新電改下深圳智能電網(wǎng)規(guī)劃建議與對策

鄧永生，焦豐順，張瑞鋒，陳 掀

（1.深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000；2.清華大學(xué)深圳國際研究生院材料與器件檢測中心，廣東 深圳 518000）

0 引 言

2015年3月15日，國務(wù)院正式發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》，表明我國進(jìn)入了新一輪的電力改革（下稱新電改）[1]。新電改相關(guān)配套政策出臺，給傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃和發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)。配電網(wǎng)是傳輸能源和消納新能源的重要方式。從國內(nèi)外電力體制改革歷程可以看出，配電網(wǎng)規(guī)劃是電力改革中的重要一環(huán)。針對電力體制改革的要求，研究新電改下深圳智能電網(wǎng)規(guī)劃建議與對策，對提高深圳地區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃和發(fā)展的適應(yīng)性，實現(xiàn)節(jié)能減排、保障能源供應(yīng)和提升用電質(zhì)量和經(jīng)濟效益具有重要意義。

1 國內(nèi)電力體制改革情況

1.1 國內(nèi)電力行業(yè)特點

國內(nèi)電力行業(yè)有著明顯的周期性和地域性特點，能源需求增速地區(qū)不均、時點不均，發(fā)輸配電能力分時冗余。全國平均發(fā)電、輸電投資谷時閑置率達(dá)到25%，峰值超過50%，經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)的最大峰谷差估計達(dá)到50%以上，如圖1所示。隨著電改帶來的峰谷電價差提高，相應(yīng)市場空間仍將在相當(dāng)長時間內(nèi)擴大。經(jīng)濟越發(fā)達(dá)，沒有能源互聯(lián)網(wǎng)調(diào)節(jié)的情況下，峰谷差可能越大。

不同類型的電力公司的優(yōu)勢比較，如圖2所示。國內(nèi)發(fā)電廠資源與用戶資源是售電企業(yè)的核心競爭力。電力能源物聯(lián)網(wǎng)是售電公司提高購電、售電定價與計劃效率的基礎(chǔ)，也是提升用戶用電服務(wù)范圍與效率的手段。

1.2 國內(nèi)電力體制改革歷程

20世紀(jì)80年代以來，我國電力體制改革經(jīng)歷了集資辦電、政企分開、早期電力市場化和現(xiàn)代的新一輪電力體制改革時代。集資辦電階段出臺的“集資辦電”政策，有效調(diào)動了各方積極性，我國電力投資主體逐步多元化，而電力規(guī)模的擴大緩解了當(dāng)時全國電力短缺的問題；政企分開階段我國電力開始步入政企分開、公司化改組以及社會主義市場經(jīng)濟軌道；早期電力市場化改革階段實現(xiàn)了電力工業(yè)的“廠網(wǎng)分開、主輔分離”，同時在發(fā)電側(cè)引入了競爭機制，提高了發(fā)電市場運行效率，但輸、配、售環(huán)節(jié)依然由電網(wǎng)企業(yè)壟斷；新一輪電力體制改革目的在于建立可再生能源發(fā)電，售電側(cè)引入競爭形成新的定價機制，改變傳統(tǒng)上電網(wǎng)作為唯一售電方的銷售模式，形成“多賣方-多買方”的電力市場格局[2]，實現(xiàn)了提質(zhì)降價。國內(nèi)電力體制的歷史沿革如圖3所示。

圖1 國內(nèi)電能供需情況

圖2 不同類型的電力公司的優(yōu)勢比較

圖3 國內(nèi)電力體制的歷史沿革

1.3 國內(nèi)電力體制改革新變化

新一輪電力體制改革開啟了我國電力市場化的新時代，帶來的新變化主要體現(xiàn)在市場主體、市場交易、定價機制和電力監(jiān)管4個方面[3]。在市場主體方面，配電市場主體與售電市場主體發(fā)生了較大變化，形成了電網(wǎng)企業(yè)的售電公司、發(fā)電企業(yè)投資和組建的售電公司、高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)或經(jīng)濟開發(fā)區(qū)組建的售電公司、社會資本投資成立的售電公司、擁有分布式電源的用戶或微網(wǎng)系統(tǒng)、公共服務(wù)行業(yè)和節(jié)能服務(wù)公司等6大類售電主體[4]。在市場交易方面，電力市場增加了競價交易模式，形成了大用戶直購電、公共電網(wǎng)售電和競價交易3種市場交易模式。在定價機制方面，上網(wǎng)電價、輸配電價、銷售電價以及直接交易的大用戶購電價格部分，定價機制發(fā)生了變化，具體變化如圖4～圖7所示。在電力監(jiān)管方面，國家與各省級電力交易機構(gòu)相繼建立，國家能源局除依法履行改革前的監(jiān)管職責(zé)外，還需同地方政府對區(qū)域電力市場及國家級電力交易機構(gòu)實施監(jiān)管。

