CN112884347A - 一种城市能源平衡管理系统及其构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于能源分配技术领域，一种城市能源平衡管理系统及其构建方法，包括：各类型能源输入模块、综合能源输入模块、校核模块、制表模块和展示模块；各类型能源输入模块，用于输入或计算各类型能源的总量及各种具体能源的分量；综合能源输入模块，用于输入或计算待测城市的加工转换投入产出量、损失量、终端消费量和本地区能源消费量；校核模块，用于对终端消费量进行校核；制表模块，用于将综合能源输入模块的输入值作为纵坐标，将各类型能源输入模块的输入值作为横坐标进行制表；展示模块，用于展示制表模块中生成的表格。其能够初步构建城市各能源平衡关系，为研究城市能源供给侧和消费侧现状奠定基础。

Description

一种城市能源平衡管理系统及其构建方法
技术领域
本发明涉及一种城市能源平衡管理系统及其构建方法，属于能源分配技术领域。
背景技术
能源平衡管理系统记录了一个地区各种能源的供应、加工转换和终端消费等数据，能够直观描述预设期间内某一地区各种能源的供需关系、加工转换关系，从中可以分析能源的供给侧及消费侧结构、工业能耗强度、人均生活能耗等关键指标，通过对历年能源平衡表数据的对比分析还可以了解能源消费总量、各类能源消费量、各产业用能、居民生活用能以及能源结构等的变化情况，从而发现地区能源发展的问题，为能源消费总量及强度双控目标的确定、能源政策的制定提供基本的数据支撑。
但目前能源的管理统计仅集中在国家或省的层面，因此能源的管理也是基于省级或国家级的平均数据，但是该平均数据对于某一个具体的城市的能源管理并不是很有借鉴意义。例如以省级数据为例，其包括了工商业相对发达的省会城市，也包括一些主要以农业生产的农村，农村的能源结构和城市存在比较大的差别，基于平均数据确定的能源管理方法可能既不适用于城市的能源管理，也不适用于农村的能源管理。
鉴于以上这些问题，有必要构建城市能源平衡管理系统，为城市提供符合其自身发展的能源管理方案。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种城市能源平衡管理系统及其构建方法，其能够初步构建城市各能源平衡关系，为研究城市能源供给侧和消费侧现状奠定基础。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种城市能源平衡管理系统，包括：各类型能源输入模块、综合能源输入模块、校核模块、制表模块和展示模块；各类型能源输入模块，用于输入或计算各类型能源的总量及各种具体能源的分量；综合能源输入模块，用于输入或计算待测城市的加工转换投入产出量、损失量、终端消费量和本地区能源消费量；校核模块，用于对终端消费量进行校核；制表模块，用于将综合能源输入模块的输入值作为纵坐标，将各类型能源输入模块的输入值作为横坐标进行制表；展示模块，用于展示制表模块中生成的表格。
进一步，校核模块用于对热力对应的终端消费量进行校核，若热力的终端消费量与损失量之和不等于加工转换产出量时，保留工业终端用热数据，对除工业以为的行业的热力消费量进行修正。
进一步，修正公式为：
Figure BDA0002971967040000011
Figure BDA0002971967040000021
进一步，加工转换投入产出量包括：火力发电、供热、煤炭洗选、炼焦、炼油及煤制油、制气、天然气液化、煤制品加工和回收能的投入产出量；终端消费量包括第一产业、工业、建筑业、第三产业和生活消费的消费量。
进一步，终端消费量中的工业终端能源消费量按照下式进行计算：
工业终端能源消费量＝工业能源消费合计-能源加工转换投入量；
若给出的是规上工业的能源数据，则依据下式对工业的终端能源消费量进行计算：
Figure BDA0002971967040000022
进一步，终端消费量中的第一产业、建筑业和第三产业终端能源消费量依据下式进行计算：
Figure BDA0002971967040000023
进一步，终端消费量中的生活消费终端消费量依据下式进行计算：
