CN108959190B - 一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法 - Google Patents

一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法。首先将年度理论替代电量分解为直接替代电量和间接替代电量，用热当量法确定居民供暖、交通运输、生产制造三大领域单位化石能源的等效电能替代值，计算化石能源直接电能替代的年度替代电量；确定新能源发电、电动汽车接入以及电力削峰填谷三种间接替代形式的替代规模，分类并计算化石能源间接电能替代的年度替代电量。本方法采用热当量法结合了电能替代的不同方式，从宏观角度分类计算地区年度理论替代电量，即理论潜力，具有较高的预测精度和较强的实用性。

Description

一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法
技术领域
本发明涉及电能替代领域，特别涉及一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法。
背景技术
随着人类文明的发展，节约资源保护环境日益引起人们的重视。电能作为清洁、高效、便捷的二次能源，终端使用效率高，也日益收到人们的青睐。电能替代是指在能源消费上替代煤炭、石油、天然气等化石能源的直接消费，提高电能在终端能源消费中的比重。
大力开展电能替代能够促进可在再生能源资源的开发与消纳，降低电力的供应成本，促进能源相关产业的升级，促进了社会各行业的现代化和自动化，拉动全球经济的发展，最终实现全社会的共同发展。开展电能替代理论潜力分析是电能替代工作的基础，计算电能替代的理论潜力是增供促销、增加公司售电量、维护公司收益、保障电网投入，实现公司可持续发展的必要手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法，其特点是将电能替代的方式分成了直接电能替代、间接电能替代，并根据等效热当量方法分别建模计算理论替代电量，以此衡量电能替代的理论潜力，本发明提供的方法具有较好的直观性和可操作性。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法，包括如下步骤：
步骤S1、计算用于直接电能替代的化石能源数量；
步骤S2、用热当量法确定单位化石能源的等效电能替代值；
步骤S3、计算化石能源直接电能替代的替代电量；
步骤S4、计算化石能源间接电能替代的替代电量；
步骤S5、根据直接替代电量和间接替代电量计算年度理论替代电量。
在本发明一实施例中，所述步骤S1，计算用于直接电能替代的化石能源数量的具体过程如下：
可直接替代的化石能源数量为居民供暖、交通运输、生产制造三个领域的综合，计算公式为：
Md＝M1d+M2d+M3d (1)
式中，Md为直接电能替代的化石能源数量；M1d为居民供暖可直接替代的化石能源数量，M2d为交通运输可直接替代的化石能源数量，M3d为生产制造可直接替代的化石能源数量。
M1d＝M1×r1％ (2)
M2d＝M2×r2％ (3)
M3d＝M3×r3％ (4)
式中，M1为居民供暖使用的化石能源数量，M2为交通运输使用的化石能源数量，M3为生产制造使用的化石能源数量，r1、r2和r3分别为居民供暖、交通运输及生产制造三个领域中可直接替代的化石能源量占比。
在本发明一实施例中，所述步骤S2，用热当量法确定单位化石能源的等效电能值，其计算公式具体如下：
E＝C·t/(3600×95％) (5)
式中，C表示1单位终端能源的燃烧值，t表示1单位终端能源的热效益值，为百分数，E表示1单位终端能源的等效电能值。
在本发明一实施例中，所述步骤S3，计算化石能源直接电能替代的替代电量，具体过程如下：
获得可直接电能替代的各种类的化石能源量Md1、Md2、Md3、…、Mdn，并获得相应的燃烧值C1、C2、C3、…、Cn以及热效益值t1、t2、t3、…、tn，则直接电能替代的理论替代量为
Figure BDA0001692634670000021
式中，Ed为直接电能替代的理论替代量，Mdi为第i种化石能源的可直接替代量，Ci为第i种能源的燃烧值，ti为第i种能源的热效益值。
