京津唐地區(qū)用電結(jié)構(gòu)、最大負(fù)荷與用電量關(guān)系研究

在編制地區(qū)電力(網(wǎng))規(guī)劃中，最大負(fù)荷的預(yù)測(cè)結(jié)果決定了電源、變電站的容量，決定了未來的投資規(guī)模，所以最大負(fù)荷預(yù)測(cè)是電力規(guī)劃的基礎(chǔ)，是電力規(guī)劃科學(xué)性的前提。目前用電量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系研究已有眾多研究成果，而最大負(fù)荷與電量的關(guān)系少有研究，反映二者關(guān)系的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)受哪些因素影響，如何尋找它們之間關(guān)系的規(guī)律性，是預(yù)測(cè)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，用電結(jié)構(gòu)是最大負(fù)荷與電量關(guān)系的主要影響因素。下面以京津唐電網(wǎng)及其組成部分北京、天津、冀北相關(guān)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行論證。

京津唐地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與用電結(jié)構(gòu)特征分析

北京、天津、冀北(包括唐山、廊坊、承德、秦皇島、張家口五市)三地區(qū)的用電結(jié)構(gòu)差異較大，源于三個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段和特點(diǎn)不同，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)各有典型性。北京由于首都功能的特殊性，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，2014年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為0.75：21.31：77.95，人均GDP已達(dá)到10萬元;天津具有先進(jìn)的重工業(yè)和港口經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，2014年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為1.28：49.39：49.32，第二產(chǎn)業(yè)比重已下降到50%以下，人均GDP10.4萬元;冀北地區(qū)是重工業(yè)基地，工業(yè)以建材、板材等鋼鐵生產(chǎn)為主，近幾年也加快了結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，2014年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為11.53：51.55：36.93，第三產(chǎn)業(yè)比重仍然較低，人均GDP5.2萬元。由于各自經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)不同，各地區(qū)用電結(jié)構(gòu)也不盡相同，冀北地區(qū)工業(yè)用電比重最高，2014年為81.7%，北京最低33.4%，天津已下降到69.6%。京津唐電網(wǎng)由這三地組成，綜合了三地的特點(diǎn)。

用電結(jié)構(gòu)對(duì)相關(guān)負(fù)荷特性指標(biāo)的影響分析

反映最大負(fù)荷和用電量關(guān)系的負(fù)荷特性指標(biāo)主要有最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)(簡(jiǎn)稱利用小時(shí))、年負(fù)荷率、年持續(xù)負(fù)荷曲線等，通過分析這幾項(xiàng)指標(biāo)的變化趨勢(shì)可以看出用電結(jié)構(gòu)的影響。由于工業(yè)化發(fā)展階段工業(yè)用電比重較大，因此以下均分析工業(yè)用電比重的變化對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響。

對(duì)最大負(fù)荷利用小時(shí)的影響分析

年最大負(fù)荷利用小時(shí)是反映最大負(fù)荷與用電量關(guān)系的重要特性指標(biāo)，其值等于年用電量與最大負(fù)荷的比值。

表1中看出，1990年北京、天津、冀北三地工業(yè)用電比重均在70%以上，天津比重最大，高達(dá)79%;1990~2000年，三地區(qū)工業(yè)用電比重均呈下降趨勢(shì)，北京下降幅度最大;2000年以后，北京工業(yè)用電比重仍大幅度下降，天津、京津唐2000~2007年上升，以后緩慢下降;冀北2000~2010年大幅度上升，2010~2014年下降。到2014年，三地工業(yè)用電比重分別變化為33.4%、69.6%和81.7%，20多年來差異逐漸擴(kuò)大，分別朝向不同經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)發(fā)展變化。

表1中 1990年北京、天津、冀北三地中天津工業(yè)用電比重最大，則利用小時(shí)最大。2000年以后冀北工業(yè)用電比重逐漸上升為三地中最大，利用小時(shí)也一直保持最大。由于京津唐與北京、天津、冀北不是獨(dú)立關(guān)系，電量為三地之和，最大負(fù)荷同時(shí)率小于1(三地區(qū)最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn))，因此利用小時(shí)較各地區(qū)偏高，但也基本符合上述規(guī)律。由此可以看出，各地區(qū)最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)與工業(yè)用電比重呈正相關(guān)。

2010～2014年時(shí)間段規(guī)律性不明顯，表現(xiàn)為各地區(qū)工業(yè)用電比重均下降，但京津唐、北京利用小時(shí)2010年卻低于2014年。北京2010年的利用小時(shí)較低是由于工業(yè)用電比重較小(38.05%)，第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電比重相對(duì)較大，對(duì)氣溫敏感度較高，當(dāng)年北京最高氣溫達(dá)到40.6℃，最大負(fù)荷增速高于電量增速6個(gè)多百分點(diǎn)，而2014年又近似涼夏，出現(xiàn)了全年用電量正增長(zhǎng)2%以上，最大負(fù)荷負(fù)增長(zhǎng)(-0.8%)，導(dǎo)致利用小時(shí)高于2010年;而天津和冀北由于工業(yè)用電比重較大(71.65%、85.22%)，利用小時(shí)基本隨著工業(yè)用電比重的變化而變化，對(duì)持續(xù)高溫天氣敏感性差一些。即對(duì)于工業(yè)用電比重較小的地區(qū)，在較短的時(shí)間段內(nèi)(5年以內(nèi))，特別是在時(shí)間節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)異常情況，最大負(fù)荷與電量的相關(guān)性較弱，氣候等因素的影響更強(qiáng)些，用電結(jié)構(gòu)的影響弱于氣候等其他因素的影響。