Figure BDA0002971967040000024
进一步，制表模块将综合能源输入模块和各类型能源输入模块的输入值乘以相应能源的折算系数得到标准量表。
进一步，能源的折算系数包括电力折算系数，电力折算系数又包括电力当量折标系数和电力等价折标系数，其中，电力等价折标系数按照下式进行计算：
Figure BDA0002971967040000025
本发明还公开了一种城市能源平衡管理系统的构建方法，用于上述任一项的城市能源平衡管理系统，包括以下步骤：S1输入或计算各类型能源的总量及各种具体能源的分量；S2输入或计算待测城市的加工转换投入产出量、损失量、终端消费量和本地区能源消费量；S3对终端消费量进行校核；S4将综合能源输入模块的输入值作为纵坐标，将各类型能源输入模块的输入值作为横坐标进行制表，并将生成的表格乘以相应能源的折算系数获得标准量表；S5展示生成的标准量表。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明能够初步构建城市能源平衡管理系统，为研究城市能源供给侧和消费侧现状奠定基础。
2、本发明可以更加直观的、有针对性的了解某一具体城市或地区的能源分布情况，从而因地制宜的制定更为准确的能源管理。
附图说明
图1是本发明一实施例中城市能源平衡管理系统的结构示意图；
图2是本发明一实施例中过滤部的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方向，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明公开了一种城市能源平衡管理系统及其构建方法，对城市中各类型的能源，以及能源的总体情况进行采集，并将能源量转化为标准量，从而生成能源标准量表，并对该能源标准量表进行展示，从而可以更加直观的、有针对性的了解某一具体城市或地区的能源分布情况，从而因地制宜的制定更为准确的能源管理。下面通过三个实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例一
本实施例公开了一种城市能源平衡管理系统，如图1所示，包括：各类型能源输入模块、综合能源输入模块、校核模块、制表模块和展示模块；各类型能源输入模块，用于输入或计算各类型能源的总量及各种具体能源的分量；综合能源输入模块，用于输入或计算待测城市的加工转换投入产出量、损失量、终端消费量和本地区能源消费量；校核模块，用于对终端消费量进行校核；制表模块，用于将综合能源输入模块的输入值作为纵坐标，将各类型能源输入模块的输入值作为横坐标进行制表；展示模块，用于展示制表模块中生成的表格。
其中，能源的类型包括：煤(万吨)、石油(万吨)、天然气(亿m3)、液化天然气(万吨)、热力(万百万kJ)、电力(亿kWh)和其他能源(万tce)，tce是吨标准煤当量。其中，煤类能源包括：原煤(万吨)、洗精煤(万吨)、其他洗煤(万吨)、煤制品(万吨)、焦炭(万吨)、焦炉煤气(亿m3)、高炉煤气(亿m3)和其他焦化产品(万吨)；石油类能源包括：原油(万吨)、汽油(万吨)、煤油(万吨)、柴油(万吨)、燃料油(万吨)、润滑油(万吨)、石油沥青(万吨)、液化石油气(万吨)、炼厂干气(亿m3)和其他石油制品。
校核模块用于对热力对应的终端消费量进行校核，对热力终端消费进行校核。当研究城市无热力调入或调出时，则热力的终端消费量与损失量之和应等于加工转换产出量，否则，须进行调整。若热力的终端消费量与损失量之和不等于加工转换产出量时，保留工业终端用热数据，对其余行业的热力消费量进行修正，其修正公式为：
Figure BDA0002971967040000041
加工转换投入产出量包括：火力发电、供热、煤炭洗选、炼焦、炼油及煤制油、制气、天然气液化、煤制品加工和回收能的投入产出量；其依据城市统计年鉴确定所研究城市存在的能源加工转换环节，并依据统计年鉴数据将相应能源的投入产出量进行填写。加工转换投入产出量的填写中，投入能源以负值(-)形式填写，产出能源以正值(+)形式填写。若城市能源平衡表中的相应数据在城市统计年鉴中缺失，则依据《中国能源统计年鉴》中所研究城市对应省份的能源平衡表进行估算填写。例如：若城市统计年鉴或统计公报中明确炼油用原油量，但未公布炼油环节所产出的各成品油产量，则可依据所在省份的能源平衡表计算出单位原油的炼油产量从而进行估算填写。
