上海電網中長期負荷預測

呂 豐,裴秀高,王 勇

(上海電力學院電力與自動化工程學院,上海 200090)

負荷預測是在滿足一定精度的條件下,依據歷年的負荷數據,利用不同的預測方法,推測近期或者中遠期負荷的情況.在當前電力市場運營中,負荷預測的結果已成為經濟調度和電網規劃的必要依據.

本文主要分析了上海地區近期影響負荷預測的因素,根據 2000～2008年的負荷數據,選取不同的預測方法對中長期負荷情況進行預測,并針對地區特點,提出了提高負荷預測和應對本地區電網嚴峻形勢的對策和建議.

1 上海電網概況及負荷特性

1.1 上海電網概況

截止 2009年 8月底,上海電網共有 500 kV變電站 7座(不含外高橋二廠和石洞口二廠),500/220 kV聯絡變壓器 23臺,變電容量 19 500 MVA,500 kV線路 30條(含省際聯絡線及直流線路),交流線總長度約為 708 km,直流線總長度約為 2 095 km.220 kV變電站 100座,變電容量為41 290 MVA,其中電業站 87座(包括羅山、石港、衛東和文祥 4座開關站)、變電容量 35 920MVA,用戶站 13座、變電容量 5 370 MVA.220 kV運行線路 296條,總長度約為 3 183 km.

1.2 地區電網負荷特性

上海電網的負荷特性已越來越呈現出國際大都市電網的用電特征,氣溫變化成為影響負荷曲線的主要決定因素.夏季用電高峰的日最高負荷一般出現在中午前后,但午峰和燈峰之間的曲線日趨平坦,個別以住宅為主的地區日最高負荷已經出現在夜間燈峰時段.空調降溫負荷的不斷增加與所占比重的不斷提高,已成為近期上海用電負荷特性變化的一個主要特征.

截止到 2009年 8月 31日,上海電網在 7月20日 13:10出現歷史最高負荷 2.379 9×107kW,同比增長 6.09%,當日用電量達 4.766 6×108kW?h,最高發電出力為 15 056MW.

上海電力負荷情況除了與氣溫變化有關外,還受很多因素的影響.

2 影響近期電力需求的主要因素

2.1 經濟運行環境

2009年下半年,經濟發展環境逐漸好轉,全球經濟衰退有所緩和,同時在中央一系列“保增長、拉內需”政策的作用下,全國經濟持續向好.但上海經濟的發展仍然存在很多制約因素:上海產業尤其是工業雖開始逐步復蘇,但未來發展面臨很多困難;外貿出口形勢同樣不容樂觀,上海外貿的依賴度較高,金融危機使外資紛紛回流,導致上海利用外資的增速大幅放緩;此外,固定資產投資難以大幅回升,民間投資和產業投資跟進乏力;消費拉動不會出現大幅度增長.

在眾多利好因素和制約因素的雙重交織影響下,預計 2010年上海經濟將進入平穩增長期,但未來幾年將處于一個低增長時期.

2.2 產業結構調整

上海第三產業比重在 2006年略微超過第二產業之后,一直徘徊不前,服務經濟的能力和水平的提升力度嚴重不足.隨著工業生產的逐步恢復,2009年上半年第三產業比重回調至 57.7%,如果工業保持目前的恢復態勢,2010年第三產業比重有可能回調至以往的水平.因此,短期內第二、第三產業共同支撐上海經濟發展的格局不可能有根本改變.

2.3 重點行業發展

幾大重點行業雖出現好轉跡象,但增長有限,預計 2009年幾大重點行業的發展與 2008年的水平持平或略低,處于緩慢復蘇階段,2010～2011年將有較快的發展速度.其變化使用電量總體持平甚至回調,2010～2011年后將逐步增加.幾大重點行業未來的發展趨勢為:

(1)精品鋼材制造業發展形勢不容樂觀;

(2)成套設備制造業持續增長;

(3)電子信息產品制造業回暖跡象明顯;

(4)汽車制造業開始進入上升通道;

(5)化學原料及化學制品制造業持續低迷.