對(duì)相關(guān)負(fù)荷率的影響

最大負(fù)荷利用小時(shí)的變化趨勢(shì)也可以通過負(fù)荷率的變化來反映。年最大負(fù)荷利用小時(shí)等于全年小時(shí)數(shù)與年負(fù)荷率的乘積，年負(fù)荷率等于年平均負(fù)荷與年最大負(fù)荷的比值，又等于年平均日負(fù)荷率、年平均月負(fù)荷率(月不均衡系數(shù))和季負(fù)荷率(季不均衡系數(shù))三者的乘積。

從表2可以看出，以上各項(xiàng)負(fù)荷率指標(biāo)與工業(yè)用電比重也呈正相關(guān)，北京工業(yè)用電比重最小，各項(xiàng)負(fù)荷率指標(biāo)和利用小時(shí)也最小，冀北工業(yè)用電比重最大，各項(xiàng)負(fù)荷率指標(biāo)和利用小時(shí)最大，具有典型的工業(yè)負(fù)荷特征。

對(duì)年持續(xù)負(fù)荷曲線的影響

最大負(fù)荷與電量的關(guān)系還可以從年持續(xù)負(fù)荷曲線中反映出來，如圖1、圖2。圖中用標(biāo)么值分別顯示了北京、天津、唐山地區(qū)2014年年持續(xù)負(fù)荷曲線和京津唐電網(wǎng)不同年份的年持續(xù)負(fù)荷曲線。圖中縱坐標(biāo)最大負(fù)荷是1，曲線下方的面積即為電量，也等于最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)。

圖1中顯示，2014年冀北年持續(xù)負(fù)荷曲線最平坦，下方面積最大，即利用小時(shí)最大;北京曲線最陡峭，面積最小，利用小時(shí)最小。圖1中還可以看出，北京和天津80%Pmax以上的高峰負(fù)荷持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)低于冀北，是由于北京、天津第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電比重合計(jì)分別為62.2%和26.8%，大于冀北(15.45%)，對(duì)氣溫的敏感度高于冀北;冀北年持續(xù)負(fù)荷曲線較為平坦，是由于工業(yè)中連續(xù)性生產(chǎn)的高耗能工業(yè)比重大于天津、北京。因此，圖1中最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)與工業(yè)用電比重也呈正相關(guān)。

圖2是京津唐電網(wǎng)不同年份的年持續(xù)負(fù)荷曲線。從曲線形狀可以看出，2007年曲線最平坦，下方面積最大，利用小時(shí)最大，對(duì)應(yīng)工業(yè)用電比重最大(69.69%)，2000年曲線最陡峭，下方面積最小，利用小時(shí)最小，對(duì)應(yīng)工業(yè)用電比重最小(64.94%)，即利用小時(shí)與工業(yè)用電比重呈正相關(guān)。

2010年和2014年，由于夏季分別出現(xiàn)持續(xù)高溫和涼夏的異常氣候(如前述)，用電結(jié)構(gòu)對(duì)利用小時(shí)的影響轉(zhuǎn)弱，2010年雖然工業(yè)用電比重大于2014年，但年持續(xù)負(fù)荷曲線較2014年涼夏時(shí)的負(fù)荷曲線陡峭，曲線下方面積較小，負(fù)荷利用小時(shí)小于2014年。因此對(duì)于時(shí)間跨度較小，期間又出現(xiàn)異常氣候時(shí)，結(jié)構(gòu)的影響弱于氣候的影響。

綜上所述，負(fù)荷利用小時(shí)與工業(yè)用電比重呈正相關(guān);只有當(dāng)時(shí)間跨度較小時(shí)(小于5年)，特別是期間出現(xiàn)異常氣候等其他因素的干擾，用電結(jié)構(gòu)的影響轉(zhuǎn)弱。

用電結(jié)構(gòu)對(duì)最大負(fù)荷與用電量相關(guān)性的影響分析

最大負(fù)荷與用電量的相關(guān)性分析

按照不同的時(shí)間段，分別從最大負(fù)荷和全社會(huì)用電量(簡(jiǎn)稱電量)的絕對(duì)量及年均增速兩種參數(shù)的相關(guān)性分析如下：

