文章针对电厂类项目降负荷量核算工作现状，结合佛山市电力需求侧管理试点验收工具包应用以及能效电厂类项目降负荷量计算过程，提出新的能效电厂降负荷核算方法，为今后更大范围内开展电力需求侧管理提供参照，间接为支援国家在清洁能源、节能减排、缓解环境压力方面作出了努力。
0 引言
随着经济的持续快速增长和人民生活水平的提高，社会对能源的要求随之增加。我国是以火力发电为主的国家，单纯依靠扩大机组容量和扩建发电厂，难以满足我国的用电需求，而且还可能带来机组运行效率低下、能源消耗大、环境污染等严重问题，这使得我国在能源安全、能源效率、能源环境等方面面临着严峻的挑战。因此，提高能源利用效率，实施节能减排是我国实现可持续发展道路的重要举措。
电力需求侧管理作为能源战略的重要组成部分，通过改进用电方式，实现科学用电、节约用电、有序用电，提高电力资源利用效率，已成为一种新的管理模式，对于推进节能减排和提高经济增长有重要的作用。“能效电厂”是电力需求侧管理(demand side management，DSM)的一种创新模式，具有建设周期短、运营成本低、不占用土地、节省燃料、零污染等显著优势。能效电厂的建设在节能减排、缓解环境压力方面有巨大的作用。
1 项目情况介绍
能效电厂作为一种虚拟电厂，指电力用户(尤指企业或企业的某些用电单元，下文统称电力用户)采用提高用电效率的技术手段，对用电设备或工艺进行节电改造的项目。通过获得节约电力资源的方式，减少电力用户的电力消耗需求，提高单位供电量的生产效率，从而达到与扩建电力供应系统相同目的。
真实的发电厂所输出的供电负荷相对稳定。由于能效电厂的虚拟特性，能效电厂本身的负荷特性与真实的发电厂负荷特性不同，能效电厂的实时负荷特性是基于电力用户的某种实际生产过程的用电状况，且在该种生产状况负荷波动的基础上产生的一种电力负荷降低量，这种电力负荷降低量的产生是相对于提高用电效率手段实施之前生产过程的用电状况而言的，这两种用电状况(提高用电效率手段实施前后)的实时用电负荷特性是不尽相同的，有些提高用电效率手段实施后，实时负荷特性发生了较大的变化。因此，能效电厂负荷量(即电力用户降负荷量)的核算与评价方法是电力需求侧管理项目推广的关键因素之一。
在佛山市电力需求侧管理试点过程中，通过研究虚拟电厂降负荷验收工具包，提高了降负荷量核算的准确性、科学性以及效率。
2 验收工具包研究方法
2.1 验收工具包的开发
2.1.1 验收工具包的研发思路
电力需求侧管理试点项目实施过程中，能效电厂类项目是包含技术种类最多的一种降负荷类型，每种技术类型的用电方式均表现出其独特的实时负荷特性。电力需求侧管理验收工具包中包含了主要的能效电厂类项目的技术类型，这些技术类型均以新技术、新产品的应用或其综合应用为主，即我们通常所说的电力用户(或用电单元)的生产技术更新或生产能力的升级改造，它以提高同类技术的用能效率和生产效率为目的，既能提高用电效率，又能降低用电负荷，是佛山市电力需求侧管理试点项目中占比最多的项目种类。电力需求侧管理试点验收工具包中包含了上述各类用电技术的负荷特性理论，作为实际用电负荷的测量、计算与核定的基础，同时也为判断是否具有降负荷特征，从用电单元的用电负荷的原理上提供了理论依据。
电力需求侧管理试点验收工具包的开发，借鉴了《国际节能效果测量和认证规程》(IPMVP)中通过规范能效电厂类项目电力监测过程的思路，确立实际电力用户的用电单元的实时波动的用电负荷，从监测用电负荷数据获得能效电厂的负荷量以及降负荷量。
2.1.2 验收工具包的功能实现
电力需求侧管理试点验收工具包的开发，也引入了对能效电厂降低负荷的用电机理、用电单元的用电负荷监测数据等多项文件审查与质量控制流程，以规范、保障能效电厂类项目活动被有效地执行和有效地评价，从而从系统上确保负荷量及降负荷量结论的清晰性与一致性，每个能效电厂类的用电单元均应具有系统的项目符合性特征，这从验证方法及验证流程上保证每一个能效电厂类项目在验证过程中，都能得出一致的负荷量(降负荷量)结论。
