工业领域电力需求侧可调节负荷潜力分析_程元.pdf

72 收稿日期：作者简介：程 元（），男，湖北松滋人，硕士，研究方向为综合能源服务、电力需求侧管理等。工业领域电力需求侧可调节负荷潜力分析程 元，饶 尧，丁 胜，（南瑞集团有限公司国网电力科学研究院有限公司，江苏 南京；国网电力科学研究院 武汉能效测评有限公司，湖北 武汉）摘 要：工业领域用电占比高，可调节负荷潜力大，充分挖掘工业领域可调节负荷资源，可有效促进新能源消纳和保障电网供需平衡。通过现场调研与理论研究相结合的方法，重点分析了某市工业领域水泥、玻璃、钢铁、设备制造及纺织等行业的用电负荷特点、调节能力及理论潜力。研究发现，该市工业用户 分钟内可调负荷、日前可调负荷潜力值分别为 、万，从行业来看，设备制造行业占比最高，分钟内可调负荷、日前可调负荷占比分别达 、。研究结论可为电力公司有针对性地开展需求侧管理工作提供支撑，也可为政府制定需求响应、有序用电等需求侧管理政策提供参考依据。关键词：电力需求侧；可调节负荷；需求响应；有序用电中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，（，），；，）：，：；引 言随着“双碳”和构建以新能源为主体的新型电力系统目标的提出，进一步加大了电源侧出力的间歇性、波动性。近年来，电力供需形势进入全面紧张的局面，从经济恢复、用电持续增长以及迎峰度夏度冬期间气候预测来看，未来电力需求保持旺盛增长态势，且存在长期电力缺口。面对大规模新能源并网带来的不确定性增加和供需互动性增强的局面，亟需唤醒需求侧“沉睡”资源，引导需求侧资源自主匹配供给侧。大量学者已在相关领域开展了研究，文献运用综合聚类方法对用户负荷特性和可调节潜力进行了研究，文献 针对可调节负荷参与电网调度等方面进行了研究，文献 针对可调节负荷与 技术融合进行了研究，文献运用改进型蚁狮混合优化系统模型对负荷可调节能力进行了预测。工业领域用电占比高，可调节负荷潜力大。本文能源互联网DOI:10.16189/ki.nygc.2023.01.011 年，第 期 73 结合某市工业产业结构特点，深入调研分析典型行业用户的用电特点，进而研究计算工业领域可调节负荷资源潜力。可调节负荷资源分析对于工业企业，安全保障负荷是断电后将会发生危险的负荷，如消防及治安用电设备等。主要生产负荷断电后通常会对产量或生产设备造成影响，如车床、电炉等。辅助生产负荷通常指生产线的辅助设备，或为正常生产提供必要的辅助环境，如传送带、车间空调等。非生产负荷是除上述负荷外的负荷，主要包括厂区照明及亮化、非生产性中央空调、办公用电、生活用电等。水泥行业 负荷特性水泥行业生产工艺通常是矿石开采、传输、矿石粉碎、回转旋窑烧制、熟料研磨、成品封装。为了节约用能成本，水泥行业主要在平段及低谷电价时段进行生产，峰谷倒置明显，夜间负荷较高并持续稳定，设备运转周期较长，用电负荷大，供电可靠性要求高。水泥行业典型日负荷特性曲线见图。图 某典型水泥企业负荷曲线 负荷特点水泥行业主要生产负荷占总负荷的 ，用于生料磨制、原料烧制以及水泥磨制等，包括生料磨、水泥磨、球磨机等设备。辅助生产负荷占总负荷的 ，用于原料的传输、水泥成品出库、中间产品的制备等，包括传输风机、传输带电机等设备。安全保障负荷占总负荷的，用于水泥生产过程的冷却、旋转设备的润滑等，包括冷却水泵，润滑油泵等设备，突然失电有可能会造成人员的伤害或财产的损失。非生产性负荷占总负荷的 ，包括办公用电设备、分体及中央空调等。水泥行业负荷分类见表。表 水泥行业负荷分类表负荷类别负荷占比主要设备生产性负荷安全保障负荷 冷却水泵，润滑油泵、回转旋窑辅助、传动设备主要生产负荷 生料磨、水泥磨、球磨机、回转旋窑、立窑辅助生产负荷 传输风机、传输带电机、提升机、空压机、煤粉磨机、吊机非生产性负荷 办公照明，一般办公用电器具、分体及中央空调、鼓风机、厂区道路照明 调节能力水泥行业的连续生产是为了提高生产效率，而并非是由于工艺技术所限。