電網(wǎng)“煤改電”運行分析及綜合評價

崔 威，白新雷，張 凱，呂 穩(wěn)

(1.國網(wǎng)河北省電力有限公司，石家莊 050021;2.國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學研究院，石家莊 050021;3.國網(wǎng)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(zhì)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(zhì)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?！懊焊碾姟笔侵咐秒娏θ〈禾?，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(fā)展具有重大意義[23]。自2016年以來，河北省南部電網(wǎng)(簡稱“河北南網(wǎng)”)積極推進“煤改電”各項工作，逐年新建改造電力配套設(shè)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(yè)單位電采暖用戶供電服務保障工作。

文中采用營銷業(yè)務應用系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對“煤改電”各類用戶的電量、負荷等進行統(tǒng)計，分析了河北南部地區(qū)2018—2019年采暖季“煤改電”運行情況，對存在的問題進行了總結(jié)并給出了改進建議，將電量增幅、戶均投資及投訴數(shù)量這3個電網(wǎng)管理者最關(guān)注的指標作為評價指標，采用隸屬度函數(shù)和熵權(quán)法相結(jié)合進行評價分析。

1 河北南網(wǎng)“煤改電”負荷分析

1.1 負荷與溫度關(guān)系分析

2018—2019年供暖季，河北南網(wǎng)“煤改電”負荷與溫度呈負相關(guān)關(guān)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(wěn)步增長至500 MW以上;12月中旬，隨著最低溫度的持續(xù)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(qū)分布

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

圖2 冬季最大負載數(shù)量在時間軸的分布

2 河北南網(wǎng)“煤改電”運行狀況

通過對河北南部地區(qū)“煤改電”用戶在電力營銷系統(tǒng)進行標記，對電量進行大數(shù)據(jù)聚類分析，可發(fā)現(xiàn)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(shè)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(wǎng)采暖季戶均用電量及采暖電量進行對比，保定及雄安地區(qū)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(qū)域在北部禁煤區(qū)范圍內(nèi)，因此“煤改電”改造較早，禁煤政策較為嚴格，大部分居民戶內(nèi)已拆除原有煤爐，用戶已形成電采暖習慣，用電基礎(chǔ)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(yè)單位的采暖季電量與平日基礎(chǔ)電量增幅進行對比，學校用戶為15倍、企事業(yè)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(yè)單位及學校統(tǒng)一管控，改電后可嚴格執(zhí)行電采暖政策，完全杜絕用煤;

b.在資金上，企事業(yè)單位及學校相對農(nóng)村居民散戶有較強的經(jīng)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(yè)單位，電采暖利用明顯不足。

b.運行補貼調(diào)減，由2017年前的0.2元/k Wh調(diào)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(fā)放后置，用戶在采暖季結(jié)束后第2年經(jīng)電量核算后才能領(lǐng)取補貼。

3.1.2 外部因素導致改而未用

農(nóng)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(qū)域存在改后拆遷。

3.1.3 采暖技術(shù)差異影響采暖效果

a.各地采購設(shè)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(nóng)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(jié)合不足

a.在前期確村確戶階段，部分電代煤改造區(qū)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(qū)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(fā)揮電力清潔供暖效能，改善用戶用暖舒適性，提升國有資產(chǎn)利用效率，提出4點建議。

3.2.1 做好確村確戶選點

a.統(tǒng)籌燃氣和電代煤改造，保障冬季天然氣供應，避免部分區(qū)域以電作為后備，與“氣代煤”重復建設(shè)造成國有資產(chǎn)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(tǒng)一實施燃煤管理。

c.統(tǒng)籌城鄉(xiāng)規(guī)劃開展“確村確戶”，避免改后即拆。

3.2.2 合理選擇采暖設(shè)備

推選蓄熱式及熱泵類技術(shù)，蓄熱式可實現(xiàn)“停電不停暖”，熱泵類能效比較高、運行經(jīng)濟性較好，可通過招標采購和差異化補貼政策執(zhí)行或引導，避免使用傳統(tǒng)直熱式采暖設(shè)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(fā)放，提升采暖用戶的積極性。

3.2.4 監(jiān)督管控過程

對完成電代煤地區(qū)，加強散煤的供給側(cè)管控，強化對用戶的監(jiān)督檢查，防止已完成電代煤改造的區(qū)域出現(xiàn)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(wǎng)管理者最為關(guān)注的是電量增幅，戶均投資及投訴數(shù)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(shù)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(fā)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(wǎng)戶均資金投入。

戶均投訴數(shù)量(C3):用戶在供電質(zhì)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(shù)量為負向指標，這3個指標統(tǒng)計維度不同，評價對象不同，不能同時獲得最優(yōu)解，需要采用折衷的方法來獲取一個綜合最優(yōu)解，采用隸屬度函數(shù)和熵權(quán)法相結(jié)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(shù)

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(shù)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(shù)值越大隸屬度函數(shù)的數(shù)值越接近于1，其隸屬度函數(shù)可用遞增線性函數(shù)來描述，其數(shù)學表達式如式(1)。

對于戶均投資C2和戶均投訴數(shù)量C3這2個評價指標，要求其數(shù)值越小隸屬度函數(shù)的數(shù)值越接近于1，其隸屬度函數(shù)可用遞減線性函數(shù)來描述，其數(shù)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(shù)值;fjmin和fjmax分別為第j個目標函數(shù)的最小值和最大值;μi，j=0為對第j個目標函數(shù)完全不滿意，μi，j=1為對第j個目標函數(shù)完全滿意。

4.2.2 確定綜合評價方案

熵權(quán)法的原理是依照每個目標函數(shù)數(shù)值的變化程度來確定各自的權(quán)重:如果某個目標的函數(shù)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(quán)重也應當越大;反之，則其權(quán)重越小。在“煤改電”工程中，電量增幅是管理者最關(guān)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(quán)法來對“煤改電”工程進行評價是一種合理的方法。熵權(quán)法計算步驟如下[5]:

4.2.2.1 數(shù)據(jù)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(shù)值已應用隸屬度函數(shù)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(jù)式(4)計算第j個目標下第i個方案占該目標的比重。

根據(jù)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(quán)ωj

各目標的熵權(quán)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(tǒng)籌后的綜合評價方案。

5 算例分析

選取河北南網(wǎng)6個市供電公司的相關(guān)數(shù)據(jù)進行算例驗證。相關(guān)數(shù)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(shù)值，這樣具有不同單位的數(shù)值經(jīng)過歸一化量綱處理，可以進行熵權(quán)運算。

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

表2 各評價指標的熵值和熵權(quán)

由式(7)計算得出統(tǒng)籌后的綜合評價方案如表3所示，綜合評價結(jié)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(jié)束語

本文對河北南網(wǎng)“煤改電”負荷情況進行了分析，總結(jié)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(wèi)戰(zhàn)具有重要價值。