圖4 上網(wǎng)電價定價機制

圖5 輸配電價定價機制

圖6 銷售電價定價機制

圖7 直接交易用戶購電價格定價機制

2 深圳市電網(wǎng)規(guī)劃分析

2.1 深圳市經(jīng)濟社會和氣候環(huán)境

截至2018年末，深圳下轄9個行政區(qū)、1個新區(qū)和1個特別合作區(qū)，總面積1 997.47 km2，常住人口1 302.66萬人，GDP為24 221.98億元。深圳屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，日照充足，雨量充沛，長夏短冬，年平均氣溫23.0 ℃，平均年日照時間2 120.5 h，太陽年輻射量5 225 MJ/m2，常年主導(dǎo)風(fēng)向為東南偏東風(fēng)，平均每年受熱帶氣旋（臺風(fēng)）影響4～5次，年降水量平均1 935.8 mm。

2.2 深圳市電網(wǎng)特點

2018年，深圳電網(wǎng)最高負(fù)荷達(dá)1.721×107kW，預(yù)計2035年達(dá)到3.350×107kW，平均停電時間0.68 h/戶。深圳供電局在福田區(qū)建設(shè)的粵港澳核心高可靠性示范區(qū)，客戶年平均停電時間僅1.9 min，供電可靠率99.999 6%，達(dá)國際頂尖水平。

深圳電網(wǎng)負(fù)荷以工業(yè)和商業(yè)為主[5]。表1統(tǒng)計了深圳各區(qū)40座220 kV變電站負(fù)荷不同類別的占比情況[5]。表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明深圳工業(yè)負(fù)荷占比最大，超過60%；商業(yè)負(fù)荷平均占比超過17%；居民負(fù)荷占比最小，僅為4.17%。伴隨著深圳市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級、人民生活水平的提高，工業(yè)負(fù)荷比重將呈振蕩緩慢下降趨勢，商業(yè)負(fù)荷呈上升趨勢。深圳電網(wǎng)規(guī)劃中，200 kV電網(wǎng)以500 kV變電站為中心，構(gòu)筑雙環(huán)結(jié)構(gòu)，供電可靠率要求達(dá)到99.999%。在可再生能源方面，截至2016年底，先后建成了前海10 MW光伏電站項目工程、深圳北站2 MW光伏電站項目工程以及龍崗4 MW寶清儲能站等重點工程，形成可再生能源、儲能領(lǐng)域新技術(shù)企業(yè)181家[6]。

表1 各區(qū)域分類負(fù)荷占比 %

2.3 深圳市典型電網(wǎng)用戶分析

2.3.1 深圳灣科技生態(tài)園

深圳灣科技生態(tài)園占地面積2.03×105km2，總建筑面積超過1.20×106km2，共有4區(qū)12棟樓宇，入駐企業(yè)超過500家。深圳灣科技生態(tài)園電力來源于投控110 kV變電站和紅樹林110 kV變電站，電網(wǎng)總負(fù)荷容量為10.4 MW。深圳灣智能配電網(wǎng)具有“兩橫一縱”的結(jié)構(gòu)特點，“兩橫”指電網(wǎng)與客戶，“一縱”指連接電網(wǎng)與客戶的調(diào)度系統(tǒng)。在電網(wǎng)側(cè)，深圳市供電局已經(jīng)制定了配電設(shè)備智能運維策略，研發(fā)了集局放、電氣參數(shù)以及環(huán)境監(jiān)測于一體的智能配電終端和設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)；在客戶側(cè)，該局建設(shè)了智能光伏微電網(wǎng)，制定了需求側(cè)響應(yīng)策略，開發(fā)了基于云平臺的智能計量與高級功能系統(tǒng)。通過建立全資源協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，連接電網(wǎng)與客戶，實現(xiàn)對常規(guī)能源、分布式能源以及需求側(cè)資源的協(xié)同互動，提升資源的整體利用效率。

