電網“煤改電”運行分析及綜合評價

崔 威，白新雷，張 凱，呂 穩

(1.國網河北省電力有限公司，石家莊 050021;2.國網河北省電力有限公司電力科學研究院，石家莊 050021;3.國網河北省電力有限公司保定供電分公司，河北 保定 071003)

北方清潔取暖作為國家重大部署，對提升人民群眾生活質量、治理大氣污染具有重要意義[1]。為落實國家部署，減少冬季燃煤污染、改善空氣質量，我國北方城市自2016年開始大范圍開展清潔供暖改造工作，“煤改電”是其中重要工作之一。“煤改電”是指利用電力取代煤炭，使用電鍋爐、熱泵等電采暖方式向用戶供暖，對于治污染、保民生、促發展具有重大意義[23]。自2016年以來，河北省南部電網(簡稱“河北南網”)積極推進“煤改電”各項工作，逐年新建改造電力配套設施，強化運維保障，2018—2019年采暖季，順利完成50.6萬戶、6 997家企事業單位電采暖用戶供電服務保障工作。

文中采用營銷業務應用系統基礎數據，對“煤改電”各類用戶的電量、負荷等進行統計，分析了河北南部地區2018—2019年采暖季“煤改電”運行情況，對存在的問題進行了總結并給出了改進建議，將電量增幅、戶均投資及投訴數量這3個電網管理者最關注的指標作為評價指標，采用隸屬度函數和熵權法相結合進行評價分析。

1 河北南網“煤改電”負荷分析

1.1 負荷與溫度關系分析

2018—2019年供暖季，河北南網“煤改電”負荷與溫度呈負相關關系。供暖季初期，隨著最低溫度的逐漸降低，“煤改電”負荷逐步增長至400 MW左右;11月底至12月初，最低溫度降至0℃左右時，由于累積效應，“煤改電”負荷仍呈逐漸上升趨勢，穩步增長至500 MW以上;12月中旬，隨著最低溫度的持續下降，“煤改電”負荷逐漸增長至600 MW以上;12月下旬開始，最低溫度逐漸降至零下10℃以下，“煤改電”負荷急劇攀升，在12月28日達到最大884 MW，如圖1所示。

圖1 煤改電負荷及氣溫曲線

1.2 最大負荷臺區分布

提取采暖季“煤改電”典型配變最大負荷出現的日期，對每日出現最大負荷的配變數量按時間維度分布進行了統計，配變最大負荷主要集中出現在初一、除夕及其他寒潮天氣，與當日最低溫度及春節假期顯著相關，如圖2所示。

圖2 冬季最大負載數量在時間軸的分布

2 河北南網“煤改電”運行狀況

通過對河北南部地區“煤改電”用戶在電力營銷系統進行標記，對電量進行大數據聚類分析，可發現用電特點如下。

2.1 整體使用率低

通過采暖電量分析采暖設備利用情況，采暖季“煤改電”戶均用電量為2.3 M Wh，是非采暖季的5.29倍，有顯著增加，但相對北京(6.5 MWh)、天津(3.7 MWh)差距仍然明顯。采暖季住房空置戶占10%，正常使用的用戶約40%。

2.2 使用地域差異大

對河北南網采暖季戶均用電量及采暖電量進行對比，保定及雄安地區采暖季電量增幅明顯(8倍以上)，居民散戶采暖季電量較高，超過5 MWh。主要是由于保定及雄安相當一部分區域在北部禁煤區范圍內，因此“煤改電”改造較早，禁煤政策較為嚴格，大部分居民戶內已拆除原有煤爐，用戶已形成電采暖習慣，用電基礎較好。

2.3 各類型用戶電量增幅差異大

對居民散戶、學校用戶、其他企事業單位的采暖季電量與平日基礎電量增幅進行對比，學校用戶為15倍、企事業單位為7倍、居民散戶約5倍。主要原因為如下兩點。

a.在政策上，企事業單位及學校統一管控，改電后可嚴格執行電采暖政策，完全杜絕用煤;