2.4 節能降耗舉措

上海市政府召開了 2009年節能減排工作會議,并制定了詳細的實施細則,要完成萬元 GDP能耗“十一五”期間再降 20%的硬指標.對高耗能、高污染、低效益的企業和生產線很可能亮紅牌,對鋼鐵、化工、建材等重點行業更加嚴格執行產品能耗標準,對嚴重超過單耗標準且屬于淘汰落后的工藝、設備、產品,則采取限期整改或實行差別電價等辦法,加大結構調整力度.這一系列的舉措會對上海未來幾年用電量水平產生負面影響.

2.5 其他影響因素

(1)氣候 上海電網的夏季用電負荷與氣溫變化關系密切.據測算,2009年夏季,上海空調降溫負荷已經超過 107kW,約占電網最高用電負荷的 42%.上海電網的夏季用電負荷受氣溫影響較大,若夏季出現持續高溫,則空調降溫負荷將會導致全網用電最高負荷大幅攀升.

(2)電力需求側管理 由于上海產業結構的調整,“三產”和城鄉生活用電比重的增加,使需求側管理工作中可用于調節峰谷差的負荷資源日趨減少;連續性生產企業、高端精尖企業和商辦樓宇的增多,對供電連續性和電能質量的要求越來越高;第三產業和城鄉生活用電的增加,使負荷峰谷差不斷增大,用電負荷率在 85%左右徘徊.

(3)世博會經濟 世博會對經濟的影響主要集中在舉辦城市所在的區域,拉動的主要產業集中在受益于前期投資的基礎設施建設和建筑行業,以及受益于當期消費帶動的商業、餐飲、服務等行業.其中,基礎設施建設和建筑行業與用電量的相關度最高.鑒于目前世博投資的高峰期已過,2010～2011年的投資對電力消費的拉動將明顯減弱;而消費服務業與用電量相關度較低,其用電量的增速將低于產業增長速度,但仍將保持在一個較高的增長水平.

(4)碳關稅 就是在征收“正常”關稅外,對高耗能的產品再征收特別的二氧化碳排放稅.隨著競爭格局的轉化,會吸引資本逐漸由低效高耗行業向高效低耗行業轉移,這種投資轉移會帶來經濟結構的轉變,短期內會對用電量有負面影響,長期來看則有利有弊.

(5)風電大規模發展 2010年上海電網規劃風力發電總裝機容量將達到 310 MW,約占全市總裝機容量的 2%左右.由于風機發電具有間歇性和波動性,風電機組接入系統會對電網穩定運行產生一定影響,但風電規劃裝機規模控制及規劃水平與上海市電網裝機總容量相協調,不會對電網的穩定產生明顯影響.

3 上海電力中期負荷預測常用算法

電力負荷預測的方法很多,常用的有單耗法、電力彈性系數法、空間負荷密度法、比例系數法、回歸分析法、時間序列法、灰色預測法等,文獻[1]至文獻[9]對各種方法和模型的理論及應用進行了詳細介紹.本文根據上海地區的特點,即根據影響電力負荷的主要因素,選取幾種方法對未來兩年負荷進行預測.

3.1 平均增長率法

(1)1995～2002年,上海電網最高用電負荷年均增長 8.54%.

(2)1996～2002年,上海電網最高用電負荷年均增長 9.14%[10].

(3)2002～2009年,上海電網平均負荷增長率按 9.66%計算.

(4)考慮至 2010年上海電網最高用電負荷年平均增長率為 8.54%～9.66%,則 2010年上海最高用電負荷為 2.38×107～2.61×107kW,2011年為 2.38×107～2.796×107kW.

3.2 最大負荷利用小時數

2009年最大負荷為 2.379 9×107kW.根據近年來統調最大負荷利用小時數的變動趨勢,預測未來兩年最大負荷利用小時數均為 4 800 h,而最大負荷分別為 2.356×107kW和 2.521×107kW.

3.3 多種模型預測法

采用逐步回歸模型、灰色模型[11]、模糊模型及組合模型[12]等負荷預測方法計算出至 2011年上海的最高用電負荷為 2.5×107～2.75×107kW.根據上海的實際情況,將采用遞階算法的綜合模型作為預測結果,則 2010年和 2011年上海的最高用電負荷為 2.55×107～2.7×107kW.

