CN111445152A - 一种核算电力系统虚拟水传输方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统可持续发展领域，具体公开了一种核算电力系统虚拟水传输方法及系统，首先采集各省份投入产出表、电力交易年报的电力交易数据,其次结合全生命周期和投入产出法，计算各种发电形式的耗水强度；然后统计每个省份的发电结构数据，根据发电结构数据和各种发电形式的耗水强度计算出每个省份的综合耗水强度；再将所述省份的电力交易数据，且考虑到高阶投入产出矩阵的影响，将电力交易矩阵转换为完全交易矩阵；最后将省份间的电力交易数据乘以省份的消费侧电力耗水系数，从而得到省份间电力系统的虚拟水。本发明获取数据简单，且考虑了高阶矩阵的影响，使得电力系统中虚拟水的计算更为准确，可为电力系统环境评估提供帮助。

Description

一种核算电力系统虚拟水传输方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统可持续发展领域，特别涉及一种核算电力系统虚拟水传输方法及系统。
背景技术
电力系统涉及的环境问题引发了越来越多的关注，例如贡排放，碳排放和水危机。其中，电力生产引发的水短缺首当其冲，已经成为实现电网可持续发展道路上的重大挑战。电力部门是第二大水消费者，其耗水量占据了全国总耗水的百分之十四。同时中国的水危机集中在干旱缺水的北方，这里的年降水量不超过四百毫升。然而，中国大部分的煤炭储存在北方，因此，电力部门于西北地区规划了大量的火电厂，火电厂的耗水加剧了当地的水危机。此外，经济发展的不平衡使得大量的电力由当地电厂生产并运输至相应的负荷中心，从而加剧了电力生产和水资源之间的不平衡分布。因此探究隐含于电力传输背后的水资源转移问题对于电力系统的可持续发展具有重要意义。
目前，存在两种核算电力系统耗水的核算方法，其一，基于自下而上的数据(全生命周期法)，核算电力生产链上的总耗水量；其二，基于自上而下的数据(投入产出法)，利用投入产出表核算电力部门的直接耗水和完全耗水。然而，全生命周期法需要自行设定边界条件，因此容易造成误差，投入产出法虽然无需设定边界条件，但是需要进行部门归算，因此会形成相应误差。同时，现有计算电力贸易虚拟水的方法中，并未考虑到电力传输背后的高阶影响，这也降低了虚拟水核算的准确度。
因此，结合全生命周期和投入产出法的优点，需要得出一种准确的计算发电耗水的方法，且同时考虑电力传输的高阶影响，从而准确计算电力系统虚拟水传输量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核算电力系统虚拟水传输方法及系统，结合了全生命周期和投入产出法的优点，并考虑了电力传输矩阵的高阶影响，使得电力系统虚拟水传输的计算更为准确，从而为电力系统可持续发展提供可靠的参考。
为实现上述目的，本发明提供了一种核算电力系统虚拟水传输方法，包括以下步骤：
S1、采集各省份投入产出表、电力交易年报的电力交易数据；
S2、采用基于投入产出和全生命周期的方法，计算每个省份各种发电形式的耗水强度；
S3、统计每个省份的发电结构数据，根据发电结构数据和所述发电形式的耗水强度，计算出每个省份的综合耗水强度；
S4、根据所述各省份的电力交易数据，基于原始电力交易矩阵，考虑到高阶投入产出矩阵的影响将原始电力交易矩阵转换为完全电力交易矩阵；
S5、将所述电力交易数据与省份的消费侧电力耗水系数相乘，求解出省份间电力系统的虚拟水。
优选的，上述技术方案中，所述S2中各种发电形式的耗水强度的数学表达式为：
WCk＝Wk(I-A)-1 (1)
其中，WCk是第k种发电形式的耗水强度，Wk是第k种发电形式的直接耗水系数；A是直接消耗系数矩阵；I是单位矩阵。
优选的，上述技术方案中，所述S3中每个省份的综合耗水强度的计算公式为：
Figure BDA0002432427610000031
Figure BDA0002432427610000032
其中，各省份的总发电量EGi是各种发电形式egik的发电量相加之和；dwi是各省份的综合发电强度。
优选的，上述技术方案中，所述S4中基于原始电力交易矩阵，考虑到高阶投入产出矩阵的影响将原始电力交易矩阵转换为完全电力交易矩阵的计算公式为：
Figure BDA0002432427610000033
其中twi和twj是各省份的消费侧电力耗水系数；ETij是由i省份传向j省份的发电量；ETji是由j省份传向i省份的发电量；
Figure BDA0002432427610000034
其中DW是发电耗水系数向量,TW是消费侧电力耗水系数向量；
Figure BDA0002432427610000035
Figure BDA0002432427610000036
其中H矩阵的意义同投入产出中的完全消耗系数矩阵类似，其内部元素hij的含义为i省份传输到j省份的电力所占j省份总消费量的比例。
优选的，上述技术方案中，所述S5中省份间电力系统的虚拟水的计算公式为：
VWTij＝ETij×twi (8)