2.3.2 普天新能源工業(yè)園區(qū)

普天新能源于2011年在深圳建成了全球首個、國內(nèi)最大的城市級電動汽車商業(yè)化智能充電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和充電運營網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)超過3 000多輛新能源公交車。全天候為純電動汽車和混合動力汽車提供充換電服務(wù)，電網(wǎng)總負(fù)荷容量為5 MW。

2.3.3 陽光棕櫚園（一期）小區(qū)

陽光棕櫚園是前海片區(qū)高品質(zhì)住宅小區(qū)，1期有13棟，占地面積129 647 m2，共計1 117戶。目前，自住或在租共計約890戶，按照平均每戶每日用電量為8.87 kW·h計算，平均每月總用電量達(dá)237 MW·h。

3 深圳市智能化電網(wǎng)規(guī)劃中面臨的問題

3.1 負(fù)荷預(yù)測手段有待增強

短期和中期電力需求，尤其日度、月度電力需求及電力尖峰負(fù)荷[7]，主要受到氣象因素影響。李植鵬[8]等指出，深圳夏季制冷負(fù)荷占比日益增加，氣溫等氣象條件對電網(wǎng)負(fù)荷的影響越來越顯著。深圳毗鄰海域，氣象波動情況復(fù)雜，氣象預(yù)測難以做到準(zhǔn)確，增加了負(fù)荷預(yù)測難度和配電網(wǎng)規(guī)劃的復(fù)雜性。另外，較大的預(yù)測偏差不僅影響發(fā)電計劃的可操作性，增加了調(diào)整計劃的難度，還會使電網(wǎng)承擔(dān)相應(yīng)的罰款風(fēng)險，增加了電網(wǎng)的購電成本，甚至危及電網(wǎng)的安全。因此，迫切需要增強負(fù)荷預(yù)測手段，提高預(yù)測準(zhǔn)確率。

3.2 電網(wǎng)管理制度缺乏和自動化水平低

配電自動化及管理系統(tǒng)的功能分為實時功能和管理功能。實時功能包含數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理、事件報告以及故障處理等；管理功能包含指標(biāo)管理、設(shè)備管理以及輔助工程管理等。這些功能確保了供電可靠性和供電質(zhì)量，提高了消費者的用電體驗[9]。當(dāng)前，深圳智能配電網(wǎng)電氣配套設(shè)施不強，電網(wǎng)日常運行監(jiān)控力度不夠，電網(wǎng)管理制度缺乏和自動化水平低，亟需加以改善。第一，加強配電網(wǎng)自動化研究；第二，合理應(yīng)用配電網(wǎng)自動化監(jiān)控系統(tǒng)；第三，提高系統(tǒng)和輔助設(shè)備的可靠性。配電網(wǎng)自動化工程分批實施，先有成功案例，評估改進(jìn)后，以點帶面全面推進(jìn)實施[10]。

3.3 多元化主體的影響

隨著電力體制改革的深化，我國完成了獨立發(fā)電商、電網(wǎng)公司及相關(guān)市場主體的重構(gòu)工作，實現(xiàn)了多元化主體模式。新電改傾向于社會資本開放，一些電力企業(yè)逐漸向社會主義市場經(jīng)濟靠攏。在這個過程中，不再是由原來電網(wǎng)企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，而是引進(jìn)多元化投資主體。國家鼓勵民營資本等相關(guān)企業(yè)主體參與配電網(wǎng)規(guī)劃中，積極對配電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)。在電力企業(yè)自主經(jīng)營的今天，和其他行業(yè)的企業(yè)一樣，電力企業(yè)也將會面臨著更大的市場需求和挑戰(zhàn)，電力行業(yè)的工作要求將越來越高，相應(yīng)的任務(wù)也會越挖越深、越分越細(xì)。