在生产工艺上具备中断潜力，适宜参与电力需求响应。主要生产负荷回转窑、立窑占总负荷的、总可调节负荷的。综合典型用户生产数据分析，在生产条件允许的情况下，可调控负荷约占总生产负荷的。水泥行业负荷调控情况见表。表 水泥行业负荷调控情况表负荷类别主要设备负荷占比调控类别 方式调控时间可调负荷占比准备时间响应时长恢复投运时间个体占比整体占比合计主要生产负荷辅助生产负荷非生产性负荷回转窑自控 立窑自控 生料磨自控 水泥磨自控 球磨机自控 传输带电机直控（柔性）分钟级 分钟级空压机直控（柔性）分钟级 分钟级办公照明直控（刚性）秒级 秒级分体及中央空调系统直控（柔性）秒级 秒级生活用电直控（刚性）秒级 秒级能源互联网 74 可调潜力据调查，该市水泥行业 年早晚高峰最高负荷为 万，根据表 可调负荷占比可分别测算出该市水泥行业 分钟内可调负荷、日前可调负荷潜力值分别为 万、万。玻璃行业 负荷特性玻璃行业一般采用 连续生产工作制，设备运转周期较长，用电负荷大，负荷波动小，供电可靠性要求高。玻璃行业典型日负荷特性曲线见图。图 某典型玻璃企业负荷曲线 负荷特点玻璃行业主要生产负荷占总负荷的 以上，包括玻璃熔窑、延压机、氮氢站、锡槽等。辅助生产负荷占总负荷的 以上，包括总循环水泵、原料皮带输送机等。安全保障负荷占总负荷的 以上，包括废气废料处理设备、消防及治安用电设备等，突然失电有可能会造成人员的伤害或财产的损失。非生产性负荷占总负荷的，包括办公用电设备、分体及中央空调等。玻璃行业负荷分类见表。表 玻璃行业负荷分类表负荷类别类别负荷占比主要设备生产性负荷安全保障负荷 废气废料处理设备，氮氢站、全氧燃烧玻璃熔窑氧气站、水泵房、空气压机站、车间设备照明、消防及治安用电设备主要生产性负荷 玻璃熔窑、延压机、氮氢站、锡槽、退火窑、全氧燃烧玻璃榕窑氧气站、冷端玻璃切割机、空压机站辅助生产负荷 总循环水泵、原料皮带输送机、玻璃钢化炉、离线玻璃镀膜线、夹层玻璃和中空玻璃加工设备非生产性负荷非生产性负荷 办公照明、办公电器、分体及中央空调、生活用电（食堂电饭车、电水炉等）、厂区照明及亮化 调节能力玻璃行业中生产性负荷可调节能力占比高达，主要可调节设备为空压机、冷端玻璃切割机，生产负荷的调节方式以自控为主。非生产性负荷调节能力较小，占比不足，可以通过直控方式参与调节。综合典型用户生产数据分析，玻璃企业在生产条件允许的情况下，综合调控负荷约占到总生产负荷的。玻璃行业负荷调控情况见表。表 玻璃行业负荷调控情况表负荷类别主要设备负荷占比调控类别 方式调控时间可调负荷占比准备时间响应时长恢复投运时间个体效果整体占比合计主要生产负荷辅助生产负荷非生产性负荷玻璃熔窑自控 退火窑自控 空压机自控 冷端玻璃切割机自控 原料皮带输送机、玻璃钢化炉等自控分钟级 分钟级办公照明直控（刚性）秒级 秒级分体及中央空调系统 直控（柔性）秒级 秒级 可调潜力据调查，该市玻璃行业 年早晚高峰最高负荷为 万，根据表 可调负荷占比可分别测算出该市玻璃行业 分钟内可调负荷、日前可调负荷潜力值分别为 万、万。能源互联网 年，第 期 75 钢铁行业 负荷特性钢铁行业属于典型的高耗能行业，一般采用三班 连续工作制，全天负荷波动不大，没有明显的波峰和波谷，连续性生产设备较多，例如烧结机、焦炉、高炉等，除检修时间外通常满负荷运行，负荷率较高、对电能质量要求较高。典型日负荷特性曲线见图。图 某典型钢铁企业负荷曲线 负荷特点钢铁行业主要生产负荷占总负荷的 以上，包括高炉、转炉、连铸机、烧结机等。辅助生产负荷约占总负荷的，包括各分厂水泵、传动液压泵和车间通风轴流风机等。安全保障负荷占总负荷的 以上，包括废气、粉尘回收吸入风机、循环冷却水泵、消防及治安用电设备等，突然失电有可能会造成人员的伤害或财产的损失。非生产性负荷占总负荷的 ，包括办公用电设备、分体及中央空调等。钢铁行业负荷分类见表。