电力需求侧电能质量治理的相对能效分析.pdf
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1、第 5 2卷第 7期 2 0 1 5年4月 1 0曰 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s ur e m e nt& I n s t r u m e n t a t i o n VO I 5 2 No 7 Ap r 1 0, 2 0 1 5 电力需求侧 电能质量治理 的相对能效分 析 冰 王胡娇, 陶顺, 肖湘宁 ( 华北电力大学, 北京 1 0 2 2 0 6 ) 摘要 : 电能质量治理可以降低 电力需求侧遭受的电能质量经济损失 , 提高需求侧的能源利用效率 。文 中以全要 素能源效率为评价指标 , 提出了一种电力需求侧电能质量治理的相对能效分析方法。实例分析结果
2、表明, 电能 质量治理能够提高电力需求侧的能源利用效率 , 对 比不同电能质量治理方案全要素能源效率可为 电力需求侧 节能减排提供决策支持。 关键词 : 电能质量治理; 全要素能源效率分析 ; 经济性评估 ; 电力需求侧 中图分类号 : T M 9 3 文献标识码 : B 文章编号 : 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 o 1 5 ) 0 7 0 0 1 0 0 5 Re l a t i v e e ne r g y e ffi c i e n c y a na l y s i s o f po we r q ua l i t y m a na g e m e n t a t t he
3、po we r de ma n d s i d e Wa n g Y u e j i a o , T a o S h u n , X i a o X i a n g n i n g ( N o a h C h i n a E l e c t r i c P o w e r U n i v e r s i t y , B e i i n g 1 0 2 2 0 6 ,C h i n a ) Ab s t r a c t :P o we r q u a l i t y ma na g e me n t c a n r e d uc e e c o n o mi c l o s s e s c a
4、us e d b y p o we r q ua l i t y a n d i mp r o v e t h e e n e r g y u t i l i z a t i o n e ffic i e n c y a t t h e p o w e r d e m a n d s i d e Wi t h t h e t o t a l f a c t o r e n e r g y e f f i c i e n c y( T F E E )a s t h e e v a l u a t i o n i n d e x , t hi s p a p e r pr o p o s e d
5、a me t h o d t o a n a l y z e t h e r e l a t i v e e n e r g y e ffi c i e n c y o f t he p o we r q u a l i t y ma na g e me n t a t t h e e ne r gy d e ma n d s i d e I n s t a n c e a n a l y s i s r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h e p o w e r q u a l i t y ma n a g e me n t c o u l d
6、 i mp r o v e t h e e n e r gy u t i l i z a t i o n e f fic i e n c y a t t h e p o we r de ma n d s i de,a n d t ha t ma k e s c o mpa r i s o n o f t h e TFEE i n d i f f e r e n t p o we r q u a l i t y ma n a g e me n t s c h e me s c o u l d p r o v i d e de c i s i o n s u p p o f o r t h e e
7、 n e r gy - s a v i n g a n d e mi s s i o n r e d uc t i o n a t t h e p o we r d e ma nd s i d e Ke y wo r ds: p o we r q u a l i t y ma n a g e me n t ,a n a l y s i s o f t he t o t a l f a c t o r e n e r gy e ffi c i e n c y,e c o n o mi c e v a l ua t i o n,p o we r de ma n d s i de 0 引 言 电力工
8、业作为国民经济发展 中的重要基础能源 产业 , 是 国家节能减排战略的重要组成部分。电能 质量治理通过提高供 电质量 , 能够减少 劣质电能对 电力需求侧造成的经济损失 , 降低额外损耗 , 从而提 高能源利用效率。基于对 电能质量的经济成本 的准 确评估 , 对 比不同电能质量治理方 案的相对 节能效 益 , 可以使电力需求侧 明确电能质量治理 的重要性 , 积极采取措施改善 电能质量 , 进 而提高系统整体 电 能质量水平 , 实现社会整体效益的提高。 文中论述了电能质量治理与电力需求侧节能 的 关系 , 面向需求侧提出 了一种 以全要素能源效率为 评价指标的电能质量治理的相对能效分析方法
9、。并 基金项 目: 国家科技支撑计划资助项 目( 2 0 1 1 B A A O 1 B 0 3 ) 一 1 0 一 基于国内某 半导体制造业用户的实际生产数据 , 对 不同电能质量治理方案可达到的相对节能效益进行 了分 析和 比较 。 1 电能质量治理与电力需求侧节能的关系 节能是指加强用能管理 , 采取技术上可行 、 经济 上合理以及环境和社会可 以承受 的措施 , 从 能源生 产到消费的各个环节 , 降低消耗 、 减少损失和污染物 排放 、 制止浪 费, 有效 、 合 理地利用能源 。通俗地 讲 , 节能即是将能源浪费降低到最小限度 , 将 能源加 工转换和使用效率提高到最大限度。电力需
