基本負(fù)荷

基本負(fù)荷研究背景

為了解決供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償?shù)热蝿?wù)，務(wù)須知道各種電氣設(shè)備有功、無(wú)功功率之間的關(guān)系。其中，主要的有同步發(fā)電機(jī)、應(yīng)用廣泛的異步電動(dòng)機(jī)及整流轉(zhuǎn)換裝置。

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，全球更加重視環(huán)境保護(hù)，而天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、清潔的能源，其需求量將迅速增大，也必然會(huì)促進(jìn)液化天然氣(LNG)工業(yè)的發(fā)展。常見的制冷液化工藝有級(jí)聯(lián)式制冷、混合制冷劑循環(huán)制冷和膨脹機(jī)循環(huán)制冷等。級(jí)聯(lián)式制冷工藝具有以下特點(diǎn): 天然氣液化過(guò)程能耗低；制冷劑單一，不存在配比問題，冷劑壓縮機(jī)均為單組分壓縮機(jī)，設(shè)計(jì)更容易，采購(gòu)更方便，壓縮機(jī)運(yùn)行更穩(wěn)定，并可采用國(guó)產(chǎn)化設(shè)備，有效降低液化工廠的投資建設(shè)成本；液化過(guò)程換熱器選擇范圍大，可采用冷箱結(jié)構(gòu)，也可采用管殼式結(jié)構(gòu)，或者兩者相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。世界上首座基本負(fù)荷型級(jí)聯(lián)式天然氣液化裝置建在阿爾及利亞，李士富等人、王勇等人分別從不同角度建立了級(jí)聯(lián)式天然氣液化模擬流程，對(duì)流程進(jìn)行了工藝參數(shù)模擬。研究介紹了級(jí)聯(lián)式制冷工藝的基本流程，根據(jù)級(jí)聯(lián)式制冷工藝形式，用HYSYS軟件建立了級(jí)聯(lián)式制冷工藝模擬循環(huán)，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了模擬計(jì)算，并進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)工藝中各相關(guān)參數(shù)的相互影響進(jìn)行分析。

基本負(fù)荷級(jí)聯(lián)式制冷工藝的模擬計(jì)算

級(jí)聯(lián)式制冷工藝又被稱為階式或復(fù)疊式制冷工藝，或者串聯(lián)蒸發(fā)冷凝制冷工藝；該工藝主要應(yīng)用于基本負(fù)荷型天然氣液化裝置。級(jí)聯(lián)式制冷工藝?yán)美鋭┏合路悬c(diǎn)不同的情況，逐級(jí)降低天然氣溫度，最終使其溫度降低至-162℃左右，由氣相成為液相，即液化天然氣(LNG)，見圖 1。級(jí)聯(lián)式制冷工藝以丙烷/丙烯、乙烯、甲烷作為各制冷循環(huán)制冷劑；第一級(jí)為丙烷/丙烯制冷循環(huán)，為冷劑乙烯、甲烷和天然氣三股物流提供冷量，使其溫度初步降低；第二級(jí)為乙烯制冷循環(huán)，為冷劑甲烷和天然氣兩股物流提供冷量，使其溫度進(jìn)一步降低；第三級(jí)為甲烷制冷循環(huán)，為天然氣一股物流提供冷量，使其溫度最終降低至露點(diǎn)以下，達(dá)到使天然氣液化的目的。

基本負(fù)荷級(jí)聯(lián)式制冷工藝的適應(yīng)性分析

級(jí)聯(lián)式制冷工藝存在各循環(huán)中組分單一，優(yōu)化調(diào)節(jié)操作簡(jiǎn)便，相對(duì)于混合制冷循環(huán)，不存在冷劑優(yōu)化配比問題，系統(tǒng)操作條件的優(yōu)化涉及參數(shù)相對(duì)較少，全局優(yōu)化計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單?；谏鲜鼋⒌挠?jì)算模型，分別對(duì)原料氣處理量、各循環(huán)壓縮機(jī)出口壓力與系統(tǒng)功耗和制冷劑操作循環(huán)量之間的關(guān)系進(jìn)行分析，找出相互之間的規(guī)律，為相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行操作提供理論支持。

隨著原料氣處理量的增大，系統(tǒng)功耗和各制冷劑循環(huán)量也隨之增長(zhǎng)，它們之間存在較明顯的線性關(guān)系。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，原料氣處理量與壓縮機(jī)運(yùn)行功率之間的匹配關(guān)系相對(duì)復(fù)雜些。一般來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)處理能力時(shí)，已將壓縮機(jī)選型，確定了其最大額定功率，若處理量較小時(shí)，壓縮機(jī)所能提供的功率往往大于處理原料氣所需的功率，造成能耗浪費(fèi)，增大生產(chǎn)成本;而當(dāng)處理量較大時(shí)，處理原料氣所需功率大于壓縮機(jī)額定功率，就會(huì)對(duì)壓縮機(jī)等設(shè)備造成影響。所以，實(shí)際運(yùn)行時(shí)要考慮最小和最大處理量，以保證運(yùn)行成本和設(shè)備運(yùn)行安全。

