上海电网中长期负荷预测

吕 丰,裴秀高,王 勇

(上海电力学院电力与自动化工程学院,上海 200090)

负荷预测是在满足一定精度的条件下,依据历年的负荷数据,利用不同的预测方法,推测近期或者中远期负荷的情况.在当前电力市场运营中,负荷预测的结果已成为经济调度和电网规划的必要依据.

本文主要分析了上海地区近期影响负荷预测的因素,根据 2000～2008年的负荷数据,选取不同的预测方法对中长期负荷情况进行预测,并针对地区特点,提出了提高负荷预测和应对本地区电网严峻形势的对策和建议.

1 上海电网概况及负荷特性

1.1 上海电网概况

截止 2009年 8月底,上海电网共有 500 kV变电站 7座(不含外高桥二厂和石洞口二厂),500/220 kV联络变压器 23台,变电容量 19 500 MVA,500 kV线路 30条(含省际联络线及直流线路),交流线总长度约为 708 km,直流线总长度约为 2 095 km.220 kV变电站 100座,变电容量为41 290 MVA,其中电业站 87座(包括罗山、石港、卫东和文祥 4座开关站)、变电容量 35 920MVA,用户站 13座、变电容量 5 370 MVA.220 kV运行线路 296条,总长度约为 3 183 km.

1.2 地区电网负荷特性

上海电网的负荷特性已越来越呈现出国际大都市电网的用电特征,气温变化成为影响负荷曲线的主要决定因素.夏季用电高峰的日最高负荷一般出现在中午前后,但午峰和灯峰之间的曲线日趋平坦,个别以住宅为主的地区日最高负荷已经出现在夜间灯峰时段.空调降温负荷的不断增加与所占比重的不断提高,已成为近期上海用电负荷特性变化的一个主要特征.

截止到 2009年 8月 31日,上海电网在 7月20日 13:10出现历史最高负荷 2.379 9×107kW,同比增长 6.09%,当日用电量达 4.766 6×108kW◦h,最高发电出力为 15 056MW.

上海电力负荷情况除了与气温变化有关外,还受很多因素的影响.

2 影响近期电力需求的主要因素

2.1 经济运行环境

2009年下半年,经济发展环境逐渐好转,全球经济衰退有所缓和,同时在中央一系列“保增长、拉内需”政策的作用下,全国经济持续向好.但上海经济的发展仍然存在很多制约因素:上海产业尤其是工业虽开始逐步复苏,但未来发展面临很多困难;外贸出口形势同样不容乐观,上海外贸的依赖度较高,金融危机使外资纷纷回流,导致上海利用外资的增速大幅放缓;此外,固定资产投资难以大幅回升,民间投资和产业投资跟进乏力;消费拉动不会出现大幅度增长.

在众多利好因素和制约因素的双重交织影响下,预计 2010年上海经济将进入平稳增长期,但未来几年将处于一个低增长时期.

2.2 产业结构调整

上海第三产业比重在 2006年略微超过第二产业之后,一直徘徊不前,服务经济的能力和水平的提升力度严重不足.随着工业生产的逐步恢复,2009年上半年第三产业比重回调至 57.7%,如果工业保持目前的恢复态势,2010年第三产业比重有可能回调至以往的水平.因此,短期内第二、第三产业共同支撑上海经济发展的格局不可能有根本改变.

2.3 重点行业发展

几大重点行业虽出现好转迹象,但增长有限,预计 2009年几大重点行业的发展与 2008年的水平持平或略低,处于缓慢复苏阶段,2010～2011年将有较快的发展速度.其变化使用电量总体持平甚至回调,2010～2011年后将逐步增加.几大重点行业未来的发展趋势为:

(1)精品钢材制造业发展形势不容乐观;

(2)成套设备制造业持续增长;

(3)电子信息产品制造业回暖迹象明显;

(4)汽车制造业开始进入上升通道;

(5)化学原料及化学制品制造业持续低迷.

