智能园区需求响应项目实施效益研究

李啸宇，谈金晶，王蓓蓓

(1.安徽省大唐淮北发电厂，安徽淮北 235000；2.东南大学电气工程学院，江苏南京210096)

近年来随着城市建设规划格局的调整，各类产业园区特别是工业园区的建设得到较快发展，大量企业向园区集中。以江苏省苏州市为例，目前已经有75%的工业企业集中于工业园区内，未来5年这一比例还将进一步提高。工业园区在全社会用电量中占有很大的比重，实现工业园区的智能用电对于智能电网建设非常重要。为了保障园区企业生产用电，特别是为了满足园区负荷峰值的持续增长，供电公司在园区的供配电网络建设上做了巨大的投入，但是在网络实际运行中满负荷运行时间占比小，造成了电网设备利用率低，投入产出比不理想的状况。在智能电网背景下，引导智能园区的电力用户主动开展需求响应（DR），可以提升园区智能用电管理水平，增强负荷平衡能力，提高电网设备利用率及电网运行效率、降低电网运行成本。 利用深入到用户内部的分类用电信息采集和控制手段，细致掌握企业负荷特性，并在此基础上引导园区内企业更为科学、经济、安全和高效的利用电能，使得电网负荷能够以园区为单位实现 “削峰填谷”，促进节能减排。

1智能园区需求响应项目成本效益计算方法

通过比较项目全部成本和效益，评估DR项目价值。运用益本比的概念（效益成本之比），从电网企业作为DR实施主体的角度，衡量智能园区实施DR的经济性。

智能园区需求响应项目成本效益分析流程如图1所示。效益项中的投资效益由可免容量节约的投资成本而来，运行效益由可免电量节约的运行成本而来，合同能源管理效益由电网企业按比例分享用户节约电费而来。

图1智能园区需求响应项目成本效益分析流程

智能园区DR项目成本效益的数据包括：项目周期、参与需求响应项目的电力用户总数、签订合同能源管理合同的电力用户总数、可避免容量、可避免电量、管理费用、设备成本（控制设备、通信设备、控制中心硬件及软件系统）、安装成本、运行维护成本、投资效益、运行效益、合同能源管理效益、减排效益、设备残值。其中，基础数据包括：项目周期T、参与需求响应项目的电力用户总数N、签订合同能源管理合同的电力用户总数K、总电量Etotal、总电费Mtotal和用户最高负荷Ptotal_max。

（1）可避免容量Pt即可避免峰荷容量，是指由于节电在电网峰荷期可避免的装机容量。可避免容量与用户降低的峰荷、用户同时率、系统备用容量系数、用户总数有关。计算公式为：

式（1）中：Pit为第t年第i个用户降低的峰荷；N为用户总数；σ为用户同时系数；λ为系统备用容量系数；α为电网配电损失系数。

根据2010年江苏电力公司开展有序用电错峰限电所取得的实际效果来看，工业企业可错峰负荷约为最高负荷的5%。因此，本文按照最高负荷的5%估算非高载能工业园区的错峰潜力和错峰效益，而对于高载能工业园区依据其负荷特性，按照最高负荷的1.75%估算。定义用户响应度d为实际削减量与最大潜力的比值。若样本园区属于非高载能工业园区，并且电力公司统计的最高负荷已经考虑了同时系数，则：

（2）可避免电量ΔEC是指终端节约电量使电网侧避免的发电量。可避免电量与终端措施节电量、终端配电损失系数、电网配电损失系统有关，其计算公式为：

式（4）中：ΔEC为系统可避免电量；ΔE0为终端措施节约电量 （通过估计每年减少用电的时间与可避免容量的乘积计算）；l为终端配电损失数；α为电网配电的损失系数。

通过对样本园区中企业可中断生产过程的用电行为分析，发现通过优化用电管理，能够节约峰荷3%至5%。用户年参与DR的时间约为850 h，推算出园区企业优化用电管理能够产生的节能潜力约为总用电量的1%，即：

（3）管理费用CM是指电力公司为管理和组织需求侧响应活动而发生的各项费用。如果根据可避免容量摊销管理费用，可设单位管理费用为μ，经验值约为80元/kW[6]。计算公式为：

（4）需求响应设备成本CF（元）包括控制设备、通信设备、控制中心硬件及软件系统购置费用的总和，即：

式（7）中：C1为单个控制设备成本；C2为单个通信设备（接收器、传输器）的成本；C3为控制中心建设总成本，包括控制中心硬件和软件系统。一般情况下，C1和C2根据一户一设备计算，而根据地区内控制中心的单元数来确定。

（5）安装成本C1为：

式（8）中：C4为每户设备安装成本；N为智能园区参与试点的电力用户数量。

3．1 佛山各区儿童行为问题检出率无差异 本次调查的1 695名佛山市儿童，行为问题检出率为11．8%，与国内外报告基本一致，比深圳的儿童问题检出率13．97%稍低［3］，国外儿童问题发生率5%～15%，全国4～16岁儿童少年行为问题检出率10．78%～15．16%［2］。