能效电厂类项目所关注的用电单元集合了多种不同的用电设备，这一集合内各设备均具有额定电气技术参数和用电负荷特性。另外，该用电单元的实时用电负荷并不是按照每个设备额定的电气技术参数运行在一个稳定状态下，每个用电设备的实时负荷将叠加在一起，形成整个用电单元的负荷特性。另外，单个设备的尖峰负荷将类似随机地叠加在一起，形成整个用电单元的负荷特性，这就使得整个用电单元的用电负荷出现一定程度的波动性和随机性特征。而且，用电单元越大(即所包含的设备越多)，单个设备的尖峰特性就越不突出，用电单元的负荷特性曲线就越趋于平滑。用电单元的瞬时负荷就越接近该时间点附近的分时段平均负荷。反之，单个设备的负荷特性在整个用电单元中具有突出影响，用电单元的负荷特性曲线将比较尖锐，瞬时波动较大，设备间实时负荷分布的随机性就越小。
2.1.3 核算方法的比较情况
佛山市电力需求侧管理试点验收工具包从用电负荷的技术原理及用电负荷监测数据特性出发，提出了一组用以规范能效电厂类项目用电负荷特性的概念，以确定不同种类用电单元的负荷量及降负荷量。以保证不同技术类型的能效电厂类项目能够在一个共同的评价体系内进行验证和比较。
能效电厂所包含的项目技术类型如下：
1)供配电能效电厂类：① 变压器更换项目(其中包括升压改造项目);② 无功补偿项目;③三相不平衡负荷调节项目;④谐波治理项目;⑤电力拖动系统节能项目(包括电动机变频、高效电机替代项目)。
2)建筑能效电厂类：①空调过渡季冷却塔供冷项目;② 绿色照明项目;③热泵空调项目。
3)能源综合利用能效电厂类：①余热/余压利用、可再生能源等分布式发电项目(其中包括凝结水回收、蓄热式燃烧、中央空调余热回收项目);②余热/余压利用、可再生能源替代电能项目(包括热泵、节能灯具项目);③ 能量回馈应用项目。
4)其他能效电厂项目：建筑节能应用、智能照明项目。
电力需求侧管理的目标是提高电力用户端的用电效率和负荷效率，减少电力用户对电网所提出的负荷需求及用电需求。因此，能效电厂类项目的负荷量与降负荷量的核算与当地电网的高峰时段负荷特性有关。能效电厂类项目所处的电网环境举例如下：
例如：佛山市电网用电负荷存在着自然日周期特性，具有明显的高峰时段，分别为上午9:00-12:00[该时段适用于高峰电价，本文中的时间(段)均采用24小时制表示]和下午14:00-17:00，其他时段负荷均明显低于这两个时段，佛山市电网的日用电负荷曲线见图1。
图1 佛山市电网的日负荷曲线
将能效电厂类项目负荷量与降负荷量的几种核算方法进行比较，举例如下。
以某装机容量为5.5MW的屋顶光伏发电项目为例，比较计算的前提条件为：①选取该项目在某日发电负荷曲线状况下进行比较计算(2014.5.14);②该日日照(或项目发电)起止时间为5:30-18:50。
该项目的2014年5月14日发电负荷曲线见图2。
图2 屋顶光伏发电项目某日的发电负荷曲线
1)方法一：计算该能效电厂类项目的年平均负荷。
广东省光伏发电项目年运行时间一般为1 100h左右，本例取年运行小时数为1 100h。因此，项目的年平均负荷(按照每日24h计)计算如下：
平均负荷：P=5.5×1 000×1 100/8 760=690kW
该屋顶光伏发电项目平均发电负荷量为690kW。
该方法计算了全年的平均发电负荷。
同时可以看出，该日全天发电量为：27 330kWh。
该日平均发电负荷：27 330/24=1 139kW
该能效电厂类项目负荷降低量(当日平均)为1139kW。
2)方法二：按照光伏项目有效发电时间计算其平均负荷。
全天发电量(统计，见图2)：27 330kWh。
该日发电时间(5:30-18:50)平均负荷：27 330/
13.33=2 050kW
按光伏发电时间计算平均负荷，该能效电厂类项目的负荷降低量为2 050kW。
3)方法三：按照9:00-17:00时间段计算该光伏项目平均负荷(包含9:00-12:00和14:00-17:00这2个电网高峰时间段，且时间段为连续)：