终端消费量包括第一产业、工业、建筑业、第三产业(交通运输和仓储邮政业、批发零售业和住宿餐饮业、其他)和生活消费(城镇、乡村)的消费量。首先依据城市统计年鉴将分行业的终端用电量进行填写，填写工业终端用电量时，须将电力输配的损失量扣除，之后依据城市统计年鉴对工业终端能源消费量(不包括电力)进行填写，然后依据城市统计年鉴、所在省份的统计年鉴、所在省份的能源平衡表对第一产业、建筑业、第三产业、生活消费的终端能源消费量(除电力)进行填写。
终端消费量中的工业终端能源消费量按照下式进行计算：
工业终端能源消费量＝工业能源消费合计-能源加工转换投入量；
若给出的是规上工业的能源数据，则依据下式对工业的终端能源消费量进行计算：
Figure BDA0002971967040000042
终端消费量中的第一产业、建筑业和第三产业终端能源消费量依据下式进行计算：
Figure BDA0002971967040000043
终端消费量中的生活消费终端消费量依据下式进行计算：
Figure BDA0002971967040000044
Figure BDA0002971967040000051
损失量指能源在生产、输送、储存过程中发生的经营管理损失，以及由于自然灾害等客观原因造成的损失，但不包括加工转换损失。
损失量的获得方法为：首先依据所研究城市对应省份的能源平衡表确定能源损失率，再依据城市能源消费量确定能源损失量。能源损失率取能源损失量与能源消费量的比值。
制表模块根据综合能源输入模块和各类型能源输入模块的输入值获得能源实物量平衡表，如表1所示。煤合计、石油合计、加工转换投入产出量、本地区能源消费量依据下式进行汇总：
煤合计＝原煤量+洗精煤量+其他洗煤量+煤制品量
石油合计＝Σ各类油品量
加工转换投入(+)产出(-)量＝投入量+产出量
本地区能源消费量＝终端消费量合计-加工转换投入产出量合计+损失量。
表1能源实物量平衡表
Figure BDA0002971967040000052
Figure BDA0002971967040000061
表1能源实物量平衡表(续表)
Figure BDA0002971967040000062
将实物量表乘以相应能源的折标系数即可得到标准量表。能源的折算系数包括电力折算系数，电力折算系数又包括电力当量折标系数和电力等价折标系数，其中，电力等价折标系数按照下式进行计算：
Figure BDA0002971967040000063
其他能源的折算系数如表2所示。
表2能源折标系数表
能源名称 折标准煤系数
原煤 0.7143kgce/kg
洗精煤 0.9128kgce/kg
其他洗煤 0.5509kgce/kg
煤制品 0.6kgce/kg
煤矸石 0.2394kgce/kg
焦炭 0.9645kgce/kg
焦炉煤气 0.5816kgce/m<sup>3</sup>
高炉煤气 0.1231kgce/m<sup>3</sup>
转炉煤气 0.2449kgce/m<sup>3</sup>
其他煤气 0.1898kgce/m<sup>3</sup>
其他焦化产品 1.1074kgce/kg
原油 1.4286kgce/kg
汽油 1.4715kgce/kg
煤油 1.4712kgce/kg
柴油 1.4571kgce/kg
燃料油 1.4286kgce/kg
石脑油 1.5kgce/kg
润滑油 1.4143kgce/kg
石蜡 1.3648kgce/kg
溶剂油 1.4672kgce/kg
石油沥青 1.3307kgce/kg
石油焦 1.0918kgce/kg
液化石油气 1.7143kgce/kg
炼厂干气 1.5714kgce/kg
其它石油制品 1.1351kgce/kg
天然气 1.33kgce/m<sup>3</sup>
液化天然气 1.7572kgce/kg
热力(当量值) 0.0341kgce/MJ