當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力增大時(shí)，壓縮機(jī)功耗受其影響程度較大，而制冷劑循環(huán)量受其影響程度較小。在對(duì)該因素進(jìn)行分析時(shí)，當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力較小時(shí)，不能滿足下游用戶需求；在壓力達(dá)到滿足條件的最小值后，壓力增大對(duì)系統(tǒng)功耗及各制冷劑循環(huán)量的影響較小。因而，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)考慮壓縮機(jī)出口壓力對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的影響，達(dá)到系統(tǒng)所需最小壓力值以上，且不應(yīng)較高。

基本負(fù)荷研究背景

在電力市場(chǎng)中，實(shí)施需求響應(yīng)的目的是通過(guò)價(jià)格機(jī)制與激勵(lì)手段促使用戶改變用電行為，增加電力市場(chǎng)的價(jià)格彈性，從而減少高峰電力負(fù)荷與市場(chǎng)成員操縱市場(chǎng)的幾率，降低價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)與系統(tǒng)整體成本，增加系統(tǒng)安全可靠性，提高市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效率，促進(jìn)環(huán)境與社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。這是用戶、系統(tǒng)與社會(huì)等多方共贏的目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是按什么方式給用戶激勵(lì)以及給用戶多少激勵(lì)才能充分激起用戶實(shí)施需求響應(yīng)。對(duì)需求響應(yīng)的研究大多集中在需求響應(yīng)的作用、電價(jià)機(jī)制、需求側(cè)管理風(fēng)險(xiǎn)、可中斷負(fù)荷合同模型等方面。實(shí)際上，根據(jù)用戶在事故期間的需求響應(yīng)狀況，即用戶響應(yīng)性能(demand response performance，DRP)，實(shí)施激勵(lì)便是鼓勵(lì)與引導(dǎo)用戶主動(dòng)賣出其響應(yīng)資源的重要策略。其中公平合理的性能評(píng)價(jià)與量化規(guī)則是維持與發(fā)展需求側(cè)響應(yīng)資源的重要環(huán)節(jié)。常用的量化用戶響應(yīng)性能的方法是把其定義為用戶表記錄的實(shí)際用電量與其基本負(fù)荷的差額。用戶基本負(fù)荷(customer baseline load，CBL)是指用戶在事故期間不實(shí)施需求響應(yīng)的情況下，每小時(shí)可能消耗的負(fù)荷，這是對(duì)未發(fā)生情況的一個(gè)估計(jì)值。有了這個(gè)估計(jì)值，就可以計(jì)算用戶在事故期間的負(fù)荷削減量，進(jìn)而評(píng)價(jià)用戶的響應(yīng)性能，并依此對(duì)用戶進(jìn)行獎(jiǎng)懲，激勵(lì)用戶合理規(guī)劃電力需求、主動(dòng)進(jìn)行需求響應(yīng)，從而減少系統(tǒng)峰荷值，促進(jìn)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。因此，用戶基本負(fù)荷的計(jì)算是基礎(chǔ)，用戶需求響應(yīng)性能評(píng)價(jià)是橋梁，而對(duì)用戶的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償是誘導(dǎo)手段。

用戶響應(yīng)性能反映用戶的響應(yīng)意愿與響應(yīng)能力，是獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行者(independent systemoperator，ISO)評(píng)價(jià)需求響應(yīng)資源可靠性的重要指標(biāo)。研究將討論用戶基本負(fù)荷的計(jì)算原則和方法，分析用戶響應(yīng)性能的評(píng)價(jià)方法，并對(duì)用戶的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償算法進(jìn)行討論。通過(guò)對(duì)美國(guó)PJM及CaliforniaISO、New York ISO和New England ISO等所用算法進(jìn)行比較分析，指出可按用戶響應(yīng)性能數(shù)值細(xì)分用戶響應(yīng)的重要性等級(jí)。

基本負(fù)荷用戶基本負(fù)荷的計(jì)算原則與方法

（1）用戶基本負(fù)荷的計(jì)算目的與原則

計(jì)算用戶基本負(fù)荷的目的是在事故期間為用戶的需求響應(yīng)性能提供公平評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，給用戶以經(jīng)濟(jì)激勵(lì)或處罰，促使更多的用戶實(shí)施需求響應(yīng)，為資源規(guī)劃、方案規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)效益合算提供依據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行。