其中VWTij是i省份与j省份之间的虚拟水。
与上述方法相对应的，本发明还公开一种核算电力系统虚拟水传输系统，包括：
第一模块，用于采集各省份投入产出表、电力交易年报的电力交易数据；
第二模块，用于采用基于投入产出和全生命周期的方法，计算每个省份各种发电形式的耗水强度；
第三模块，用于统计每个省份的发电结构数据，根据发电结构数据和所述发电形式的耗水强度，计算出每个省份的综合耗水强度；
第四模块，用于根据所述各省份的电力交易数据，基于原始电力交易矩阵，考虑到高阶投入产出矩阵的影响将原始电力交易矩阵转换为完全电力交易矩阵；
第五模块，将所述电力交易数据与省份的消费侧电力耗水系数相乘，求解出省份间电力系统的虚拟水。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明基于全生命周期和投入产出的方法来计算各种发电方式的耗水强度，然后通过各省份的发电结构数据和各种发电形式的耗水强度求得其综合耗水强度；基于此，综合考虑现实情况中，混合电力传输产生的高阶矩阵的影响，根据收集的电力传输数据，求得完全电力交易矩阵；最后跟据各省份的消费侧电力耗水系数和电力交易数据得到隐含在电力交易背后的虚拟水流动。这种计算方法可以更为准备计算电力系统中的虚拟水流动，从而有助于核算电力相关环境影响，从而更好的实现电力系统可持续发展。
附图说明
图1是本发明的分析方法流程图。
图2为本发明所计算的各省份综合耗水强度图。
图3为本发明所计算的省际电力传输图。
图4是本发明所计算的省份间电力系统的虚拟水传输图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本实例公开了一种核算电力系统虚拟水传输方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1、采集各省份投入产出表、电力交易年报的电力交易数据；
步骤S2、采用基于投入产出和全生命周期的方法，计算每个省份各种发电形式的耗水强度；
步骤S3、统计每个省份的发电结构数据，根据发电结构数据和所述发电形式的耗水强度，计算出每个省份的综合耗水强度；
步骤S4、根据所述各省份的电力交易数据，基于原始电力交易矩阵，考虑到高阶投入产出矩阵的影响将原始电力交易矩阵转换为完全电力交易矩阵；
步骤S5、将所述电力交易数据与省份的消费侧电力耗水系数相乘，求解出省份间电力系统的虚拟水。
上述步骤S2的基于投入产出和全生命周期的方法来计算各种发电形式的耗水强度的数学表达式为：
WCk＝Wk(I-A)-1 (1)
其中，WCk是第k种发电形式的耗水强度，Wk是第k种发电形式的直接耗水系数；A是直接消耗系数矩阵；I是单位矩阵。
上述步骤S3中统计每个省份的发电结构数据，进一步地根据发电结构数据和各种发电形式的耗水强度，计算出每个省份的耗水强度，其数学表达式为：
Figure BDA0002432427610000061
Figure BDA0002432427610000062
其中，各省份的总发电量EGi是各种发电形式egik的发电量相加之和；dwi是各省份的综合耗水强度；
参见图2，图2展示了省份的综合耗水强度。
上述步骤S4中采集并归算各个省份的电力交易数据，基于原始电力交易矩阵，考虑其高阶矩阵系数，将其转换为完全交易矩阵的计算过程可由以下公式表示：
Figure BDA0002432427610000063
其中twi和twj是各省份的消费侧电力耗水系数；ETij是由i省份传向j省份的发电量；
Figure BDA0002432427610000064
其中，DW是综合耗水强度向量，TW是消费侧电力耗水系数向量；
Figure BDA0002432427610000071
Figure BDA0002432427610000072
其中，H矩阵的意义同投入产出中的完全消耗系数矩阵类似，其内部元素hij的含义为i省份传输到j省份的电力所占j省份总消费量的比例；
参见图3，图3展示了省际电力传输数据。
上述步骤S5中的省份间电力系统的虚拟水的计算过程可由以下公式表示：
VWTij＝ETij×twi (8)
其中，VWTij是i省份与j省份之间的虚拟水；
参见图4，图4展示了虚拟水传输数据。
与上述方法实施例相对应的，本实施例还公开了一种核算电力系统虚拟水传输方法系统，包括下述第一至第五模块：
第一模块，用于采集各省份投入产出表、电力交易年报的电力数据；
第二模块，用于采用基于投入产出和全生命周期的方法，计算每个省份各种发电形式的耗水强度；
第三模块，用于统计每个省份的发电结构数据，根据发电结构数据和所述发电形式的耗水强度，计算出每个省份的综合耗水强度；
第四模块，用于根据所述各省份的电力交易数据，基于原始电力交易矩阵，考虑到高阶投入产出矩阵的影响将原始电力交易矩阵转换为完全电力交易矩阵；
第五模块，将所述电力交易数据与省份的消费侧电力耗水系数相乘，求解出省份间电力系统的虚拟水。
