I学校代码：10286分类号：TM92密级：公开UDC：621.3学号：147407电能替代潜力分析与规划研究研究生姓名：李一磊校内导师：陆于平校外导师：陈恒祥申请学位类别工程硕士学位授予单位东南大学一级学科名称电气工程论文答辩日期2019年03月02日二级学科名称电力系统及其自动化学位授予日期年月日答辩委员会主席黄健评阅人盲审2019年3月硕士学位论文硕士学位论文电能替代潜力分析与规划研究专业名称：电气工程研究生姓名：李一磊校内导师：陆于平校外导师：陈恒祥RESEARCHONPOTENTIALANALYSISANDPLANNINGOFELECTRICITYSUBSTITUTIONPROJECTAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYLiYileiSupervisedbyProfessorLuYupingSeniorEngineerChenHengxiangSchoolofElectricalEngineeringSoutheastUniversityMarch2019东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要I摘要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，一直收到人们的青睐。所谓电能替代是一种能源替代的方式，由以往传统能源化石的直接使用转变为电能这种间接消耗能源的方式，并且加大其在用户使用过程中的比值。其在经济、社会、环境等方面均有重要意义。本文研究了电能替代的潜力分析与规划。主要从三个方面进行论述，包括能源消费结构分析，电能替代的潜力测算与规划，以及电能替代的推进措施分析。在能源消费结构分析方面，本文分析煤、石油、天然气、电力、其他能源的供应需求、价格的现状及变化趋势。通过统计年鉴数据分析各种能源的消费总量及其变化，以及能源供应的对外依存情况。能源价格的现状分析则是分析能源价格的变化，并分析价格变化的影响因素。能源供应的变化趋势则是采用多项式拟合的方法对于今后多年的能源进行预测。在电能替代的潜力测算与规划方面，本文定义电能替代理论潜力，技术可行潜力，经济可行潜力，以及环保可行潜力四种潜力。根据年鉴和调研数据，结合用能设备的用能量、效率、以及能源价格对于四种潜力进行测算。然后，根据测算潜力制定分年，分技术领域的电能替代规划目标。并且，对于规划的投资按照用户投资和配套电网建设投资两部分进行估算。为了提高电能替代量的预测精度，本文基于多变量灰色模型建立了一种考虑多种影响因素的电能替代预测模型，算例表明模型精确有效。在电能替代的推进措施分析方面，本文从环保、经济、技术、机制等方面分析了政策需求，并分别从健全体制机制，完善政策标准，落实配套资金，加强配电网建设，发挥示范引领，加强科研及培训等方面提出了措施建议。关键词：电能替代；能源消费结构；潜力测算；投资估算AbstractIIAbstractWiththedevelopmentofhumancivilization,theawarenessofenvironmentalprotectionandresourceconservationhasbeenheightened.Peoplearemoreinfavorofelectricityduetoitsattributesofenvironmentalfriendliness,controllability,andhighefficiency.Electricitysubstitutionistheprojectthataimstoreplacethedevicesconsumingfossilfuelwithelectricaldevices,enlargingtheproportionofelectricenergyinterminalenergyconsumption,whichisbeneficialtothesocietyinthelongterm.Thisthesisresearchespotentialanalysisandplanningofelectricitysubstitutionprojectfromthreeaspects,thatis,energyconsumptionstructureanalysis,potentialestimationandplanningofelectricitysubstitution,strategyanalysisofelectricitysubstitution.Forenergyconsumptionstructureaspect,thesupplyanddemand,pricelevel,andconsumptionforecastingofvariousenergyformsareanalyzed.Theanalysisofenergysupplyanddemandisbasedonthestatisticalyearbookdatatoanalyzethetotalenergyconsumptionanditschanges,aswellastheexternaldependenceofenergysupply.Thecurrentsituationanalysisofenergypriceistoanalyzethechangeofenergypriceandtheinfluencingfactorsofpricechange.Thetrendofenergysupplyistousepolynomialfittingmethodtoforecasttheenergysupplyformanyyearstocome.Forpotentialestimationandplanningofelectricitysubstitutionaspect,firstly,fourelectricitysubstitutionpotentialtypesaredefined,thatis,thetheoreticpotential,thetechnicallyfeasiblepotential,theeconomicallyfeasiblepotential,andtheenvironmentalprotectionfeasiblepotential.Basedontheyearbookandresearchdatatogetherwiththetotalenergyconsumption,theaverageefficiency,andaverageenergyconsumptioncostofeveryelectricitysubstitutiontechnologycategory,thepotentialsarethenestimated.Then,accordingtotheestimatedpotential,theplanningobjectivesofenergysubstitutionindifferentyearsandtechnicalfieldsareformulated.Moreover,theplannedinvestmentisestimatedintermsofuserinvestmentandsupportinggridconstructioninvestment.Inordertoimprovethepredictionaccuracyofpowersubstitution,apowersubstitutionpredictionmodelconsideringvariousfactorsisestablishedbasedonmulti-variablegreymodel.Anexampleshowsthatthemodelisaccurateandeffective.