4 上海用電量需求預測

4.1 上海與部分發達國家用電量比較

文獻[13]通過對日本經濟發展 3個階段的分析,認為隨著上海產業結構的調整,許多污染嚴重、耗能大、附加值低的產業已被淘汰,新的工業體系正在建立,化工、冶金及裝備型工業仍將繼續發展,這與東京 20世紀 70到 80年代的發展過程具有一定的相似之處.將 2010年上海的用電指標與部分發達國家城市的用電水平進行比較可知,2010年上海人均用電水平將基本達到 1998年東京的人均用電水平,而 2010年上海中心城區的人均用電水平將與 2000年美國紐約市的人均用電水平接近.

4.2 根據宏觀經濟走勢預測用電量

(1)一元回歸法 全社會用電量和地區國內生產總值(GDP)之間存在線性關系,在兩者之間建立一元線性回歸模型:全社會用電量 =a×上海市 GDP總量 +b(其中 a,b為一元線性回歸模型的系數).用 2000～2008年的數據確定一元線性回歸模型中的系數 a=0.062 7,b=262.2,相關性檢驗系數 R2=0.991 6.相關性檢驗系數 R2接近于 1,說明上海地區全社會用電量和國內生產總值之間具有較高的相關性.用回歸分析法對未來上海地區的全社會用電量進行預測,2010年和2011年全社會的用電量分別為 1.264×1011kW?h和 1.344×1011kW?h.

(2)產值單耗法 根據上海歷年單位產值的電量消耗水平和上海市 GDP單耗下降的要求,運用產值單耗法預測上海市 2010年和 2011年全社會用電量分別為 1.224×1011kW?h和 1.269×1011kW?h.

4.3 根據重點行業增長預測用電量

根據 2000～2008年上海用電量占前 5位的重點工業行業(黑色金屬冶煉及壓延業、通用及專業設備制造業、交通運輸電氣電子設備制造業、化學原料及化學制品制造業、橡膠和塑料制品業)的用電量及其占全社會用電量的比重,預測2010年和 2011年 5大重點行業的用電量分別為3.7×1010kW?h和 3.81×1010kW?h,全社會總用電量分別為 1.122×1011kW?h和 1.154×1011kW?h.

5 電力負荷預測實例

文獻[14]分析了臨汾市和扶桑縣兩地區電網在提高負荷預測精度工作上取得的成功經驗,這些經驗在上海地區是可以借鑒的.

(1)成立負荷預測工作小組 健全組織機構,充實負荷預測人員的技術力量,對用電市場及負荷情況作深入細致的調查,掌握負荷第一手資料,為負荷預測奠定基礎.

(2)加強電網設備檢修的計劃性 降低設備臨修率,為短期負荷預測工作提供良好的預測環境.

(3)做好用戶管理 有利于了解客戶負荷特點,并能及時了解負荷的變化趨勢,有利于調度部門進行預測工作.

(4)開發并優化電力負荷預測軟件 將各個影響電力負荷預測的因素納入地區負荷預測軟件模塊.由華東電力調度交易中心承擔的《華東電網考慮氣象因子的負荷預測軟件開發》項目已研制完成并順利投運,填補了華東電網缺少獨立負荷預測系統的空白.

6 結 論

(1)應加強本地支撐電源的建設,根據上海電網的實際情況,合理控制受電比例,留有充足的備用容量,提高電網的抗風險能力;

(2)建設大容量的市外受電通道并確保足夠的市外電源能力,積極爭取皖電東送特高壓交流通道的建設,爭取早日建成投產;

(3)隨著市外來電的進一步增加,上海電網調峰壓力逐步增大,建議新建的電源項目均須擁有一定的調峰能力,市外來電也要具備一定的調峰能力;

(4)優化電力客戶的用電模式,建立需求側管理的長效機制,由行政干預逐步轉向通過市場杠桿引導電力客戶自覺參與需求側管理,形成科學用電、合理用電和經濟用電的良好風氣,使有限的電力資源能發揮出更大的效益.

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