用戶基本負(fù)荷計(jì)算的原則是公平合理、準(zhǔn)確簡(jiǎn)明、數(shù)據(jù)典型、最小化投機(jī)機(jī)會(huì)、最大化需求響應(yīng)收益。公平合理是指制定計(jì)算規(guī)則時(shí)要考慮負(fù)荷類型(負(fù)荷規(guī)模、負(fù)荷時(shí)間等)，并保障需求響應(yīng)資源買賣雙方的利益；準(zhǔn)確簡(jiǎn)明是指計(jì)算出的用戶基本負(fù)荷要盡量減少偏差，同時(shí)易于管理者與用戶理解和使用；數(shù)據(jù)典型是指所選擇的歷史數(shù)據(jù)要與所估算用戶的基本負(fù)荷強(qiáng)相關(guān)；最小化用戶的投機(jī)機(jī)會(huì)是指計(jì)算規(guī)則要具有抑制用戶投機(jī)行為(人為地抬高基本負(fù)荷獲得超額激勵(lì)的行為)的功能， 使用戶無(wú)機(jī)會(huì)投機(jī)或使其投機(jī)行為得不償失；最大化需求響應(yīng)的收益是指規(guī)則要能起到聚攏并高效利用需求側(cè)資源的作用。

（2）用戶基本負(fù)荷的計(jì)算方法

用戶基本負(fù)荷的計(jì)算按負(fù)荷類型分為能量基本負(fù)荷計(jì)算與容量基本負(fù)荷計(jì)算；按時(shí)間分為日前基本負(fù)荷計(jì)算與實(shí)時(shí)基本負(fù)荷計(jì)算等。不同類型的計(jì)算方法一般不同，美國(guó)不同ISO計(jì)算用戶基本負(fù)荷的方法存在差別，但這些方法基本上都包括3個(gè)要素：數(shù)據(jù)選擇原則、計(jì)算方法和修正算法。數(shù)據(jù)選擇原則決定選擇哪些數(shù)據(jù)參與基本負(fù)荷的估算；計(jì)算方法是對(duì)參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)采用何種運(yùn)算，常用的有求歷史典型日負(fù)荷平均值法與基于制冷度日(cooling degree days，CDD)的回歸法；修正算法是對(duì)特殊情況產(chǎn)生的影響進(jìn)行計(jì)算，一般按事故前若干小時(shí)的負(fù)荷對(duì)基本負(fù)荷進(jìn)行修正，常用的有乘法因子修正法和加法因子修正法。

基本負(fù)荷需求響應(yīng)性能的評(píng)價(jià)原則與方法

需求響應(yīng)性能的評(píng)價(jià)原則與用戶基本負(fù)荷的計(jì)算原則基本相同，這是因?yàn)榍罢呤墙⒃诤笳呋A(chǔ)上的。需求響應(yīng)性能是對(duì)用戶響應(yīng)效果的最終評(píng)價(jià)，也是 ISO 給予用戶經(jīng)濟(jì)激勵(lì)或懲罰的依據(jù)。因此需求響應(yīng)性能的計(jì)算一定要公平合理，以激勵(lì)用戶的響應(yīng)行為，實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)效益的最大化。

需求響應(yīng)性能的計(jì)算方法有絕對(duì)計(jì)算法(負(fù)荷削減量法)與相對(duì)指標(biāo)法。

1）絕對(duì)計(jì)算法。負(fù)荷削減量等于用戶基本負(fù)荷減去用戶實(shí)際負(fù)荷。負(fù)荷削減量越大，響應(yīng)性能越好。

對(duì)于只有發(fā)電機(jī)組的用戶，其在事故期間比平時(shí)增加的出力相當(dāng)于負(fù)荷削減量。對(duì)于既有負(fù)荷削減、又有發(fā)電機(jī)組的情況，其負(fù)荷削減性能是 2 種方式的性能之和。

2）相對(duì)指標(biāo)法。該方法是建立在基本負(fù)荷計(jì)算基礎(chǔ)上的。為方便比較規(guī)?；蝾愋筒煌挠脩繇憫?yīng)性能，有 2 種性能指標(biāo)法：認(rèn)繳性能指標(biāo)(subscribed performance index，SPI)法與峰荷性能指標(biāo)(peak performance index，PPI)法。SPI是用戶實(shí)際每小時(shí)削減的負(fù)荷與其認(rèn)繳負(fù)荷削減量之比，它用來(lái)評(píng)價(jià)用戶完成其承諾的真實(shí)性能。只要需求響應(yīng)方案允許用戶就其需求響應(yīng)資源事先作出削減承諾或參與競(jìng)價(jià)銷售，就可以應(yīng)用 SPI 來(lái)評(píng)價(jià)用戶的削減性能，如EDRP、ICAPSCR、DADRP與DSASP等。SPI 等于1，表示該用戶的表現(xiàn)達(dá)到了其認(rèn)繳目標(biāo)；SPI小于 1，表示該用戶的性能未達(dá)到負(fù)荷削減目標(biāo)；SPI大于1，表示該用戶超額完成了負(fù)荷削減目標(biāo)。PPI 是用戶在事故期間實(shí)際每小時(shí)平均負(fù)荷削減量與非同時(shí)峰荷需求的比值。非同時(shí)峰荷代表用戶最高負(fù)荷水平，因此在任何情況下，削減值都不可能比非同時(shí)峰荷大，即PPI最大是 1，此時(shí)用戶的所有負(fù)荷都從電網(wǎng)切除。PPI 可用來(lái)表示用戶的相應(yīng)技術(shù)潛力。PPI低，意味著該用戶當(dāng)前較少有負(fù)荷削減機(jī)會(huì)，需要給其額外的技術(shù)支持、 指導(dǎo)與信息或采用更高級(jí)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。PPI與用戶規(guī)模結(jié)合起來(lái)，可以考察不同負(fù)荷類型用戶的相對(duì)負(fù)荷削減潛力。