Intheanalysisofthepromotionmeasuresofpowersubstitution,thispaperanalysesthepolicyneedsfromtheaspectsofenvironmentalprotection,economy,technologyandmechanism,andputsforwardmeasuresandsuggestionsfromtheaspectsofperfectingsystemandmechanism,perfectingpolicystandards,implementingsupportingfunds,strengtheningtheconstructionofdistributionnetwork,givingfullplaytodemonstrationguidance,strengtheningscientificresearchandtraining,etc.Keywords:Electricitysubstitution;energyconsumptionstructure;potentialestimation;investmentestimation目录III目录摘要..................................................................................................................................................IAbstract...........................................................................................................................................II第一章绪论....................................................................................................................................11.1研究背景.......................................................................................................................11.2研究现状.......................................................................................................................11.2.1电能替代技术分析的研究现状.............................................................................11.2.2电能替代推进策略分析的研究现状.....................................................................21.2.3电能替代评价方法分析的研究现状.....................................................................31.3研究内容.......................................................................................................................3第二章能源消费结构分析.............................................................................................................52.1能源消费结构的分析方法...........................................................................................52.2地区能源消费结构分析及预测...................................................................................52.2.1煤炭.........................................................................................................................52.2.2石油.........................................................................................................................82.2.3天然气...................................................................................................................112.2.4电力.......................................................................................................................132.2.5其他能源...............................................................................................................152.3本章小结.....................................................................................................................16第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划...............................................................173.1电能替代的技术分类......................................................................................................173.2电能替代的潜力测算概述..............................................................................................193.2.1电能替代的潜力定义...........................................................................................193.2.2电能替代的潜力测算方法...................................................................................203.3电能替代的经济潜力测算..............................................................