10、求侧管 理( D S M) 是 目前广泛采用的能源管理方式 , 指通过 采取有效措施 , 引导电力用户提高终端用电效率 , 改 变用 电方式 , 优化资源配置 , 在完成 同样用 电功能的 同时减 少 电量 消耗 和电力需 求 J 。提 高能 源效 率 ( E E) 是 D S M实现节能的重要途径 , 表 1为美 国能源 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 7期 2 0 1 5年4月 1 0日 电测与仪表 Ei e c t r i c a l M e a s ur e me nt& I n s t r ume nt a t i o n V0 I 5
11、 2 N0 7 Apr 1 0, 2 01 5 信息署( E I A)在 2 0 1 1年的电力年鉴 中统计 的提高 能源利用效率达到的节能效益 。 表 1 提 高能效的节能效益( 单位 : k MWh ) T a b 1 E n e r g y c o n s e r v e i o n b y i m p ro v i n g E E( U n i t : k MW h ) 数 据 来 源 :h t t p: w ww e i a e l e c t r i c i t y a n n u a l 劣质电能会导致 电力需求侧 能源利用效率的降 低。就供应一定容量 的负荷而言, 一方面, 劣
12、质电能 传输需要消耗额外 电力供应 , 造成直接的能源浪费。 另一方面, 劣质 电能供应引起 的电能质 量事件使需 求侧遭受额 外的经济损失 , 造成需求 侧生产效率 和 能源利用效率的降低 。电能质量造成 的经济损失 主 要包括废品损失 ( 包 括人力成本 、 材料成本 、 能源动 力成本) 、 停工损失 、 生产损失( 生产效率下降导致 的 利润损失和补救成本 ) 、 重启动成本及设备 成本 ( 损 坏及维修 ) 等 。 需求侧通过电能质量治理减少 电能质量造成 的 经济损失 , 但 也不可避免 的产生 了电能质 量治理成 本。治理成本包括治理设备 的初始投资费用 以及运 行维护成本。电能
13、质量事件造成 的经济损失及 电能 质量治理成本之和为电能质量成本。 由国家发改委经济 运行局 电力处发起 的“ 需求 侧管理中的电能质量经济性调查分析” 课 题研究针 对上海地 区7个行业类型用户进行 了电能质量造成 经济损失的调查统计 , 结果如 图 1所示。可见 , 劣质 电能使得单位用电量产生的经济效益降低, 违背了 需求侧节能增效的 目标 。 电能质量 问题是需求侧管理需要解决 的重要 问 题。需求侧采用的节能照明设备及具有变频调速功 能的电器 , 大量应用 了电力 电子技术 , 在提高 能源利 用效率 的 同时会造 成系统谐 波扰 动增加 。与此 同 时 , 变频调速器 、 照明设备
14、及数据处理设备等对 电能 质量扰动十分敏感 , 敏感负荷种类和数量的增加 , 使 7 0 O 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 O 5 7 0 6 4 _ L0 ! 仃 造 业 业 一 单位:元 万k Wh 37 8 1 图 1 不 同行 业 用户单位 用 电量 的 电能质 量成本 F i g 1 P o we r q ua l i t y c o s t s p e r k Wh o f d i ffe r e n t u s e r s 电能质量 问题对需求侧产生 的影响范围更大 、 程 度 更 深 。 电力需求侧电能质量治理的 目的是在满足电力需 求
15、的同时, 采取调整和控制手段改善电能质量 、 提高电 能使用效率和经济性, 减少劣质电能对需求侧生产生活 的不利影响, 从而提高需求侧的能源利用效率。 2 电能质量治理方案的相对能效分析方法 2 1 节 能效 益评价 指标 ( 1 ) 全要素能源效率 电能质量治理的节能效益可使用能源效率的评 价指标 来衡 量。能 源效率 的评价 指标 主要分 为两 类 : 单要素 能源效率和全要素能源效率 。单要素 能 源效率仅关 注能源投入与经济产 出之 间的关系 , 然 而能源本身并不能获得产 出, 必须结合其 他生产要 素进行才能更好地反映客观实际 J 。H u和 Wa n g利 用 C C R D E
16、 A模型提出了“ 全要素能源效率( T F E E) ” 的概念 j , 其计算公式可表示如下 : 加E = 式 中 最优生产要素投入量 由最优生产实践确定 , 即 实践中生产 一定 量产 品所 需 的最少生 产要 素投入 量 。T F E E弥补了单要素能源效率的缺 陷, 有效考虑 到能源利用 过程 中各类生产投入要素 的相互 配合 , 为能效问题 的研究提供了新 的方法论 , 对 后续研究 启示很大 j 。文献 6 - 1 1 利用 T F E E方法就 中国能 源效 率 的 区域差 异进 行 了分析 , 研究 成果 证实 了 T F E E用于研究能效 问题 的可行性及有效性 。电能 质
17、量治理通过电能质量成本对需求侧能源利用效率 产生影响 , 采用 T F E E为能效评价指标可更好地反映 电能质量治理对能源消耗过程的影响。 ( 2 ) C C R- D E A模 型 T F E E的计算 以 C C R D E A模型为基础 。设有 n 个具有可比性 的生产决策单元 , 每一决策 单元有 m 种生产投入要素 , s 种产 出要 素。以 ( 1 i m) 表 示第 个 决策单 元第 i 种生产投 入要素 的数量 , Y , ( 1 r s ) 表示第 个决策单元第 r 种产出要素 的数 量 。 表示第 i 种投入的权重, “ , 表示第 r 种产出的 权重。为方便 , 记为
18、: : ( lJ , , , 阿 ) , =1 , , n = ( y l J , Y , , Y si ) =1 , , n = ( 1 , 2 , , m ) T =( M 1 , 2 , , ) T 以权重系数 和 为变量 , 评价决策单元 的 C C R D E A模型可表示为如下形式 : 驯 一 制 药 业 l 食 器 制 造 业 I 汽车制 造业 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 7期 2 0 1 5年4月 1 0日 电测 与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me nt& I n s t r u m
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