指標(biāo)評(píng)價(jià)的結(jié)果表明了資源的可靠性，它為ISO提供了僅根據(jù)用戶的承諾來(lái)判斷這些可調(diào)度資源可靠性的一種方法。性能指標(biāo)越高，負(fù)荷削減作為應(yīng)對(duì)峰荷事故的手段越可靠，為取得總體削減效果所需的參與用戶越少，交易成本與管理成本也越少。 2100433B

在電網(wǎng)日負(fù)荷曲線上，平均負(fù)荷以上的部分為尖峰負(fù)荷，最小負(fù)荷以下的部分成為基本負(fù)荷，平均負(fù)荷與最小負(fù)荷的之間的部分稱為中間負(fù)荷。

基本負(fù)荷鍋爐是大容量、高效鍋爐機(jī)組在接近全負(fù)荷運(yùn)行條件下連續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行小時(shí)通常較高，以達(dá)到電廠和全網(wǎng)最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式為目的的鍋爐。

中文名稱

基本負(fù)荷鍋爐

英文名稱

base load boiler

定　　義

大容量、高效鍋爐機(jī)組在接近全負(fù)荷運(yùn)行條件下連續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行小時(shí)通常較高，以達(dá)到電廠和全網(wǎng)最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式為目的的鍋爐。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級(jí)學(xué)科），鍋爐（二級(jí)學(xué)科）

中文名稱

燃?xì)廨啓C(jī)基本負(fù)荷額定輸出功率

英文名稱

base load rated output of gas turbine

定　　義

燃?xì)廨啓C(jī)在規(guī)定的條件和在透平基本負(fù)荷的額定溫度下，并處于新和清潔狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)的標(biāo)稱或保證的輸出功率。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級(jí)學(xué)科），汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)（二級(jí)學(xué)科）

對(duì)一個(gè)電廠來(lái)說(shuō)，負(fù)荷要求總是時(shí)時(shí)發(fā)生變化的，因此，一個(gè)電廠必須應(yīng)付用戶不斷變化的負(fù)荷要求。當(dāng)負(fù)荷要求增加，發(fā)電機(jī)組就要多發(fā)功率，而當(dāng)負(fù)荷要求減少時(shí)，發(fā)電機(jī)組就要減負(fù)荷運(yùn)行，甚至停運(yùn)。不過(guò)，對(duì)一個(gè)電廠來(lái)說(shuō)，一般總有一個(gè)一天內(nèi)基本保持不變的負(fù)荷分量，這就是所謂基本負(fù)荷分量(基荷)。負(fù)荷中除了基本負(fù)荷之外，其它的稱峰值負(fù)荷如圖1所示。

有時(shí)候，把基本負(fù)荷以上的部分，更進(jìn)一步劃分為腰荷與峰荷。由于負(fù)荷具有這樣的特性，這就意味著，隨著負(fù)荷的增減，個(gè)別發(fā)電機(jī)組可能投入運(yùn)行或停運(yùn)。很顯然，電廠不能按最高峰值負(fù)荷的要求來(lái)設(shè)計(jì)，否則在一年大部分時(shí)間內(nèi)，電廠內(nèi)某些發(fā)電機(jī)組將不能得到滿負(fù)荷運(yùn)行，從而就要降低利用因數(shù)，增加發(fā)電成本。

高峰負(fù)荷的延續(xù)時(shí)間一般是不長(zhǎng)的，考慮到這一點(diǎn)，可以設(shè)置某些發(fā)電機(jī)組，使它們專門用來(lái)滿足這些峰值負(fù)荷短時(shí)間的需要。很顯然，為滿足這些高峰負(fù)荷而發(fā)出的電能將是非常昂貴的，因?yàn)闀r(shí)間它們只有很低的負(fù)荷率。