................................223.3.1经济效益分析模型...............................................................................................223.3.2内部收益率预测...................................................................................................233.3.3敏感度分析...........................................................................................................243.4地区电能替代潜力计算分析..........................................................................................253.4.1理论潜力...............................................................................................................253.4.2技术潜力...............................................................................................................263.4.3经济潜力及环保潜力...........................................................................................293.4.4各领域潜力汇总...................................................................................................373.4.5成本疏导方案.......................................................................................................373.5电能替代规划..................................................................................................................383.5.1规划方法...............................................................................................................383.5.2规划目标制定.......................................................................................................39东南大学硕士学位论文IV3.5.3投资计算...............................................................................................................413.6本章小结..........................................................................................................................42第四章基于多变量灰色模型的电能替代潜力预测方法研究...................................................434.1电能替代潜力的影响因素指标......................................................................................434.1.1技术发展因素.......................................................................................................434.1.2经济影响因素.......................................................................................................444.1.3政策措施因素.......................................................................................................444.2基于多变量灰色预测模型的电能替代潜力回归模型..................................................444.2.1灰色关联度理论...................................................................................................454.2.2灰色预测模型.......................................................................................................454.3算例分析..........................................................................................................................484.4本章小结..........................................................................................................................50第五章电能替代的推进措施分析...............................................................................................515.1政策需求分析..................................................................................................................515.1.1电能替代工作的主体分析...................................................................................515.1.2总体政策框架.......................................................................................................525.1.3环保类...................................................................................................