（6）需求响应项目的运行维护成本COM（元）按照设备成本的一定比例计算。样本园区这一比例取为5%，即：

（7）投资效益BP是指电网企业由于可避免容量减少的投资费用，可以通过少建或者缓建的变电站、输电线路的平均造价确定。其计算公式为：

式（10）中：θ为电网侧可避免容量成本的折算因子，通过每年减少的投资费用摊销到每年的可免容量中进行计算。

（8）运行效益BE是指电网企业由于可避免电量减少的购电费用，可根据购电均价确定。其计算公式为：

式（11）中：ω为电网侧可避免电量的折算因子。

式（12）中：Mi为参与合同能源管理项目的用户i的年总电费。

电网企业的年总成本：

电网企业的年总收益：

3智能园区需求响应项目成本效益实例分析

我国中部、东部地区的园区多为综合性工业园或开发区，高载能企业比例较小，称之为非高载能工业园区。以江苏某技术开发区为智能园区样本，样本园区试点企业的数目为20户，签订合同能源管理合同的电力用户数目为8户，项目周期为10年，总用电量为482 280 892 kW·h，总电费为36 570.23万元，园区用户最高负荷113 663 kW。计及资金时间价值，采用动态评价方法[6]。基础数据为第一年实施DR的数据，动态评价时基准折现率io为8%[3]，系统备用容量系数λ为10%，电网配电损失系数α为5%，终端配电损失数l为5%。减排效益和设备残值暂不纳入电网企业效益项。成本效益分析基础数据如表1所示。

根据式（3—5）求得归算到电网侧的可避免容量为6 646.78 kW、可避免电量为5 343 830 kW·h。用户响应度d为100%、节电收益分享比例x为50%时，成本项、效益项具体结果如表2所示，指标项如表3所示。最终以回收周期和益本比为指标，体现智能园区实施DR项目的可行性。

表1成本效益分析基础数据

表2需求响应项目成本效益定量计算结果 万元

表3指标项

从上述分析可知，在满足基本条件的情况下，样本园区实施DR项目的益本比BCR大于1，表明该智能园区实施DR项目具有可行性。当用户响应度d和节电效益分享比例x变化，回收周期和益本比的变化如图2、图3所示，参与DR用户总数N和签订合同能源管理合同的用户数K（比例k）变化时，回收周期和益本比的变化如图4、图5所示。

图2回收周期的变化趋势一

图3益本比的变化趋势一

图4回收周期的变化趋势二

图5益本比的变化趋势二

如果至项目实施周期结束仍未回收成本，回收周期超过120个月按120个月示意。节电分享比例相同时，随着用户响应度增大，回收期变短，益本比变大；用户响应度不变时，随着节电分享比例增长，回收期变短，益本比变大。充分发挥用户转移峰荷的能力和提高节电分享比例，都有利于提高电网实施DR的经济性，用户响应度或分享比例过低，电网经济性较差，但是需要考虑用户的接受程度，设定合理的分享比例，不可过高。参与合同能源管理用户比例不变时，随着参与DR用户数增加，回收期变短，益本比变大；参与DR用户数一定时，随着参与合同能源管理用户比例提高，回收期变短，益本比变大。提高参与DR用户数和签订合同能源管理合同用户比例，都有助于提高电网实施DR的经济性，参与DR用户数或签订合同能源管理合同用户比例过低，不利于吸引电网公司参与DR。

4结束语

为完成智能园区DR项目的建设，必须采取多种措施。这些措施以先进的技术设备为基础，以经济效益为中心，以法制为保障，以政策为先导，采用市场经济运作方式，讲究贡献和效益，最大化智能园区效益。对于智能园区DR项目的实施效益分析建议如下：

（1）智能园区DR项目的效益分为经济效益、管理效益和社会效益三类，参与方有电网公司、用户和政府三方。在成本效益分析时，首先要坚持宏观性和客观性原则，对三方的效益进行综合分析，但是可以根据情况给予某方重点关注（例如电网企业），明确成本效益分析的成本项和效益项。还可结合园区用户特点，对计算方法进行修正。

（2）智能园区DR项目的成本效益分析中各成本项和效益项的基础数据主要通过调研、统计和结合历史数据的经验分析获取。基础数据是智能园区效益分析的基石，直接关系到效益分析的结果是否可信。我国需求响应项目工作己经积累了许多经验，但如污染气体排放量等方面的定量数据尚未形成标准的统计方法，因此部分基础数据的计算建立在一定的假设条件上，可以借鉴国外经验数据进行估算。

（3）智能园区DR项目实施效益分析可以采用定性分析和定量分析相结合的方式。定性分析，具体叙述参与方的效益；定量分析，用数据给予定性分析有力的支撑。

[1]曾 鸣，李洪东，范艳霞.风电社会效益评价模型及实证研究[J].电力需求侧管理，2009，11（5）：17-19.

[2]曾 鸣，田 廓，李 娜，等.分布式发电经济效益分析及其评估模型[J].电网技术，2010，34（8）：129-133.

[3]卢键明.我国电力需求侧响应的模式方法及实施模式研究[D].北京：华北电力大学，2009.