2.4 节能降耗举措

上海市政府召开了 2009年节能减排工作会议,并制定了详细的实施细则,要完成万元 GDP能耗“十一五”期间再降 20%的硬指标.对高耗能、高污染、低效益的企业和生产线很可能亮红牌,对钢铁、化工、建材等重点行业更加严格执行产品能耗标准,对严重超过单耗标准且属于淘汰落后的工艺、设备、产品,则采取限期整改或实行差别电价等办法,加大结构调整力度.这一系列的举措会对上海未来几年用电量水平产生负面影响.

2.5 其他影响因素

(1)气候 上海电网的夏季用电负荷与气温变化关系密切.据测算,2009年夏季,上海空调降温负荷已经超过 107kW,约占电网最高用电负荷的 42%.上海电网的夏季用电负荷受气温影响较大,若夏季出现持续高温,则空调降温负荷将会导致全网用电最高负荷大幅攀升.

(2)电力需求侧管理 由于上海产业结构的调整,“三产”和城乡生活用电比重的增加,使需求侧管理工作中可用于调节峰谷差的负荷资源日趋减少;连续性生产企业、高端精尖企业和商办楼宇的增多,对供电连续性和电能质量的要求越来越高;第三产业和城乡生活用电的增加,使负荷峰谷差不断增大,用电负荷率在 85%左右徘徊.

(3)世博会经济 世博会对经济的影响主要集中在举办城市所在的区域,拉动的主要产业集中在受益于前期投资的基础设施建设和建筑行业,以及受益于当期消费带动的商业、餐饮、服务等行业.其中,基础设施建设和建筑行业与用电量的相关度最高.鉴于目前世博投资的高峰期已过,2010～2011年的投资对电力消费的拉动将明显减弱;而消费服务业与用电量相关度较低,其用电量的增速将低于产业增长速度,但仍将保持在一个较高的增长水平.

(4)碳关税 就是在征收“正常”关税外,对高耗能的产品再征收特别的二氧化碳排放税.随着竞争格局的转化,会吸引资本逐渐由低效高耗行业向高效低耗行业转移,这种投资转移会带来经济结构的转变,短期内会对用电量有负面影响,长期来看则有利有弊.

(5)风电大规模发展 2010年上海电网规划风力发电总装机容量将达到 310 MW,约占全市总装机容量的 2%左右.由于风机发电具有间歇性和波动性,风电机组接入系统会对电网稳定运行产生一定影响,但风电规划装机规模控制及规划水平与上海市电网装机总容量相协调,不会对电网的稳定产生明显影响.

3 上海电力中期负荷预测常用算法

电力负荷预测的方法很多,常用的有单耗法、电力弹性系数法、空间负荷密度法、比例系数法、回归分析法、时间序列法、灰色预测法等,文献[1]至文献[9]对各种方法和模型的理论及应用进行了详细介绍.本文根据上海地区的特点,即根据影响电力负荷的主要因素,选取几种方法对未来两年负荷进行预测.

3.1 平均增长率法

(1)1995～2002年,上海电网最高用电负荷年均增长 8.54%.

(2)1996～2002年,上海电网最高用电负荷年均增长 9.14%[10].

(3)2002～2009年,上海电网平均负荷增长率按 9.66%计算.

(4)考虑至 2010年上海电网最高用电负荷年平均增长率为 8.54%～9.66%,则 2010年上海最高用电负荷为 2.38×107～2.61×107kW,2011年为 2.38×107～2.796×107kW.

3.2 最大负荷利用小时数

2009年最大负荷为 2.379 9×107kW.根据近年来统调最大负荷利用小时数的变动趋势,预测未来两年最大负荷利用小时数均为 4 800 h,而最大负荷分别为 2.356×107kW和 2.521×107kW.

3.3 多种模型预测法

采用逐步回归模型、灰色模型[11]、模糊模型及组合模型[12]等负荷预测方法计算出至 2011年上海的最高用电负荷为 2.5×107～2.75×107kW.根据上海的实际情况,将采用递阶算法的综合模型作为预测结果,则 2010年和 2011年上海的最高用电负荷为 2.55×107～2.7×107kW.