分別對(duì)京津唐、北京、天津、冀北最大負(fù)荷與電量絕對(duì)量的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算(分為1980～2014、2000～2010、2007～2017、2006～2010、2011～2014共5個(gè)時(shí)間段)，其結(jié)果基本符合時(shí)間跨度越長(zhǎng)，相關(guān)系數(shù)越大，相關(guān)性越強(qiáng)的大概率事件，其中5年以上的相關(guān)系數(shù)多數(shù)在0.98以上，相關(guān)性較弱的是時(shí)間段較短的2010～2014年，最低也達(dá)到0.94以上;各地區(qū)中北京最大負(fù)荷與電量的相關(guān)系數(shù)略低，但也達(dá)到0.92以上。

各地區(qū)最大負(fù)荷與電量年均增速的相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果(分別為10年、5年，3年、1年，采用滾動(dòng)計(jì)算年均增速，樣本數(shù)分別為17、22、22、24個(gè))也基本符合時(shí)間跨度越長(zhǎng)，相關(guān)性越高的規(guī)律，各地區(qū)除北京外10年跨度的年均增速相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.97以上，5年跨度在0.92以上，3年跨度0.83以上， 1年的相關(guān)性相對(duì)較差;各地區(qū)中工業(yè)用電占比最大的冀北相關(guān)性最強(qiáng)，除1年度相關(guān)系數(shù)較低外(0.83)，其他時(shí)段均達(dá)到0.96以上，工業(yè)占比最低的北京相關(guān)系數(shù)最低，在0.83~0.60之間。

北京的最大負(fù)荷和電量的相關(guān)性較弱是由于北京工業(yè)用電比重越來越小，第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電比重逐漸上升，對(duì)氣候的敏感度較高，因此相關(guān)性有所減弱。

從最大負(fù)荷與用電量的絕對(duì)量和年均增速的相關(guān)性比較可以看出，工業(yè)用電比重越大，時(shí)間跨度越長(zhǎng)，最大負(fù)荷與用電量的相關(guān)性越強(qiáng)。

各參數(shù)之間相關(guān)性比較分析

表3將各地區(qū)最大負(fù)荷與電量年均增速、工業(yè)用電比重和利用小時(shí)等參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)分為四個(gè)時(shí)段進(jìn)行比較。主要考慮時(shí)間長(zhǎng)度在5年以上，并跨過2008年金融危機(jī)等異常事件的影響;2010年氣候異常年份作為時(shí)間節(jié)點(diǎn)將有一定影響，列于表中在分析時(shí)可以發(fā)現(xiàn)其影響程度。

從表3中可以看出以下幾方面：

一是京津唐、冀北地區(qū)第1、4時(shí)段，北京市4個(gè)時(shí)段、天津市第1、2、4時(shí)段，工業(yè)用電比重和利用小時(shí)均下降，最大負(fù)荷年均增速均高于電量增速;京津唐、冀北地區(qū)第2、3時(shí)段，工業(yè)用電比重和利用小時(shí)數(shù)均上升，最大負(fù)荷年均增速均低于電量增速。即工業(yè)用電比重與利用小時(shí)數(shù)變化呈正相關(guān)，二者下降(上升)時(shí)，最大負(fù)荷年均增速高于(低于)電量年均增速。

二是北京1、2時(shí)段工業(yè)用電比重和利用小時(shí)數(shù)均呈較大幅度下降，最大負(fù)荷年均增速高于電量增速的差值也較大;冀北地區(qū)第2、3時(shí)段，工業(yè)用電比重有較大幅度上升，最大負(fù)荷年均增速低于電量年均增速的差值也較大，即工業(yè)用電比重變化幅度較大時(shí)，利用小時(shí)變化也較大，最大負(fù)荷與用電量年均增速差值也較大。

以上分析中，由于時(shí)間跨度較大，期間出現(xiàn)多次統(tǒng)計(jì)口徑的調(diào)整，導(dǎo)致有些時(shí)段對(duì)分析規(guī)律性產(chǎn)生一定的影響。

結(jié)語

在工業(yè)化發(fā)展階段，年最大負(fù)荷與用電量存在較強(qiáng)的相關(guān)性，用電結(jié)構(gòu)與最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)呈正相關(guān)，二者下降(上升)時(shí)，最大負(fù)荷年均增速略高于(低于)用電量增速，工業(yè)用電比重變化幅度越大，利用小時(shí)變化幅度越大，最大負(fù)荷與用電量年均增速的差值越大。此結(jié)論可應(yīng)用于中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)中，當(dāng)通過經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)得到電量和用電結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)結(jié)果時(shí)，最大負(fù)荷也基本確定。

上述分析結(jié)論的前提條件是：電量和負(fù)荷口徑應(yīng)盡量對(duì)應(yīng)，至少應(yīng)保證一個(gè)時(shí)間段內(nèi)口徑不發(fā)生變化;異常氣候只是偶發(fā)，地區(qū)氣候沒有發(fā)生根本性改變;電力供需沒有發(fā)生持續(xù)緊張局面;需求側(cè)管理常態(tài)化，且是循序漸進(jìn)的;為避免一些偶然因素對(duì)最大負(fù)荷的影響，文中最大負(fù)荷均指整點(diǎn)負(fù)荷。