在本发明一实施例中，所述步骤S4，计算化石能源间接电能替代的替代电量，具体包括：电动汽车的入网，电力削峰填谷以及新能源发电，计算公式为
Ein＝E1+E2+E3 (7)
式中，Ein为电能替代间接替代电量，E1为电动汽车替代电量，E2为电力削峰填谷替代电量，E3为新能源发电所替代电量；各项间接替代电量计算过程如下：
步骤S401：电动汽车间接替代电量E1的计算公式为
E1＝(MEV+ΔMEV)×ΔMT×S (8)
式中，E1为电动汽车替代电量，MEV为电动汽车保有量，ΔMEV为电动汽车增量，ΔMT为电动汽车平均能耗，S为电动汽车里程数；
步骤S402：电力削峰填谷替代电量的计算公式为
E2＝Etop+Ebottom (9)
式中，E2为电力削峰填谷替代电量，Etop为峰顶替代电量，Ebottom为谷底替代电量。
Figure BDA0001692634670000031
式中，Pav为原峰顶平均负荷，Pa′v为现峰顶平均负荷，T为年工作时间；Pbottom为谷底的平均负荷，Tbottom为谷底负荷持续时间，η1为未削峰填谷时燃煤的效率，η2为削峰填谷后燃煤的效率；
步骤S403：新能源发电替代电量计算公式为
E3＝ΔEwind+ΔEsolar (11)
式中，E3为电动汽车替代电量，ΔEwind为风力发电量增量，ΔMsolar为太阳能发电量增量。
在本发明一实施例中，所述步骤S5，根据直接替代电量和间接替代电量计算年度理论替代电量，具体为直接替代电量和间接替代电量之和，计算公式如下：
Etotal＝Ed+Ein (12)
式中，Etotal为年度理论替代电量，即为电能替代理论潜力；Ed为直接电能替代量，Ein为间接电能替代量。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明将电能替代潜力分为直接替代潜力和间接替代潜力，并按照不同能源分类和替代领域分类测算，具有较好的实用性和可操作性。
附图说明
图1所示为本发明提供的一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提出的一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法，其实施流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1：计算用于直接电能替代的化石能源数量Md，具体过程如下：
可直接替代的化石能源数量为居民供暖、交通运输、生产制造三个领域的综合，计算公式为：
Md＝M1d+M2d+M3d (1)
式中，Md为直接电能替代的化石能源数量。M1d为居民供暖可直接替代的化石能源数量，M2d为交通运输可直接替代的化石能源数量，M3d为生产制造可直接替代的化石能源数量。
M1d＝M1×r1％ (2)
M2d＝M2×r2％ (3)
M3d＝M3×r3％ (4)
式中，M1为居民供暖使用的化石能源数量，M2为交通运输使用的化石能源数量，M3为生产制造使用的化石能源数量，r1、r2和r3分别为居民供暖、交通运输及生产制造三个领域中可直接替代的化石能源量占比。
步骤S2：用热当量法确定单位化石能源的等效电能值，其计算公式具体如下：
E＝C·t/(3600×95％) (5)
式中，C表示1单位某终端能源的燃烧值，单位为kJ，t表示单位某终端能源的热效益值，为百分数，E表示1单位某终端能源的等效电能值，单位为kWh。
步骤S3：计算化石能源直接电能替代的替代电量，具体过程如下：
获得可直接电能替代的各种类的化石能源量Md1、Md2、Md3、…、Mdn，并获得相应的燃烧值C1、C2、C3、…、Cn以及热效益值t1、t2、t3、…、tn，则直接电能替代的理论替代量为
Figure BDA0001692634670000041
式中Ed为直接电能替代的理论替代量，Mdi为第i种化石能源的可直接替代量，Ci为第i种能源的燃烧值，ti为第i种能源的热效益值。
步骤S4：计算化石能源间接电能替代的替代电量，具体包括：电动汽车的入网，电力削峰填谷以及新能源发电，计算公式为
Ein＝E1+E2+E3 (7)