该时段的发电量(统计，见图2)：24 182kWh。
该时段(9:00-17:00)的平均负荷：24 182/8=3 022kW
9:00-17:00时间段的平均负荷，该能效电厂类项目负荷降低量为3 022kW。
4)方法四：按照9:00-12:00时间段(电网用电高峰时间段)计算该光伏项目的平均负荷：
高峰时段发电量(统计，如图2所示)：9 738kWh。
该日高峰时段(9:00-12:00)平均负荷：9 738/3=3 246kW
高峰时间段内，该光伏项目负荷降低量为3 246kW。
5)方法五：9:00-12:00时段(电网用电高峰时间段)内的负荷峰值(尖峰值)：4 606kW(当天的负荷峰值5 527kW，出现在12:00-14:00之间，为非电网用电高峰时段)。
从上述不同核算方式可以看出，负荷降低量依次递增，即：方法一(约占装机容量的13%)<方法二(约占装机容量的37%)<方法三(约占装机容量的55%)<方法四(约占装机容量的59%)<方法五(站装机容量的84%)。
因此，能效电厂类项目的高峰时段内的负荷降低量的核算结果与核算方式的边界条件定义紧密相关。本文定义9:00-12:00时间段(电网用电高峰时间段)的平均负荷(如方法四所示)为计算能效电厂类项目负荷降低量的基本参照负荷，且应对典型日进行限定。
2.2 核算与验证的条件限定及指导原则
由上面的例子可以看出，能效电厂类项目负荷量与降负荷量的核算，需通过下述条件的限定来进行，同时，这些限定也将成为核算与验证的指导原则。
1)时段选取：佛山市电力需求侧管理试点项目计算方法中的时间是指降低电网高峰负荷的时间;实际计算时，能效电厂类项目参照广东省电网分时电价的高峰(含尖峰)时段。
2)测量优先于理论计算：项目验证时，应优先考虑通过对比项目实施前后，电网高峰时段用电量等实测数据进行核证;项目实施前相关实测数据确实无法获得的，根据实施前相关参数，通过模拟计算相同工况下用电量获得。
3)加权平均的应用：考虑到工况的差异对项目节约或转移电力的影响，以及个别项目实施后对降低电网高峰负荷存在波动性、瞬变性，项目核证时应以该项目典型日工况为准，对于典型日较多的项目，应选取不同的典型日进行计算并加权平均。例如：年度各典型日高峰时段小时数如无变化，则典型日电网高峰时段内的负荷量计算结果等同于年度结果;有些地区存在季节性的峰谷时段调整，则需要分别选取典型日，采用加权平均原则进行计算。对于季节性较强的项目，典型日应考虑从典型季节中选取。
4)典型日选取：通过对用电单元负荷变化过程或趋势的分析，选取出的能够代表用电单元正常运行过程的负荷状况的自然日。
5)平均负荷代替瞬时负荷：电力用户采用提高用电效率等技术手段，对用电设备或工艺进行节电改造的项目往往仅涉及电力用户的一部分用电单元。能效电厂所涉及的用电单元往往不是电力用户的全部用电单元。正因如此，所涉及的用电单元的实时负荷曲线的尖峰部分在整个电力用户的用电负荷曲线中被其他因素的随机特性平滑化了，即某个用电单元突出的尖峰负荷在电力用户端的负荷曲线中，并没有显现得非常突出。因此，在整个电力用户内部所有的用电单元的实时负荷特性曲线相对于某个用电设备而言，显得较为平滑。基于此，用一个相对较小的时间段内的平均负荷代替瞬时负荷，既符合电力用户的用电负荷特性，又降低了负荷监测与核算的难度，便于电力用户获得其用电负荷数据。既提高了电力用户获得该能效电厂类项目负荷数据的容易程度，又使该能效电厂类项目的用电单元更容易验证。佛山市电力需求侧管理试点项目所采用的能效电厂类项目用电单元负荷数据采集频率为15min/次，符合企业用电的负荷特性，同时满足负荷数据采集系统的需求，也能够与佛山市电力需求侧管理试点项目的监测平台的数据采集周期同步。
3 验收工具包应用
电力需求侧管理试点验收工具包在能效电厂类项目负荷量与降负荷量验证过程中的应用方式：以实际检测手段为主，理论估算的手段为补充。
