电网“煤改电”运行分析及综合评价

2020-06-04白新雷

河北电力技术 2020年2期

崔威，白新雷，张凯，吕稳

(1.国网河北省电力有限公司，石家庄 050021;2.国网河北省电力有限公司电力科学研究院，石家庄 050021;3.国网河北省电力有限公司保定供电分公司，河北保定 071003)

北方清洁取暖作为国家重大部署，对提升人民群众生活质量、治理大气污染具有重要意义[1]。为落实国家部署，减少冬季燃煤污染、改善空气质量，我国北方城市自2016年开始大范围开展清洁供暖改造工作，“煤改电”是其中重要工作之一。“煤改电”是指利用电力取代煤炭，使用电锅炉、热泵等电采暖方式向用户供暖，对于治污染、保民生、促发展具有重大意义[23]。自2016年以来，河北省南部电网(简称“河北南网”)积极推进“煤改电”各项工作，逐年新建改造电力配套设施，强化运维保障，2018—2019年采暖季，顺利完成50.6万户、6 997家企事业单位电采暖用户供电服务保障工作。

文中采用营销业务应用系统基础数据，对“煤改电”各类用户的电量、负荷等进行统计，分析了河北南部地区2018—2019年采暖季“煤改电”运行情况，对存在的问题进行了总结并给出了改进建议，将电量增幅、户均投资及投诉数量这3个电网管理者最关注的指标作为评价指标，采用隶属度函数和熵权法相结合进行评价分析。

1 河北南网“煤改电”负荷分析

1.1 负荷与温度关系分析

2018—2019年供暖季，河北南网“煤改电”负荷与温度呈负相关关系。供暖季初期，随着最低温度的逐渐降低，“煤改电”负荷逐步增长至400 MW左右;11月底至12月初，最低温度降至0℃左右时，由于累积效应，“煤改电”负荷仍呈逐渐上升趋势，稳步增长至500 MW以上;12月中旬，随着最低温度的持续下降，“煤改电”负荷逐渐增长至600 MW以上;12月下旬开始，最低温度逐渐降至零下10℃以下，“煤改电”负荷急剧攀升，在12月28日达到最大884 MW，如图1所示。

图1 煤改电负荷及气温曲线

1.2 最大负荷台区分布

提取采暖季“煤改电”典型配变最大负荷出现的日期，对每日出现最大负荷的配变数量按时间维度分布进行了统计，配变最大负荷主要集中出现在初一、除夕及其他寒潮天气，与当日最低温度及春节假期显著相关，如图2所示。

图2 冬季最大负载数量在时间轴的分布

2 河北南网“煤改电”运行状况

通过对河北南部地区“煤改电”用户在电力营销系统进行标记，对电量进行大数据聚类分析，可发现用电特点如下。

2.1 整体使用率低

通过采暖电量分析采暖设备利用情况，采暖季“煤改电”户均用电量为2.3 M Wh，是非采暖季的5.29倍，有显著增加，但相对北京(6.5 MWh)、天津(3.7 MWh)差距仍然明显。采暖季住房空置户占10%，正常使用的用户约40%。

2.2 使用地域差异大

对河北南网采暖季户均用电量及采暖电量进行对比，保定及雄安地区采暖季电量增幅明显(8倍以上)，居民散户采暖季电量较高，超过5 MWh。主要是由于保定及雄安相当一部分区域在北部禁煤区范围内，因此“煤改电”改造较早，禁煤政策较为严格，大部分居民户内已拆除原有煤炉，用户已形成电采暖习惯，用电基础较好。

2.3 各类型用户电量增幅差异大

对居民散户、学校用户、其他企事业单位的采暖季电量与平日基础电量增幅进行对比，学校用户为15倍、企事业单位为7倍、居民散户约5倍。主要原因为如下两点。

a.在政策上，企事业单位及学校统一管控，改电后可严格执行电采暖政策，完全杜绝用煤;