电力(当量值) 0.1229kgce/kWh
实施例二
本实施例以青岛市2017年的能源平衡管理系统为例，对本实施例一的方案进行示意性说明。
该能源平衡管理系统包括：各类型能源输入模块、综合能源输入模块、校核模块、制表模块和展示模块；各类型能源输入模块，用于输入或计算各类型能源的总量及各种具体能源的分量；综合能源输入模块，用于输入或计算待测城市的加工转换投入产出量、损失量、终端消费量和本地区能源消费量；校核模块，用于对终端消费量进行校核；制表模块，用于将综合能源输入模块的输入值作为纵坐标，将各类型能源输入模块的输入值作为横坐标进行制表；展示模块，用于展示制表模块中生成的表格。
加工转换投入产出量依据青岛统计年鉴等资料确定青岛市存在火力发电、供热、炼油和等能源加工转换环节。依据青岛统计年鉴中的“重点耗能工业企业能源加工转换”表将火力发电、供热、炼油等环节的能源投入产出量填入城市能源平衡管理系统中，其中，火力发电、供热环节和炼油环节投入产出量表分别如表3、表4和表5所示。
表3火力发电环节的投入产出量表
能源种类 投入量 产出量
原煤(万t) -603.56 —
焦炉煤气(亿m<sup>3</sup>) -2.89
高炉煤气(亿m<sup>3</sup>) -12.94
柴油(万t) -0.03
燃料油(万t) -0.07 —
炼厂干气(万t) -0.05 —
电力(亿kWh) — 172.79
表4供热环节的投入产出量表
能源种类 投入量 产出量
原煤(万t) -337.88 —
煤制品(万t) -2.26
焦炉煤气(亿m<sup>3</sup>) -0.12
高炉煤气(亿m<sup>3</sup>) -0.54 —
燃料油(万t) -0.01 —
炼厂干气(万t) -0.42 —
热力(万百万kJ) — 7035.30
表5炼油环节的投入产出量表
Figure BDA0002971967040000081
Figure BDA0002971967040000091
由于青岛统计年鉴中的“重点耗能工业企业能源加工转换”表中“能源加工产出”一列中包含焦炭，因而确定青岛市存在炼焦环节；但该表中缺少炼焦环节的投入量，则依据根据“2017年山东省能源平衡表(实物量)”中炼焦环节能源的投入产出情况确定青岛炼焦环节的投入量，结果如表6所示。
表6炼焦环节的投入产出量
能源种类 投入量 产出量
洗精煤(万t) -196.09 —
焦炭(万t) — 147.05
焦炉煤气(万t) — 3.13
其他焦化产品(万t) — 7.09
终端消费量分为第一产业、第二产业(工业、建筑业)、第三产业(交通运输和仓储邮政业、批发零售业和住宿餐饮业、其他)和生活消费(城镇、乡村)。首先依据城市统计年鉴将分行业的终端用电量进行填写，填写工业终端用电量时，须将电力输配的损失量扣除，结果如表7所示。
表7各行业的终端电力消费量表
指标名称 电力(亿kWh)
四.终端消费量 389.5
(一)第一产业 8.22
1.农林牧渔业 8.22
(二)第二产业 227.17
1.工业 220.26
#用作原料.材料 —
2.建筑业 6.91
(三)第三产业 79.26
1.交通运输.仓储和邮政业 13.51
2.批发、零售业和住宿、餐饮业 20.33
3.其他 45.41
(四)生活消费 74.84
1.城镇 49.24
2.乡村 25.59
依据城市统计年鉴对工业终端能源消费量(除电力)进行填写，填写工业终端能源消费量时，按下式进行计算：
终端能源消费量＝工业能源消费合计-能源加工转换投入量
由于青岛统计年鉴给出的是规上工业的能源数据，则依据下式对工业终端能源消费量进行计算：
Figure BDA0002971967040000101
规上工业产值和工业总产值可分别从《2018年青岛统计年鉴表12-4》“分市、区规模以上工业总产值”和《2018年青岛统计年鉴表12-3》“历年全部工业总产值”中获得，两者之比为91.3％，由此可以得到整个工业各类能源的终端消费量，其具体值如表8所示。
表8工业终端能源消费量
Figure BDA0002971967040000102