4 深圳市智能化電網(wǎng)規(guī)劃建議與對策

4.1 抓住電改機遇，積極參與電改相關(guān)工作

本輪電改對電網(wǎng)公司影響全面而深刻，要做好相關(guān)規(guī)劃和頂層設(shè)計，并形成推進(jìn)工作機制，形成集團決策、相關(guān)事業(yè)部或平臺督辦及成員單位落實的工作機制。隨著新電改的深入推進(jìn)，電網(wǎng)公司非核心資產(chǎn)存在著剝離的可能性。電網(wǎng)公司應(yīng)從戰(zhàn)略高度出發(fā)，明確各成員企業(yè)、各業(yè)務(wù)板塊可能承接電網(wǎng)公司剝離業(yè)務(wù)的重點和規(guī)模。通過應(yīng)用信息化手段和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，梳理分析電網(wǎng)現(xiàn)狀，對比目標(biāo)網(wǎng)架，形成指導(dǎo)電網(wǎng)規(guī)劃和目標(biāo)網(wǎng)架圖、分年度網(wǎng)架規(guī)劃地理接線圖、規(guī)劃期的電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模和投資總表以及項目建設(shè)時序表，實現(xiàn)精益規(guī)劃和精準(zhǔn)投資。

4.2 實現(xiàn)精準(zhǔn)化的中近遠(yuǎn)期電力負(fù)荷預(yù)測

電力負(fù)荷預(yù)測是電力研究、規(guī)劃、應(yīng)用和服務(wù)的基礎(chǔ)。預(yù)測準(zhǔn)確度影響著整個電網(wǎng)的安全性、經(jīng)濟性和可靠性。電力負(fù)荷準(zhǔn)確可靠預(yù)測可以提高發(fā)電機組啟停的經(jīng)濟性，實現(xiàn)綜合能源利用的最大化，為電網(wǎng)規(guī)劃、電力調(diào)度和電力檢修提供可靠參考，減少配電網(wǎng)建設(shè)中不合理的儲備容量、合理安排電網(wǎng)設(shè)備的檢修計劃，降低發(fā)-供-配-用的成本，從而進(jìn)一步提高電網(wǎng)利用率和效益。結(jié)合電網(wǎng)實際形成“供電區(qū)域-供電網(wǎng)格-用電單元”的精細(xì)化的顆粒度和“網(wǎng)格化”規(guī)劃，利用空間負(fù)荷預(yù)測法、負(fù)荷密度法和指數(shù)平滑法等，科學(xué)預(yù)測用電網(wǎng)格的遠(yuǎn)景飽和負(fù)荷及其空間分布，實現(xiàn)精準(zhǔn)化的中近遠(yuǎn)期電力負(fù)荷預(yù)測。

4.3 考慮綜合能源接入的配電網(wǎng)規(guī)劃

配電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)和運行需要統(tǒng)籌考慮“源-網(wǎng)-荷-儲”之間的發(fā)展要求。在電源接入方面，需要開展分布式電源消納能力和經(jīng)濟性分析，引導(dǎo)電源合理布局、有序建設(shè)。應(yīng)用分布式電源“即插即用”并網(wǎng)技術(shù)，滿足快速接入的要求，促進(jìn)分布式電源建設(shè)效率和效益提高。在用電負(fù)荷有序發(fā)展方面，需要根據(jù)電力負(fù)荷預(yù)測和負(fù)荷發(fā)展做好配電網(wǎng)規(guī)劃。對用電負(fù)荷發(fā)展要有前瞻性，考慮與充換電設(shè)施規(guī)劃、儲能規(guī)劃做好有序銜接，逐步推廣電動汽車有序可控充電、充放儲一體化運營技術(shù)，實現(xiàn)城市充換電和儲能設(shè)施的互聯(lián)互通。

5 結(jié) 論

我國新電改給傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃和發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在市場主體、市場交易、定價機制和電力監(jiān)督4個方面。深圳是經(jīng)濟特區(qū)，深圳市智能化電網(wǎng)規(guī)劃面臨著負(fù)荷落差大、預(yù)測難度大、負(fù)荷預(yù)測手段有限和綜合能源大量接入等問題。因此，深圳市在智能化電網(wǎng)規(guī)劃方面需要在認(rèn)識上抓住電改機遇積極參與電改相關(guān)工作，在研究上需要實現(xiàn)精準(zhǔn)化的中近遠(yuǎn)期電力負(fù)荷預(yù)測，在實踐上需要考慮綜合能源接入的配電網(wǎng)規(guī)劃，做好電力負(fù)荷預(yù)測和需求側(cè)管理，推行城區(qū)網(wǎng)格化規(guī)劃，提升可靠性水平和自動化水平，統(tǒng)籌電源和負(fù)荷發(fā)展，并加強配電網(wǎng)管理，提升精益化水平。