4 上海用电量需求预测

4.1 上海与部分发达国家用电量比较

文献[13]通过对日本经济发展 3个阶段的分析,认为随着上海产业结构的调整,许多污染严重、耗能大、附加值低的产业已被淘汰,新的工业体系正在建立,化工、冶金及装备型工业仍将继续发展,这与东京 20世纪 70到 80年代的发展过程具有一定的相似之处.将 2010年上海的用电指标与部分发达国家城市的用电水平进行比较可知,2010年上海人均用电水平将基本达到 1998年东京的人均用电水平,而 2010年上海中心城区的人均用电水平将与 2000年美国纽约市的人均用电水平接近.

4.2 根据宏观经济走势预测用电量

(1)一元回归法 全社会用电量和地区国内生产总值(GDP)之间存在线性关系,在两者之间建立一元线性回归模型:全社会用电量 =a×上海市 GDP总量 +b(其中 a,b为一元线性回归模型的系数).用 2000～2008年的数据确定一元线性回归模型中的系数 a=0.062 7,b=262.2,相关性检验系数 R2=0.991 6.相关性检验系数 R2接近于 1,说明上海地区全社会用电量和国内生产总值之间具有较高的相关性.用回归分析法对未来上海地区的全社会用电量进行预测,2010年和2011年全社会的用电量分别为 1.264×1011kW◦h和 1.344×1011kW◦h.

(2)产值单耗法 根据上海历年单位产值的电量消耗水平和上海市 GDP单耗下降的要求,运用产值单耗法预测上海市 2010年和 2011年全社会用电量分别为 1.224×1011kW◦h和 1.269×1011kW◦h.

4.3 根据重点行业增长预测用电量

根据 2000～2008年上海用电量占前 5位的重点工业行业(黑色金属冶炼及压延业、通用及专业设备制造业、交通运输电气电子设备制造业、化学原料及化学制品制造业、橡胶和塑料制品业)的用电量及其占全社会用电量的比重,预测2010年和 2011年 5大重点行业的用电量分别为3.7×1010kW◦h和 3.81×1010kW◦h,全社会总用电量分别为 1.122×1011kW◦h和 1.154×1011kW◦h.

5 电力负荷预测实例

文献[14]分析了临汾市和扶桑县两地区电网在提高负荷预测精度工作上取得的成功经验,这些经验在上海地区是可以借鉴的.

(1)成立负荷预测工作小组 健全组织机构,充实负荷预测人员的技术力量,对用电市场及负荷情况作深入细致的调查,掌握负荷第一手资料,为负荷预测奠定基础.

(2)加强电网设备检修的计划性 降低设备临修率,为短期负荷预测工作提供良好的预测环境.

(3)做好用户管理 有利于了解客户负荷特点,并能及时了解负荷的变化趋势,有利于调度部门进行预测工作.

(4)开发并优化电力负荷预测软件 将各个影响电力负荷预测的因素纳入地区负荷预测软件模块.由华东电力调度交易中心承担的《华东电网考虑气象因子的负荷预测软件开发》项目已研制完成并顺利投运,填补了华东电网缺少独立负荷预测系统的空白.

6 结 论

(1)应加强本地支撑电源的建设,根据上海电网的实际情况,合理控制受电比例,留有充足的备用容量,提高电网的抗风险能力;

(2)建设大容量的市外受电通道并确保足够的市外电源能力,积极争取皖电东送特高压交流通道的建设,争取早日建成投产;

(3)随着市外来电的进一步增加,上海电网调峰压力逐步增大,建议新建的电源项目均须拥有一定的调峰能力,市外来电也要具备一定的调峰能力;

(4)优化电力客户的用电模式,建立需求侧管理的长效机制,由行政干预逐步转向通过市场杠杆引导电力客户自觉参与需求侧管理,形成科学用电、合理用电和经济用电的良好风气,使有限的电力资源能发挥出更大的效益.

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