依据城市统计年鉴、所在省份的统计年鉴、所在省份的能源平衡表对第一产业、建筑业、第三产业、生活消费的终端能源消费量(除电力)进行填写。其中，第一产业、建筑业、第三产业终端能源消费量依据下式进行计算：
Figure BDA0002971967040000111
根据《2018年山东统计年鉴2-4》“地区生产总值”表可得山东省各产业增加值，通过《2018年青岛统计年鉴1-16》“全市生产总值构成(2017年)”表可得青岛各产业增加值，山东各部门各类能源的终端消费量从山东省能源平衡表中获取。最终结果如表9所示。
表9第一产业、建筑业和第三产业终端能源消费量表
Figure BDA0002971967040000112
生活消费领域的终端能源消费量分为城镇和乡村生活的各类能源消费量，其中仅有城镇生活用煤气量、城镇生活用液化石油气量、城镇生活用天然气量可由青岛统计年鉴直接获取。对于无法从城市统计年鉴中获取的生活消费终端能源消费量，可依据下式进行计算：
Figure BDA0002971967040000113
根据《2018年山东统计年鉴表3-4》“各市人口和总户数”可得山东省及青岛市城镇和乡村常住人口，最终结果如表10所示。
表10生活消费终端能源消费量表
Figure BDA0002971967040000114
Figure BDA0002971967040000121
损失量首先依据所研究城市对应省份的能源平衡表确定能源损失率，再依据城市能源消费量确定能源损失量。根据《2017年山东省能源平衡表(实物量)》，山东省能源损失量仅有电力损失，且电力损失量占终端电力消费的2.9％。青岛市在2017年的全社会用电量为401.06亿千瓦时，按山东省输配电损失率估算，青岛市电力损失量取11.57亿千瓦时。
对热力终端消费进行校核。当研究城市无热力调入或调出时，则热力的终端消费量与损失量之和应等于加工转换产出量，否则，须进行调整。校核发现，青岛终端热力消费量的估算结果为4509.73万百万千焦，而加工转换环节中的热力生产量为7035.30万百万千焦，热力生产量与热力消费量不相等。进而对终端热力消费进行修正：保留工业终端用热数据，其余行业的热力消费依据下式进行修正，最终结果如表11所示。
Figure BDA0002971967040000122
表11各行业的热力终端能源消费量表
指标名称 热力(万百万kJ)
四.终端消费量 7035.30
(一)第一产业 —
1.农.林.牧.渔业 —
(二)第二产业 2159.75
1.工业 1990.63
#用作原料.材料 —
2.建筑业 169.11
(三)第三产业 2714.53
1.交通运输.仓储和邮政业 271.68
2.批发、零售业和住宿、餐饮业 675.68
3.其他 1767.17
(四)生活消费 2161.02
1.城镇 2089.53
2.乡村 71.48
生成能源实物量平衡表，对煤合计、石油合计、加工转换投入产出量、本地区能源消费量进行汇总，最终汇总的能源实物量平衡表如表12所示。
表12青岛2017年能源实物量平衡表
Figure BDA0002971967040000131
表12青岛2017年能源实物量平衡表(续表)
Figure BDA0002971967040000132
Figure BDA0002971967040000141
将实物量平衡表折算成标准量表。将实物量表乘以相应能源的折标系数即可得到标准量表。其中，电力折标系数分为当量折标系数和等价折标系数，等价折标系数依据火力发电环节进行计算。具体计算方法如下式所示，计算结果为0.269kgce/kWh。
Figure BDA0002971967040000142
最终折算的青岛市2017年能源标准量平衡表如表13所示。可以发现，通过构建能源平衡表所得青岛市2017年能源消费总量为3025.56万tce，而从青岛市统计局调研获得的实际能源消费总量为3119.11万tce，两者之间的偏差为-3.0％，由此说明本发明具有较高的可行性和准确性。
表13青岛2017年能源标准量平衡表
Figure BDA0002971967040000143
Figure BDA0002971967040000151