式中，Ein为电能替代间接替代电量，E1为电动汽车替代电量，E2为电力削峰填谷替代电量，E3为新能源发电所替代电量；各项间接替代电量计算过程如下：
步骤S401：电动汽车间接替代电量E1的计算公式为
E1＝(MEV+ΔMEV)×ΔMT×S (8)
式中，E1为电动汽车替代电量，MEV为电动汽车保有量，ΔMEV为电动汽车增量，ΔMT为电动汽车平均能耗，S为电动汽车里程数。
步骤S402：电力削峰填谷替代电量的计算公式为
E2＝Etop+Ebottom (9)
式中，E2为电力削峰填谷替代电量，Etop为峰顶替代电量，Ebottom为谷底替代电量。
Figure BDA0001692634670000051
式中，Pav为原峰顶平均负荷，Pa′v为现峰顶平均负荷，T为年工作时间；Pbottom为谷底的平均负荷，Tbottom为谷底负荷持续时间，η1为未削峰填谷时燃煤的效率，η2为削峰填谷后燃煤的效率。
步骤S403：新能源发电替代电量计算公式为
E3＝ΔEwind+ΔEsolar (11)
式中，E3为电动汽车替代电量，ΔEwind为风力发电量增量，ΔMsolar为太阳能发电量增量。
步骤S5：根据直接替代电量和间接替代电量计算年度理论替代电量，具体为直接替代电量和间接替代电量之和，计算公式如下：
Etotal＝Ed+Ein (12)
式中，Etotal为年度理论替代电量，即为电能替代理论潜力。Ed为直接电能替代量，Ein为间接电能替代量。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
根据已公开的2015年中国数据统计年鉴，我国居民供暖、交通运输及生产制造化石能源消费量及可用电力替代占比如下表1所示：
表1我国三类领域化石能源消费情况
Figure BDA0001692634670000052
代入公式(1)～(4)可得：M1d＝28305.935(万吨标准煤)，M2d＝11801.944(万吨标准煤)，M3d＝23423.504(万吨标准煤)。Md＝63531.383(万吨标准煤)。
根据各类化石能源的燃烧值和热效益数据，由(5)式可计算出单位化石能源等效电能替代值，如下表2所示。
表2各类化石能源单位等效电能替代值
Figure BDA0001692634670000053
Figure BDA0001692634670000061
表1中三个领域的化石能源消费已换算为标准煤，故此在计算直接替代电量时，直接考虑煤的替代，计算数据全部以万吨标准煤为单位，取C＝21000kJ，t＝50％，代入(6)式可得：Ed＝19054.135(亿kWh)。
根据已公开的数据，我国2015-2016年电动汽车保有量、增量以及平均能耗、电动汽车平均年里程数如表3所示。
表3各类化石能源单位等效电能替代值
M<sub>EV</sub> ΔM<sub>EV</sub> ΔMT S
58.32(万辆) 50.68(万辆) 17(kWh/100km) 10000km
上述数据代入式(8)，可得：E1＝1.853(亿kWh)。
根据电力统计年鉴，全国电力主要运行数据如表4所示。
表4各类化石能源单位等效电能替代值
P<sub>av</sub> P′<sub>av</sub> T P<sub>bottom</sub> T<sub>bottom</sub> η<sub>1</sub> η<sub>2</sub>
6.75亿kW 6.745亿kWh 8760h 1.15亿kWh 730h 37.3％ 38.9％
代入(9)式，可得：Etop＝43.8(亿kWh)，Ebottom＝36.011(亿kWh)，E2＝79.811(亿kWh)。
根据公开的2015年全国新能源发电数据，我国风力发电量和太阳能发电量增量分别为296.9亿kWh、142亿kWh，代入(11)式可得：E3＝438.9(亿kWh)。
根据(7)式可得：Ein＝520.564(亿kWh)。
综上计算，Etotal＝19574.669(亿kWh)，即不考虑技术可行性和经济可行性，2015年我国年度理论替代电量为19574.669亿kWh。用同样的方法可以预测我国2018年～2020年年度理论替代电量在23000-25000亿kWh。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、计算用于直接电能替代的化石能源数量；