前述结合附图对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种核算电力系统虚拟水传输方法，其特征在于：包括：
S1、采集各省份投入产出表、电力交易年报的电力交易数据；
S2、采用基于投入产出和全生命周期的方法，计算每个省份各种发电形式的耗水强度；
S3、统计每个省份的发电结构数据，根据发电结构数据和所述发电形式的耗水强度，计算出每个省份的综合耗水强度；
S4、根据所述各省份的电力交易数据，基于原始电力交易矩阵，考虑到高阶投入产出矩阵的影响将原始电力交易矩阵转换为完全电力交易矩阵；
S5、将所述电力交易数据与省份的消费侧电力耗水系数相乘，求解出省份间电力系统的虚拟水。
2.根据权利要求1所述的一种核算电力系统虚拟水传输方法，其特征在于：所述S2中各种发电形式的耗水强度的数学表达式为：
WCk＝Wk(I-A)-1 (1)
其中WCk是第k种发电形式的耗水强度，Wk是第k种发电形式的直接耗水系数；A是直接消耗系数矩阵；I是单位矩阵。
3.根据权利要求1所述的一种核算电力系统虚拟水传输方法，其特征在于：所述S3中每个省份的综合耗水强度的计算公式为：
Figure FDA0002432427600000011
Figure FDA0002432427600000012
其中各省份的总发电量EGi是各种发电形式egik的发电量相加之和；dwi是各省份的综合耗水强度。
4.根据权利要求1所述的一种核算电力系统虚拟水传输方法，其特征在于：所述S4中基于原始电力交易矩阵，考虑到高阶投入产出矩阵的影响将原始电力交易矩阵转换为完全电力交易矩阵的计算公式为：
Figure FDA0002432427600000021
其中twi和twj是各省份的消费侧电力耗水系数，ETij是由i省份传向j省份的发电量；ETji是由j省份传向i省份的发电量；
Figure FDA0002432427600000022
其中DW是综合耗水强度向量，TW是消费侧电力耗水系数向量；
Figure FDA0002432427600000023
Figure FDA0002432427600000024
其中H矩阵的意义同投入产出中的完全消耗系数矩阵类似，其内部元素hij的含义为i省份传输到j省份的电力所占j省份总消费量的比例。
5.根据权利要求1所述的一种核算电力系统虚拟水传输方法，其特征在于：所述S5中省份间电力系统的虚拟水的计算公式为：
VWTij＝ETij×twi (8)
其中，VWTij是i省份与j省份之间的虚拟水。
6.一种核算电力系统虚拟水传输的系统，其特征在于，包括：
第一模块，用于采集各省份投入产出表、电力交易年报的电力交易数据；
第二模块，用于采用基于投入产出和全生命周期的方法，计算每个省份各种发电形式的耗水强度；
第三模块，用于统计每个省份的发电结构数据，根据发电结构数据和所述发电形式的耗水强度，计算出每个省份的综合耗水强度；
第四模块，用于根据所述各省份的电力交易数据，基于原始电力交易矩阵，考虑到高阶投入产出矩阵的影响将原始电力交易矩阵转换为完全电力交易矩阵；
第五模块，将所述电力交易数据与省份的消费侧电力耗水系数相乘，求解出省份间电力系统的虚拟水。
7.根据权利要求6所述的一种核算电力系统虚拟水传输系统，其特征在于：所述第二模块中各种发电形式的耗水强度的数学表达式为：
WCk＝Wk(I-A)-1 (9)
其中WCk是第k种发电形式的耗水强度，Wk是第k种发电形式的直接耗水系数；A是直接消耗系数矩阵；I是单位矩阵。
8.根据权利要求6所述的一种核算电力系统虚拟水传输系统，其特征在于：所述第三模块中每个省份的综合耗水强度的计算公式为：
Figure FDA0002432427600000031
Figure FDA0002432427600000032
其中各省份的总发电量EGi是各种发电形式egik的发电量相加之和；dwi是各省份的综合耗水强度。
9.根据权利要求6所述的一种核算电力系统虚拟水传输系统，其特征在于：所述基于原始电力交易矩阵，考虑到高阶投入产出矩阵的影响将原始电力交易矩阵转换为完全电力交易矩阵的计算公式为：
Figure FDA0002432427600000033
其中twi和twj是各省份的消费侧电力耗水系数，ETij是由i省份传向j省份的发电量；ETji是由j省份传向i省份的发电量；
Figure FDA0002432427600000041
其中DW是综合耗水强度向量，TW是消费侧电力耗水系数向量；
Figure FDA0002432427600000042
Figure FDA0002432427600000043
其中H矩阵的意义同投入产出中的完全消耗系数矩阵类似，其内部元素hij的含义为i省份传输到j省份的电力所占j省份总消费量的比例。
10.根据权利要求6所述的一种核算电力系统虚拟水传输系统，其特征在于：所述省份间电力系统的虚拟水的计算公式为：
VWTij＝ETij×twi (16)
其中VWTij是i省份与j省份之间的虚拟水。
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