................535.1.4经济类...................................................................................................................545.1.5价格类...................................................................................................................545.1.6技术标准类...........................................................................................................545.1.7机制类...................................................................................................................555.1.8宣传类...................................................................................................................555.2推进措施建议...................................................................................................................555.2.1健全体制机制.......................................................................................................555.2.2完善政策标准.......................................................................................................565.2.3落实配套资金.......................................................................................................565.2.4加强配电网建设...................................................................................................565.2.5建立示范试验点...................................................................................................575.2.6加强科研及培养...................................................................................................575.3本章小结..........................................................................................................................58第六章结论与展望......................................................................................................................596.1结论..................................................................................................................................596.2展望..................................................................................................................................60致谢................................................................................................................................................61参考文献........................................................................................................................................63第一章绪论1第一章绪论1.1研究背景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，日益收到人们的青睐。所谓的电能替代是一种能源替代的方式，由以往传统能源化石的直接使用转变为电能这种间接消耗能源的方式，提高电能在终端能源消费中的比重。其在经济、社会、环境等方面均有重要意义。电能替代是治理大气污染的有效方法[1]。随着我国经济的不断发展，大气污染问题日益严峻，雾霾天气已成为普遍现象。而大气污染物中很大的比重来自于化石能源的直接消费[2]，所以实施电能替代，减少化石能源直接使用占比，对于改善环境具有极其现实的意义。并且，由于电能具有方便、高效等特点，电能的广泛应用极大地促进了社会各行业的现代化和自动化，提升能源利用效率、增加经济产出、大幅提升全社会劳动生产率、带动各行业高速发展。电能替代作为全球能源互联网战略的重要组成部分，大力开展电能替代能够促进可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，拉动全球经济的发展，最终实现全球人类的共同发展。此外，大力实施电能替代有助于提升居民生活的自动化水平，提升人民生活的现代化程度。电能替代的潜力分析和规划对于地区的电能替代推进工作具有重要的指导作用。其能够得到地区的电能替代的规模，投资估算，政策需求等，从而使得电能替代工作的推进有条不紊，方向明确。为此，本文对于电能替代的潜力分析和规划方法进行系统化的研究。1.2研究现状电能替代的研究主要涉及电能替代技术分析，电能替代推进策略分析，以及电能替代评价方法分析三个方面。1.2.1电能替代技术分析的研究现状电能替代的技术可以分为建筑领域，工业领域，交通领域，农业领域，以及家居生活领域。建筑领域的电能替代技术主要包括分散电采暖、电锅炉采暖、热泵以及电蓄冷空调等；工业领域的电能替代技术包括工业电锅炉、工业电窑炉、燃煤自备电厂关停、皮带廊、油田电动钻机等；交通领域的电能替代技术包括电动汽车、低速电动车、港口岸电、电动起重机、机场APU等；农业领域的电能替代技术包括农业电排灌、农产品加工、农业生产电加热等；家居生活领域包括东南大学工程硕士学位论文2电热水器、电炊具等。对于电能替代的技术分析主要是分析电能替代技术的适用性，经济性，可行性。在建筑领域，文献[3]从财务指标和临界电价两个角度构建针对用户的电能替代经济性分析模型并以电蓄冷空调替代传统空调为例进行分析。