步骤S2、用热当量法确定单位化石能源的等效电能替代值；
步骤S3、计算化石能源直接电能替代的替代电量；
步骤S4、计算化石能源间接电能替代的替代电量；具体包括：电动汽车的入网，电力削峰填谷以及新能源发电，计算公式为
Ein＝E1+E2+E3 (7)
式中，Ein为电能替代间接替代电量，E1为电动汽车替代电量，E2为电力削峰填谷替代电量，E3为新能源发电所替代电量；各项间接替代电量计算过程如下：
步骤S401：电动汽车间接替代电量E1的计算公式为
E1＝(MEV+ΔMEV)×ΔMT×S (8)
式中，E1为电动汽车替代电量，MEV为电动汽车保有量，ΔMEV为电动汽车增量，ΔMT为电动汽车平均能耗，S为电动汽车里程数；
步骤S402：电力削峰填谷替代电量的计算公式为
E2＝Etop+Ebottom (9)
式中，E2为电力削峰填谷替代电量，Etop为峰顶替代电量，Ebottom为谷底替代电量；
Figure FDA0003398464360000011
式中，Pav为原峰顶平均负荷，P′av为现峰顶平均负荷，T为年工作时间；Pbottom为谷底的平均负荷，Tbottom为谷底负荷持续时间，η1为未削峰填谷时燃煤的效率，η2为削峰填谷后燃煤的效率；
步骤S403：新能源发电替代电量计算公式为
E3＝ΔEwind+ΔEsolar (11)
式中，E3为电动汽车替代电量，ΔEwind为风力发电量增量，ΔMsolar为太阳能发电量增量；
步骤S5、根据直接替代电量和间接替代电量计算年度理论替代电量。
2.根据权利要求1所述的一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法，其特征在于，所述步骤S1，计算用于直接电能替代的化石能源数量的具体过程如下：
可直接替代的化石能源数量为居民供暖、交通运输、生产制造三个领域的综合，计算公式为：
Md＝M1d+M2d+M3d (1)
式中，Md为直接电能替代的化石能源数量；M1d为居民供暖可直接替代的化石能源数量，M2d为交通运输可直接替代的化石能源数量，M3d为生产制造可直接替代的化石能源数量；
M1d＝M1×r1％ (2)
M2d＝M2×r2％ (3)
M3d＝M3×r3％ (4)
式中，M1为居民供暖使用的化石能源数量，M2为交通运输使用的化石能源数量，M3为生产制造使用的化石能源数量，r1、r2和r3分别为居民供暖、交通运输及生产制造三个领域中可直接替代的化石能源量占比。
3.根据权利要求1所述的一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法，其特征在于，所述步骤S2，用热当量法确定单位化石能源的等效电能值，其计算公式具体如下：
E＝C·t/(3600×95％) (5)
式中，C表示1单位终端能源的燃烧值，t表示1单位终端能源的热效益值，为百分数，E表示1单位终端能源的等效电能值。
4.根据权利要求1所述的一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法，其特征在于，所述步骤S3，计算化石能源直接电能替代的替代电量，具体过程如下：
获得可直接电能替代的各种类的化石能源量Md1、Md2、Md3、…、Mdn，并获得相应的燃烧值C1、C2、C3、…、Cn以及热效益值t1、t2、t3、…、tn，则直接电能替代的理论替代量为
Figure FDA0003398464360000021
式中，Ed为直接电能替代的理论替代量，Mdi为第i种化石能源的可直接替代量，Ci为第i种能源的燃烧值，ti为第i种能源的热效益值。
5.根据权利要求1所述的一种基于热当量法的电能替代理论潜力计算方法，其特征在于，所述步骤S5，根据直接替代电量和间接替代电量计算年度理论替代电量，具体为直接替代电量和间接替代电量之和，计算公式如下：
Etotal＝Ed+Ein (12)
式中，Etotal为年度理论替代电量，即为电能替代理论潜力；Ed为直接电能替代量，Ein为间接电能替代量。
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