确定能效电厂类项目降低电力负荷的可被接受的手段基本包括：监测、用电单元一定频度的监测记录及验算/推算、同时辅以理论计算;无论利用哪种方法对用电负荷(或者负荷降低)进行确定，都应使其结论科学、合理，并有充足的理论依据。
佛山市电力需求侧管理试点的所有能效电厂类项目，均在验收工具包指导下开展负荷量与降负荷量的核算与验证。
3.1 测量与认证
IPMVP原则在能效电厂类项目中的应用：通过现场测量应用节能措施的用电单元的负荷值(包括负荷率、指定时间的平均负荷值等)，来测定能效电厂类项目的负荷量和降负荷量，与电力用户的其他部分隔离开来，即限定在所考察用电单元的范围内。测量既可以是短期的，也可以连续进行。短期测量指负荷测试与诊断，通常是通过便携或手持式的测量设备完成一定时间周期的负荷量测试，基于这些测量数据，计算这个能效电厂类项目的负荷量、负荷特性及负荷趋势。测量的连续进行是指在此能效电厂类项目上建设用电负荷监测设备或监测系统，以长期监测其用电负荷。
通过对能效电厂类项目负荷短期测试或长期监测所获得的用电负荷数据，在各类能效电厂技术理论的支持下，利用佛山市电力需求侧管理验收工具包的系统定义，可以得到能效电厂类项目的用电负荷量负荷降低量的数据与结论。
3.2 实测过程的核算方法
本节通过一个能效电厂类项目的实例说明基于实测过程的核算方法的应用。选取一装机容量为4.43MW的屋顶光伏发电项目作为实例，该能效电厂类项目降负荷量的核算方法如下：
与典型日相对应，受季节性影响较大且具有季节周期性的项目(如屋顶光伏发电项目、空调改造项目等)，应首先考虑选取典型月。通过对比典型月内各日发电负荷与发电量，以该月各日发电负荷均值为基准，从典型月中筛选出发电负荷较大(高于均值)的典型日并计算其发电负荷平均值，见图3。典型日负荷核算的时间范围仍然取9：00-12：00的时间段(电网用电高峰时间段)，该时间段的平均负荷作为此能效电厂类项目负荷降低量。
即：(∑典型日高峰时段发电平均负荷)/典型日数(17)=1 672kW
图3 典型月、典型高峰时段光伏发电的负荷分布
通过上述方法，最终可以获得该能效电厂类项目的负荷量与降负荷量。因此，通过一系列的定义和条件限定，无论从理论的角度，还是从实测数据的角度，均可获得能效电厂类项目的负荷量与降负荷量。同时，该能效电厂降负荷量的结果对该项目运行所处的电网环境、以及电力需求侧管理项目的建设与管理，都具有实际的指导意义和参考价值。
4 结语
本文对能效电厂类项目降负荷量核算工作与思路进行了论述，同时对具有系统性、客观性特征的评价方法进行了阐述。在佛山市电力需求侧管理试点验收工具包的研究与应用过程中，对所利用评价方法的客观性、科学性，及评价结论合理性进行了系统性的论述。主要结论如下：
1)需求侧管理验收工具包能够较好地验证能效改善对用电负荷的削减。
2)需求侧管理能效电厂项目伴随着用电技术的发展和电力用户的生产技术、生产设备、以及用电单元的用电技术升级改造而出现，能效电厂的建设在电力需求侧管理发展过程中是一个长期、持续的过程。电力用户在产能扩大、用电负荷需求增加的前提下，首先应从电力需求侧管理的角度考虑如何提高用电单元对电力负荷的利用率，推动电力用户内部各用电单元之间的协调、平衡用电(增大单台设备尖峰负荷的随机性)。
3)在建设智能电网的大背景下，提高电力用户端(即企业端的用电单元)用电的智慧程度，建设电力用户端能效电厂并推动能效电厂的负荷特性优化。相对于“在时间尺度上优化电力用户端负荷特性的移峰填谷、调峰类项目”而言，推动电力用户内部多个能效电厂类项目间的实时负荷特性曲线的平滑匹配与互补，实现了电力用户内部空间尺度用电负荷特性的优化与平衡。
作者简介
谢文，本科，工程师，主要从事电力系统生产、运行和电力企业管理工作以及电力需求侧、电力需求响应等研究。
杨云瑞，本科，高级工程师，主要从事电力行业信息化、信息系统集成与开发等工作。
李利新，博士，高级工程师，主要从事能源管理工作。
崔凯华，本科，初级工程师，主要从事电力行政管理、节能监察工作。
原标题：特别策划 | 能效电厂降负荷核算方法的研究
