避免電量、管理費(fèi)用、設(shè)備成本（控制設(shè)備、通信設(shè)備、控制中心硬件及軟件系統(tǒng)）、安裝成本、運(yùn)行維護(hù)成本、投資效益、運(yùn)行效益、合同能源管理效益、減排效益、設(shè)備殘值。其中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：項(xiàng)目周期T、參與需求響應(yīng)項(xiàng)目的電力用戶總數(shù)N、簽訂合同能源管理合同的電力用戶總數(shù)K、總電量Etotal、總電費(fèi)Mtotal和用戶最高負(fù)荷Ptotal_max。

（1）可避免容量Pt即可避免峰荷容量，是指由于節(jié)電在電網(wǎng)峰荷期可避免的裝機(jī)容量。可避免容量與用戶降低的峰荷、用戶同時率、系統(tǒng)備用容量系數(shù)、用戶總數(shù)有關(guān)。計(jì)算公式為：

式（1）中：Pit為第t年第i個用戶降低的峰荷；N為用戶總數(shù)；σ為用戶同時系數(shù)；λ為系統(tǒng)備用容量系數(shù)；α為電網(wǎng)配電損失系數(shù)。

根據(jù)2010年江蘇電力公司開展有序用電錯峰限電所取得的實(shí)際效果來看，工業(yè)企業(yè)可錯峰負(fù)荷約為最高負(fù)荷的5%。因此，本文按照最高負(fù)荷的5%估算非高載能工業(yè)園區(qū)的錯峰潛力和錯峰效益，而對于高載能工業(yè)園區(qū)依據(jù)其負(fù)荷特性，按照最高負(fù)荷的1.75%估算。定義用戶響應(yīng)度d為實(shí)際削減量與最大潛力的比值。若樣本園區(qū)屬于非高載能工業(yè)園區(qū)，并且電力公司統(tǒng)計(jì)的最高負(fù)荷已經(jīng)考慮了同時系數(shù)，則：

（2）可避免電量ΔEC是指終端節(jié)約電量使電網(wǎng)側(cè)避免的發(fā)電量。可避免電量與終端措施節(jié)電量、終端配電損失系數(shù)、電網(wǎng)配電損失系統(tǒng)有關(guān)，其計(jì)算公式為：

式（4）中：ΔEC為系統(tǒng)可避免電量；ΔE0為終端措施節(jié)約電量 （通過估計(jì)每年減少用電的時間與可避免容量的乘積計(jì)算）；l為終端配電損失數(shù)；α為電網(wǎng)配電的損失系數(shù)。

通過對樣本園區(qū)中企業(yè)可中斷生產(chǎn)過程的用電行為分析，發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化用電管理，能夠節(jié)約峰荷3%至5%。用戶年參與DR的時間約為850 h，推算出園區(qū)企業(yè)優(yōu)化用電管理能夠產(chǎn)生的節(jié)能潛力約為總用電量的1%，即：

（3）管理費(fèi)用CM是指電力公司為管理和組織需求側(cè)響應(yīng)活動而發(fā)生的各項(xiàng)費(fèi)用。如果根據(jù)可避免容量攤銷管理費(fèi)用，可設(shè)單位管理費(fèi)用為μ，經(jīng)驗(yàn)值約為80元/kW[6]。計(jì)算公式為：

（4）需求響應(yīng)設(shè)備成本CF（元）包括控制設(shè)備、通信設(shè)備、控制中心硬件及軟件系統(tǒng)購置費(fèi)用的總和，即：

式（7）中：C1為單個控制設(shè)備成本；C2為單個通信設(shè)備（接收器、傳輸器）的成本；C3為控制中心建設(shè)總成本，包括控制中心硬件和軟件系統(tǒng)。一般情況下，C1和C2根據(jù)一戶一設(shè)備計(jì)算，而根據(jù)地區(qū)內(nèi)控制中心的單元數(shù)來確定。

（5）安裝成本C1為：

式（8）中：C4為每戶設(shè)備安裝成本；N為智能園區(qū)參與試點(diǎn)的電力用戶數(shù)量。

3．1 佛山各區(qū)兒童行為問題檢出率無差異 本次調(diào)查的1 695名佛山市兒童，行為問題檢出率為11．8%，與國內(nèi)外報(bào)告基本一致，比深圳的兒童問題檢出率13．97%稍低［3］，國外兒童問題發(fā)生率5%～15%，全國4～16歲兒童少年行為問題檢出率10．78%～15．16%［2］。

（6）需求響應(yīng)項(xiàng)目的運(yùn)行維護(hù)成本COM（元）按照設(shè)備成本的一定比例計(jì)算。樣本園區(qū)這一比例取為5%，即：

（7）投資效益BP是指電網(wǎng)企業(yè)由于可避免容量減少的投資費(fèi)用，可以通過少建或者緩建的變電站、輸電線路的平均造價(jià)確定。其計(jì)算公式為：