b.在資金上，企事業單位及學校相對農村居民散戶有較強的經濟能力，保證了電采暖的應用。

3 問題分析及改進建議

3.1 問題分析

對2018年冬2019年春“煤改電”運行情況進行分析，其運營主要存在的以下4點問題。

3.1.1 成本較高影響使用率

a.居民散戶資金受限，相比于學校及其他企事業單位，電采暖利用明顯不足。

b.運行補貼調減，由2017年前的0.2元/k Wh調減至2018年采暖季的0.12元/k Wh，影響用戶使用的積極性。

c.補貼發放后置，用戶在采暖季結束后第2年經電量核算后才能領取補貼。

3.1.2 外部因素導致改而未用

農村老宅存在閑置，但整村改造仍納入改造范圍;入冬后部分人口進城居住;個別區域存在改后拆遷。

3.1.3 采暖技術差異影響采暖效果

a.各地采購設備差異化較大，蓄熱電暖氣、蓄熱鍋爐、空氣源或地源熱泵、其他直熱式等熱效比不同，導致采暖效率、成本有較大差異[4]。

b.大部分農村住房未做墻體及門窗保溫，影響電采暖使用效果。

3.1.4 與大氣污染治理結合不足

a.在前期確村確戶階段，部分電代煤改造區域與氣代煤重疊作為供暖備用，造成改而未用。

b.在冬季供暖階段，部分區域散煤管控相對松動，造成燃煤復燒。

3.2 改進建議

為進一步深化服務大氣污染治理，充分發揮電力清潔供暖效能，改善用戶用暖舒適性，提升國有資產利用效率，提出4點建議。

3.2.1 做好確村確戶選點

a.統籌燃氣和電代煤改造，保障冬季天然氣供應，避免部分區域以電作為后備，與“氣代煤”重復建設造成國有資產閑置浪費。

b.堅持以電定改、整村推進，避免任務攤派、零散改造，便于后期統一實施燃煤管理。

c.統籌城鄉規劃開展“確村確戶”，避免改后即拆。

3.2.2 合理選擇采暖設備

推選蓄熱式及熱泵類技術，蓄熱式可實現“停電不停暖”，熱泵類能效比較高、運行經濟性較好，可通過招標采購和差異化補貼政策執行或引導，避免使用傳統直熱式采暖設備。

3.2.3 落實補貼政策

a.出臺長效化的運行補貼政策，維持運行補貼力度，避免因政策變動造成燃煤復燒。

b.加快采暖補貼發放，提升采暖用戶的積極性。

3.2.4 監督管控過程

對完成電代煤地區，加強散煤的供給側管控，強化對用戶的監督檢查，防止已完成電代煤改造的區域出現散煤復燒，影響大氣治污效果。

4 “煤改電”綜合評價

在“煤改電”運行分析中，電網管理者最為關注的是電量增幅，戶均投資及投訴數量這3個因素，因此，本文以這3個因素作為評價指標，用來對各供電公司的“煤改電”工作進行評價。

4.1 評價指標

對于“煤改電”利用成效，主要考慮采用電量增幅、戶均投資及戶均投訴數量進行綜合評估。各指標的含義如下。

電量增幅(C1):采暖季共發生的電量與當年同時長非采暖季和夏季電量平均值的比值。

戶均投資(C2):“煤改電”工程配套電網戶均資金投入。

戶均投訴數量(C3):用戶在供電質量、頻繁停電、施工人員服務問題等方面的投訴。

4.2 綜合評價模型

在本文提出的3個評價指標中，電量增幅為正向指標，戶均投資和投訴數量為負向指標，這3個指標統計維度不同，評價對象不同，不能同時獲得最優解，需要采用折衷的方法來獲取一個綜合最優解，采用隸屬度函數和熵權法相結合來獲得這3個評價指標的綜合評價。

4.2.1 確定隸屬度函數

由于這3個評價指標單位不相同，不能直接進行比較，應用無量綱的隸屬度函數來評價不同量綱的多個指標，以直觀地反映出每個指標的特性。

對于電量增幅C1這個評價指標，要求其數值越大隸屬度函數的數值越接近于1，其隸屬度函數可用遞增線性函數來描述，其數學表達式如式(1)。

對于戶均投資C2和戶均投訴數量C3這2個評價指標，要求其數值越小隸屬度函數的數值越接近于1，其隸屬度函數可用遞減線性函數來描述，其數學表達式如式(2)。

式中:fi，j為第i個方案對應的第j個目標函數值;fjmin和fjmax分別為第j個目標函數的最小值和最大值;μi，j=0為對第j個目標函數完全不滿意，μi，j=1為對第j個目標函數完全滿意。

4.2.2 確定綜合評價方案

熵權法的原理是依照每個目標函數數值的變化程度來確定各自的權重:如果某個目標的函數值變異程度越大，則該目標在綜合評價中提供的信息量就越多，所起的作用就越大，其權重也應當越大;反之，則其權重越小。在“煤改電”工程中，電量增幅是管理者最關注的指標，各地市電量增幅差異變化程度與其他指標相比也是最大的，因此，用熵權法來對“煤改電”工程進行評價是一種合理的方法。熵權法計算步驟如下[5]:

4.2.2.1 數據標準化

確定出需要進行計算的Nobj個評價指標和Nps個供電公司，其評價矩陣如式(3)。

式中:i=1，2，…，Nps;j=1，2，…，Nobj。矩陣中每個元素數值已應用隸屬度函數得到，各元素的取值范圍均為:μij∈[0，1]。

4.2.2.2 計算第j個目標的熵值

根據式(4)計算第j個目標下第i個方案占該目標的比重。

根據式(5)計算第j項目標的熵值。

式中:當t ij=0時，令t ijl nt ij=0。

4.2.2.3 計算每個目標的熵權ωj

各目標的熵權可由式(6)計算得出。

4.2.2.4 求綜合滿意度S i可得出最終評價方案各目標的綜合滿意度可由式(7)計算得出。最后通過比較S i值的大小，可得出統籌后的綜合評價方案。

5 算例分析

選取河北南網6個市供電公司的相關數據進行算例驗證。相關數值如表1所示。

將表1中的各列應用式(1)、式(2)求得3個評價指標的隸屬度函數值，這樣具有不同單位的數值經過歸一化量綱處理，可以進行熵權運算。

求得隸屬度函數值后，應用式(4)—(6)可得到各指標隸屬度函數對應的各自熵值H j和熵權ω，如表2所示。經觀察發現電量增幅的熵權大于另2個指標的熵權，證明了使用熵權法進行評價的合理性。

表2 各評價指標的熵值和熵權

由式(7)計算得出統籌后的綜合評價方案如表3所示，綜合評價結果為:B市＞C市＞A市＞D市市＞E市＞F市。

表3 最終評價方案

6 結束語

本文對河北南網“煤改電”負荷情況進行了分析，總結出“煤改電”運行情況的特點，針對“煤改電”工程存在的問題給出了改進建議，最后建立了多指標綜合評價體系，對未來做好“煤改電”服務保障工作，助力打贏藍天保衛戰具有重要價值。