表 钢铁行业负荷分类表负荷类别负荷占比主要设备生产性负荷安全保障负荷 废气、粉尘回收吸入风机、循环冷却水泵消防及治安用电设备主要生产负荷 电炉、精炼炉、制氧机、高炉、转炉、烧结机辅助生产负荷 各分厂水泵、传动液压泵、棒材及线材风机、电炉厂风机、行车、车间通风轴流风机非生产性负荷 办公照明、办公电器、分体及中央空调、生活用电食堂电饭车、电水炉等）、厂区照明及亮化 调节能力钢铁生产环节中设备众多，具有较高的调控潜力，结合各生产工艺及设备的负荷特性分析，钢铁行业可控负荷主要分为生产性负荷和非生产性负荷，生产性负荷包括电炉、精炼炉、制氧机、轧钢、棒材和线材生产线，其中电炉负荷占比最大，约为，由于生产负荷连续性，所以调控方式都为自控，调控时间和自身设备特性有关。非生产性负荷包含办公照明、分体及中央空调系统和生活用电，占比较小，调控方式为直控（柔性），准备和恢复时间可以达到秒级，响应时间为 。生产性负荷可调比例为，非生产性负荷约占。综合典型用户生产数据分析，钢铁行业在生产条件允许的情况下，综合调控负荷约占到总生产负荷的（见表）。表 钢铁行业负荷调控情况表负荷类别主要设备负荷占比调控方式调控时间可调负荷占比准备时间响应时长恢复投运时间个体效果整体占比合计主要生产负荷非生产性负荷电炉自控 分 分精炼炉自控 分 分制氧机自控 分 分轧钢生产线自控秒级 秒级棒材生产线自控秒级 秒级线材生产线自控秒级 秒级办公照明直控（刚性）秒级 秒级分体及中央空调系统直控（柔性）秒级 秒级生活用电直控（柔性）秒级 秒级 可调潜力据调查，该市钢铁行业 年早晚高峰最高负荷为 万，根据表 可调负荷占比可分别测算出该市钢铁行业 分钟内可调负荷、日前能源互联网 76 可调负荷潜力值分别为 万、万。设备制造行业 负荷特性通用及专用设备制造业的范围广泛，基本都属于非连续性生产单位。通常生产时间为 ，也有 小时连续生产的。用电峰谷差率较大，早峰时间段是全天的生产用电高峰，深夜时段是生产用电低谷。少部分连续生产用户的负荷曲线相对较平稳，约有 左右的波动。典型日负荷特性曲线见图。图 某典型设备制造企业负荷曲线 负荷特点设备制造行业主要生产负荷占总负荷的以上，包括热处理炉、溶化炉、高频炉、铸机、电焊机、拉丝机等。辅助生产负荷占总负荷的以上，包括生产设备空调、冷却用泵等。安全保障负荷占总负荷的 以上，包括数控机床、车间照明、消防及治安用电设备等，突然失电有可能会造成人员的伤害或财产的损失。非生产性负荷占总负荷的 ，包括办公用电设备、分体及中央空调等（见表）。表 设备制造行业负荷分类表负荷类别负荷占比主要设备生产性负荷安全保障负荷 数控机床，车间照明、消防及治安用电设备主要生产负荷 热处理炉、溶化炉、高颊炉、铸机、电焊机、拉丝机、格化炉、车床、铣床、创床冲床、钻床、空锤机、空压机、切割机、剪板机、喷漆机、烘干机、电镀机、数控机床、鼓风机、锅炉、水泵、行吊、镀锌机、生产流水线、组装线等辅助生产负荷 生产设备空调、冷却用泵、风机、通风机非生产性负荷 办公照明、电脑传真打印等办公用电器具、分体及中央空调、食堂蒸饭车、鼓风机、厂区道路照明、电开水炉 调节能力通用及专用设备制造企业的主要生产负荷可调节能力最高，占，主要可调节设备包括溶化炉、鼓风机、烘干机等，其中，熔化炉以自控方式为主，鼓风机、烘干机可以实现柔性直控。辅助负荷、非生产负荷调节能力分别为、，调节方式分别为自控、刚性直控。综合典型用户生产数据分析，通用及专用设备制造企业在生产条件允许的情况下，综合调控负荷约占到总生产负荷的。通用及专用设备制造业负荷调控情况见表。表 设备制造行业负荷调控情况表负荷类别主要设备负荷占比调控方式调控时间可调负荷占比准备时间响应时长恢复投运时间个体占比整体占比合计主要生产负荷辅助生产负荷非生产性负荷热处理炉自控 高频炉自控 溶化炉自控 鼓风机直控（柔性）烘干机直控（柔性）冷却用泵、风机、通风机自控分钟级 分钟级办公照明直控（刚性）秒级 秒级分体及中央空调系统直控（柔性）秒级 秒级生活用电直控（刚性）秒级 秒级能源互联网 年，第 期 77 可调潜力据调查，该市设备制造行业 年早晚高峰最高负荷为 万，根据表 可调负荷占比可分别测