b.在资金上，企事业单位及学校相对农村居民散户有较强的经济能力，保证了电采暖的应用。

3 问题分析及改进建议

3.1 问题分析

对2018年冬2019年春“煤改电”运行情况进行分析，其运营主要存在的以下4点问题。

3.1.1 成本较高影响使用率

a.居民散户资金受限，相比于学校及其他企事业单位，电采暖利用明显不足。

b.运行补贴调减，由2017年前的0.2元/k Wh调减至2018年采暖季的0.12元/k Wh，影响用户使用的积极性。

c.补贴发放后置，用户在采暖季结束后第2年经电量核算后才能领取补贴。

3.1.2 外部因素导致改而未用

农村老宅存在闲置，但整村改造仍纳入改造范围;入冬后部分人口进城居住;个别区域存在改后拆迁。

3.1.3 采暖技术差异影响采暖效果

a.各地采购设备差异化较大，蓄热电暖气、蓄热锅炉、空气源或地源热泵、其他直热式等热效比不同，导致采暖效率、成本有较大差异[4]。

b.大部分农村住房未做墙体及门窗保温，影响电采暖使用效果。

3.1.4 与大气污染治理结合不足

a.在前期确村确户阶段，部分电代煤改造区域与气代煤重叠作为供暖备用，造成改而未用。

b.在冬季供暖阶段，部分区域散煤管控相对松动，造成燃煤复烧。

3.2 改进建议

为进一步深化服务大气污染治理，充分发挥电力清洁供暖效能，改善用户用暖舒适性，提升国有资产利用效率，提出4点建议。

3.2.1 做好确村确户选点

a.统筹燃气和电代煤改造，保障冬季天然气供应，避免部分区域以电作为后备，与“气代煤”重复建设造成国有资产闲置浪费。

b.坚持以电定改、整村推进，避免任务摊派、零散改造，便于后期统一实施燃煤管理。

c.统筹城乡规划开展“确村确户”，避免改后即拆。

3.2.2 合理选择采暖设备

推选蓄热式及热泵类技术，蓄热式可实现“停电不停暖”，热泵类能效比较高、运行经济性较好，可通过招标采购和差异化补贴政策执行或引导，避免使用传统直热式采暖设备。

3.2.3 落实补贴政策

a.出台长效化的运行补贴政策，维持运行补贴力度，避免因政策变动造成燃煤复烧。

b.加快采暖补贴发放，提升采暖用户的积极性。

3.2.4 监督管控过程

对完成电代煤地区，加强散煤的供给侧管控，强化对用户的监督检查，防止已完成电代煤改造的区域出现散煤复烧，影响大气治污效果。

4 “煤改电”综合评价

在“煤改电”运行分析中，电网管理者最为关注的是电量增幅，户均投资及投诉数量这3个因素，因此，本文以这3个因素作为评价指标，用来对各供电公司的“煤改电”工作进行评价。

4.1 评价指标

对于“煤改电”利用成效，主要考虑采用电量增幅、户均投资及户均投诉数量进行综合评估。各指标的含义如下。

电量增幅(C1):采暖季共发生的电量与当年同时长非采暖季和夏季电量平均值的比值。

户均投资(C2):“煤改电”工程配套电网户均资金投入。

户均投诉数量(C3):用户在供电质量、频繁停电、施工人员服务问题等方面的投诉。

4.2 综合评价模型

在本文提出的3个评价指标中，电量增幅为正向指标，户均投资和投诉数量为负向指标，这3个指标统计维度不同，评价对象不同，不能同时获得最优解，需要采用折衷的方法来获取一个综合最优解，采用隶属度函数和熵权法相结合来获得这3个评价指标的综合评价。

4.2.1 确定隶属度函数

由于这3个评价指标单位不相同，不能直接进行比较，应用无量纲的隶属度函数来评价不同量纲的多个指标，以直观地反映出每个指标的特性。

对于电量增幅C1这个评价指标，要求其数值越大隶属度函数的数值越接近于1，其隶属度函数可用递增线性函数来描述，其数学表达式如式(1)。

对于户均投资C2和户均投诉数量C3这2个评价指标，要求其数值越小隶属度函数的数值越接近于1，其隶属度函数可用递减线性函数来描述，其数学表达式如式(2)。

式中:fi，j为第i个方案对应的第j个目标函数值;fjmin和fjmax分别为第j个目标函数的最小值和最大值;μi，j=0为对第j个目标函数完全不满意，μi，j=1为对第j个目标函数完全满意。

4.2.2 确定综合评价方案

熵权法的原理是依照每个目标函数数值的变化程度来确定各自的权重:如果某个目标的函数值变异程度越大，则该目标在综合评价中提供的信息量就越多，所起的作用就越大，其权重也应当越大;反之，则其权重越小。在“煤改电”工程中，电量增幅是管理者最关注的指标，各地市电量增幅差异变化程度与其他指标相比也是最大的，因此，用熵权法来对“煤改电”工程进行评价是一种合理的方法。熵权法计算步骤如下[5]:

4.2.2.1 数据标准化

确定出需要进行计算的Nobj个评价指标和Nps个供电公司，其评价矩阵如式(3)。