式（10）中：θ為電網(wǎng)側(cè)可避免容量成本的折算因子，通過每年減少的投資費(fèi)用攤銷到每年的可免容量中進(jìn)行計(jì)算。

（8）運(yùn)行效益BE是指電網(wǎng)企業(yè)由于可避免電量減少的購電費(fèi)用，可根據(jù)購電均價(jià)確定。其計(jì)算公式為：

式（11）中：ω為電網(wǎng)側(cè)可避免電量的折算因子。

式（12）中：Mi為參與合同能源管理項(xiàng)目的用戶i的年總電費(fèi)。

電網(wǎng)企業(yè)的年總成本：

電網(wǎng)企業(yè)的年總收益：

3智能園區(qū)需求響應(yīng)項(xiàng)目成本效益實(shí)例分析

我國中部、東部地區(qū)的園區(qū)多為綜合性工業(yè)園或開發(fā)區(qū)，高載能企業(yè)比例較小，稱之為非高載能工業(yè)園區(qū)。以江蘇某技術(shù)開發(fā)區(qū)為智能園區(qū)樣本，樣本園區(qū)試點(diǎn)企業(yè)的數(shù)目為20戶，簽訂合同能源管理合同的電力用戶數(shù)目為8戶，項(xiàng)目周期為10年，總用電量為482 280 892 kW·h，總電費(fèi)為36 570.23萬元，園區(qū)用戶最高負(fù)荷113 663 kW。計(jì)及資金時間價(jià)值，采用動態(tài)評價(jià)方法[6]。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為第一年實(shí)施DR的數(shù)據(jù)，動態(tài)評價(jià)時基準(zhǔn)折現(xiàn)率io為8%[3]，系統(tǒng)備用容量系數(shù)λ為10%，電網(wǎng)配電損失系數(shù)α為5%，終端配電損失數(shù)l為5%。減排效益和設(shè)備殘值暫不納入電網(wǎng)企業(yè)效益項(xiàng)。成本效益分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)式（3—5）求得歸算到電網(wǎng)側(cè)的可避免容量為6 646.78 kW、可避免電量為5 343 830 kW·h。用戶響應(yīng)度d為100%、節(jié)電收益分享比例x為50%時，成本項(xiàng)、效益項(xiàng)具體結(jié)果如表2所示，指標(biāo)項(xiàng)如表3所示。最終以回收周期和益本比為指標(biāo)，體現(xiàn)智能園區(qū)實(shí)施DR項(xiàng)目的可行性。

表1成本效益分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表2需求響應(yīng)項(xiàng)目成本效益定量計(jì)算結(jié)果 萬元

表3指標(biāo)項(xiàng)

從上述分析可知，在滿足基本條件的情況下，樣本園區(qū)實(shí)施DR項(xiàng)目的益本比BCR大于1，表明該智能園區(qū)實(shí)施DR項(xiàng)目具有可行性。當(dāng)用戶響應(yīng)度d和節(jié)電效益分享比例x變化，回收周期和益本比的變化如圖2、圖3所示，參與DR用戶總數(shù)N和簽訂合同能源管理合同的用戶數(shù)K（比例k）變化時，回收周期和益本比的變化如圖4、圖5所示。

圖2回收周期的變化趨勢一

圖3益本比的變化趨勢一

圖4回收周期的變化趨勢二

圖5益本比的變化趨勢二

如果至項(xiàng)目實(shí)施周期結(jié)束仍未回收成本，回收周期超過120個月按120個月示意。節(jié)電分享比例相同時，隨著用戶響應(yīng)度增大，回收期變短，益本比變大；用戶響應(yīng)度不變時，隨著節(jié)電分享比例增長，回收期變短，益本比變大。充分發(fā)揮用戶轉(zhuǎn)移峰荷的能力和提高節(jié)電分享比例，都有利于提高電網(wǎng)實(shí)施DR的經(jīng)濟(jì)性，用戶響應(yīng)度或分享比例過低，電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性較差，但是需要考慮用戶的接受程度，設(shè)定合理的分享比例，不可過高。參與合同能源管理用戶比例不變時，隨著參與DR用戶數(shù)增加，回收期變短，益本比變大；參與DR用戶數(shù)一定時，隨著參與合同能源管理用戶比例提高，回收期變短，益本比變大。提高參與DR用戶數(shù)和簽訂合同能源管理合同用戶比例，都有助于提高電網(wǎng)實(shí)施DR的經(jīng)濟(jì)性，參與DR用戶數(shù)或簽訂合同能源管理合同用戶比例過低，不利于吸引電網(wǎng)公司參與DR。

4結(jié)束語

為完成智能園區(qū)DR項(xiàng)目的建設(shè)，必須采取多種措施。這些措施以先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備為基礎(chǔ)，以經(jīng)濟(jì)效益為中心，以法制為保障，以政策為先導(dǎo)，采用市場經(jīng)濟(jì)運(yùn)作方式，講究貢獻(xiàn)和效益，最大化智能園區(qū)效益。對于智能園區(qū)DR項(xiàng)目的實(shí)施效益分析建議如下：

（1）智能園區(qū)DR項(xiàng)目的效益分為經(jīng)濟(jì)效益、管理效益和社會效益三類，參與方有電網(wǎng)公司、用戶和政府三方。在成本效益分析時，首先要堅(jiān)持宏觀性和客觀性原則，對三方的效益進(jìn)行綜合分析，但是可以根據(jù)情況給予某方重點(diǎn)關(guān)注（例如電網(wǎng)企業(yè)），明確成本效益分析的成本項(xiàng)和效益項(xiàng)。還可結(jié)合園區(qū)用戶特點(diǎn)，對計(jì)算方法進(jìn)行修正。

（2）智能園區(qū)DR項(xiàng)目的成本效益分析中各成本項(xiàng)和效益項(xiàng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要通過調(diào)研、統(tǒng)計(jì)和結(jié)合歷史數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)分析獲取。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是智能園區(qū)效益分析的基石，直接關(guān)系到效益分析的結(jié)果是否可信。我國需求響應(yīng)項(xiàng)目工作己經(jīng)積累了許多經(jīng)驗(yàn)，但如污染氣體排放量等方面的定量數(shù)據(jù)尚未形成標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)方法，因此部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算建立在一定的假設(shè)條件上，可以借鑒國外經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。

（3）智能園區(qū)DR項(xiàng)目實(shí)施效益分析可以采用定性分析和定量分析相結(jié)合的方式。定性分析，具體敘述參與方的效益；定量分析，用數(shù)據(jù)給予定性分析有力的支撐。

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