表13青岛2017年能源标准量平衡表(续表)
Figure BDA0002971967040000152
Figure BDA0002971967040000161
实施例二
基于相同的发明构思，本实施例公开了一种城市能源平衡管理系统的构建方法，如图2所示，用于上述任一项的城市能源平衡管理系统，包括以下步骤：
S1输入或计算各类型能源的总量及各种具体能源的分量；
S2输入或计算待测城市的加工转换投入产出量、损失量、终端消费量和本地区能源消费量；
S3对终端消费量进行校核；
S4将综合能源输入模块的输入值作为纵坐标，将各类型能源输入模块的输入值作为横坐标进行制表，并将生成的表格乘以相应能源的折算系数获得标准量表；
S5展示生成的标准量表。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种城市能源平衡管理系统，其特征在于，包括：各类型能源输入模块、综合能源输入模块、校核模块、制表模块和展示模块；
所述各类型能源输入模块，用于输入或计算各类型能源的总量及各种具体能源的分量；
所述综合能源输入模块，用于输入或计算待测城市的加工转换投入产出量、损失量、终端消费量和本地区能源消费量；
所述校核模块，用于对所述终端消费量进行校核；
所述制表模块，用于将所述综合能源输入模块的输入值作为纵坐标，将所述各类型能源输入模块的输入值作为横坐标进行制表；
所述展示模块，用于展示所述制表模块中生成的表格。
2.如权利要求1所述的城市能源平衡管理系统，其特征在于，所述校核模块用于对热力对应的终端消费量进行校核，若热力的终端消费量与损失量之和不等于加工转换产出量时，保留工业终端用热数据，对除工业以为的行业的热力消费量进行修正。
3.如权利要求2所述的城市能源平衡管理系统，其特征在于，修正公式为：
Figure FDA0002971967030000011
4.如权利要求1所述的城市能源平衡管理系统，其特征在于，所述加工转换投入产出量包括：火力发电、供热、煤炭洗选、炼焦、炼油及煤制油、制气、天然气液化、煤制品加工和回收能的投入产出量；终端消费量包括第一产业、工业、建筑业、第三产业和生活消费的消费量。
5.如权利要求4所述的城市能源平衡管理系统，其特征在于，所述终端消费量中的工业终端能源消费量按照下式进行计算：
工业终端能源消费量＝工业能源消费合计-能源加工转换投入量；
若给出的是规上工业的能源数据，则依据下式对工业的终端能源消费量进行计算：
Figure FDA0002971967030000012
6.如权利要求4所述的城市能源平衡管理系统，其特征在于，所述终端消费量中的第一产业、建筑业和第三产业终端能源消费量依据下式进行计算：
Figure FDA0002971967030000021
7.如权利要求4所述的城市能源平衡管理系统，其特征在于，所述终端消费量中的生活消费终端消费量依据下式进行计算：
Figure FDA0002971967030000022
8.如权利要求1-7任一项所述的城市能源平衡管理系统，其特征在于，所述制表模块将所述综合能源输入模块和所述各类型能源输入模块的输入值乘以相应能源的折算系数得到标准量表。
9.如权利要求8所述的城市能源平衡管理系统，其特征在于，所述能源的折算系数包括电力折算系数，所述电力折算系数又包括电力当量折标系数和电力等价折标系数，其中，电力等价折标系数按照下式进行计算：
Figure FDA0002971967030000023
10.一种城市能源平衡管理系统的构建方法，其特征在于，用于权利要求1-9任一项所述的城市能源平衡管理系统，包括以下步骤：
S1输入或计算各类型能源的总量及各种具体能源的分量；
S2输入或计算待测城市的加工转换投入产出量、损失量、终端消费量和本地区能源消费量；
S3对所述终端消费量进行校核；
S4将所述综合能源输入模块的输入值作为纵坐标，将所述各类型能源输入模块的输入值作为横坐标进行制表，并将生成的表格乘以相应能源的折算系数获得标准量表；
S5展示生成的标准量表。
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