文献[4]对于我国夏热冬暖地区的区域电蓄能供冷进行了可行性分析，发现该技术具有良好的经济效益。文献[5]分析了当前热泵技术发展的热点，同时预测未来热泵的发展趋势。在工业领域，文献[6]从经济性、环保性、安全性等方面对蓄热电锅炉技术与燃气锅炉技术进行了比较。文献[7]以实际工程为例论述了龙门吊油改电工程对于环境的正面影响。文献[8]对于河南油田利用电网电能为钻机供能改造进行论述，对比不同的钻机改造方案。在交通领域，文献[9]论述了电动汽车在中国的发展现状以及商业化的前景，提出电动汽车虽然前景广阔，但目前电源技术无法满足其商业化发展的性能要求与成本。文献[10]论述了港口岸电发展的必要性、可行性，港口岸电系统的解决方案，港口岸电的效益，港口岸电的商业运作模式，以及存在的困难和建议。文献[11]对于桥载设备替代机场APU进行了节能环保和经济效益的分析论证。在农业领域，文献[12]对于农田排灌电力设施的管理的现状、问题以及改进建议进行了论述。在家居生活领域，文献[13]对于电热水器的运行方式和能耗进行了理论分析。文献[14]通过问卷调查的方式对于商饮服务业中的电炊具应用经济性进行了实证分析。通过以上文献分析，说明了电能替代技术发展已比较成熟，通过选择适当的技术在适当的领域应用能取得提高能源应用效率并减少排放的效果。1.2.2电能替代推进策略分析的研究现状电能替代推进策略分析的研究主要是合同能源管理模式的应用研究。合同能源管理(EnergyPerformanceContracting)是通过合同约束节能公司与客户之间的职责和利益分配，节能公司为客户提供一整套技术服务，使得客户能够借助这套节能服务体系获取一定的利润。早在1970年，世界上爆发了一次能源危机，并波及全球，也正是因为能源危机使得西方国家开始走向节能模式的商业运作道路。合同能源管理这种商业模式并不像普通的产品或技术销售，而是通过节能的方式降低能源成本，进而产生一种新型的运作模式。合同能源管理是一种运作模式，有三种主要模式，第一种设备租赁型，这种模式下提供的节能服务主要是以租赁的形式为主，节能设备一旦逾期，其所属权第一章绪论3归客户，但是客户需要支付一定的费用；第二种节能效益支付型。简单来说就是一种委托的形式，客户作为被委托方，节能公司接受来自客户的委托，进而改造节能项目，但是在施工之前需要预支一定的费用，尾款则通过节能带来的效益来结算；第三种节能量保证型。客户与节能公司达成合作意向的标准取决于节能量，首先节能公司需对节能工程进行施工，施工过程中产生的费用由节能公司一并承担，其次就是节能量达到预定的标准，最后所有的费用由客户全部承担。合同能源管理模式在实践中得到了广泛应用。文献[15]论述了合同能源管理的运作模式，并分析中国合同能源管理的现状、存在问题和改进策略。文献[16]对比分析了中美合同能源管理模式的差异。文献[17]、[32]基于M.Porter模型提出合同能源管理在行业升级中运用的主要途径。文献[18]通过层次分析法对合同能源管理的风险规避和管理进行分析。1.2.3电能替代评价方法分析的研究现状电能替代评价是对于电能替代的推进效果进行评价，主要的方法是现代综合评价法。现代综合评价法即对评价对象的全体，根据所给的条件，采用一定的方法，给每个评价对象赋予一个评价值，再据此择优或排序。综合评价的目的，通常是希望能对若干对象，按一定意义进行排序，从中挑出最优或最劣对象。对于每一个评价对象，通过综合评价和比较，可以找到自身的差距，也便于及时采取措施，进行改进。现代综合评价法包括层次分析法、模糊综合评判法、数据包络分析法、人工神经网络评价法、灰色综合评价法等。现代综合评价方法可分为主观赋权评价法和客观赋权评价法两大类。前者是根据经验采取定性的方法确定指标权重，主要包括层次分析法[19]-[20]、模糊综合评判法[21]-[22]等。后者则是根据指标之间的相互关系采用定量方法确定指标权重，主要包括人工神经网络评价法[23]-[24]、灰色综合评价法[25]-[26]、TOPSIS法[27]、主成分分析法[28]-[29]，其他还有投入产出法[30]-[31]、因果分析法[32]等。对于电能替代评价指标的设定，文献[27]主要阐述的是在节能的基础上由电能代替其他能源消费所需要参考的指标，在体系的任一环节中都有很大的变动，这在一定程度上会影响电网公司在市场上的定位，对此可以从节能、电能及其市场份额、管理以及竞争等五大体系来详细分析，其中涉及到的评价指标具体来说有86个。1.3研究内容本论文对于电能替代的潜力分析与规划进行研究。主要从能源消费结构分析，电能替代的潜力测算与规划，以及电能替代的推进措施分析三个方面进行研究。东南大学工程硕士学位论文4论文的研究框架和研究内容如图1-1所示。能源分类变化趋势能源供应需求价格现状潜力测算其他能源天然气石油煤炭能源消费结构分析电能替代潜力测算与规划电能替代潜力指标规划目标制定投资估算理论潜力环保可行潜力经济可行潜力技术可行潜力电能替代推进措施电能替代推进措施分析落实配套资金健全体制机制完善政策标准加强科研教育及培训加强配电网建设发挥示范引领图1-1本文研究框架第一章绪论，主要介绍论文的研究背景，综述电能替代相关理论的研究现状，给出论文的研究框架。第二章能源消费结构分析，主要给出能源消费结构的分析方法，并分析地区能源的供需情况，价格，以及变化趋势，以此作为电能替代的基础数据和依据。第三章基于自然增长率的电能替代的潜力测算与规划。主要是定义和测算各种潜力，然后给出电能替代的规划方法，并以实际算例进行规划。第四章基于多变量灰色模型的电能替代潜力预测方法研究。分析影响电能替代潜力预测的主要因素，提出基于多变量灰色模型的潜力预测方法，并根据这些因素的变化对全国电能替代潜力作了预测。第五章电能替代的推进措施分析，分析电能替代的政策需求，提出电能替代推进的各项保障措施和建议。第六章结论与展望，对本文的主要结论进行了总结，并对本文的不足和未来可以继续开展的研究工作进行阐述。第二章能源消费结构分析5第二章能源消费结构分析能源按照使用形式不同可以分为：1、一次能源，这种能源主要是指不经过加工，是一种天然存在的能源，譬如煤炭、天然气等；2、二次能源，其能源的主要来源是一次能源，但是会经过加工而后转化成的各种能源形式，譬如电力、煤气等多种。电能替代是用二次能源电能替代其它直接用于能量消耗的非产电的一次能源和非电的二次能源。能源消费结构分析即是分析电能替代目标能源和电能的消费结构。通过对能源消费现状进行深入系统的分析为电能替代的理论潜力测算奠定基础。2.1能源消费结构的分析方法能源消费结构的分析方法就是对一次能源（煤、天然气）和二次能源（电力及其他等）等能源的使用量、价格等现状及变化趋势展开分析。能源供应需求分析主要是分析各个能源的消费总量及其在各年的消费量的变化，并且分析地区的能源供应的进出口量。通过统计年鉴获得数据进行分析。能源价格的现状分析则是分析能源价格的变化，并分析价格变化的影响因素。能源消费的变化趋势和预测采用多项式拟合的方法对于今后多年的能源进行预测。2.2地区能源消费结构分析及预测以某地区为例，分别从煤炭、石油、天然气、电力、以及其他能源10年的数据进行分析。2.2.1煤炭该地区近10年来的煤炭消费总量和工业煤炭消耗量呈逐年上升并趋于平稳的趋势，其中终端消费总量从2008年的9052万吨标准煤上升到2017年的20328万吨标准煤，增加了124.5%。工业消耗量从2008年的8661.2万吨标准煤上升到2017年的20176万吨标准煤，增加了132.9%，具体变化情况如图2-1,2-2所示。东南大学工程硕士学位论文6图2-1煤炭终端消费量变化图(单位：万吨标准煤)图2-2工业领域煤炭消费量变化图(单位：万吨标准煤)从能源消费结构看，2017年该地区煤炭终端消费量折算成标准煤后，占该地区能源终端消费总量（30293.8万吨标准煤）的67.10%，而在2008年（总量12855.09万吨标准煤）该指标为70.41%，总体呈下降趋势。煤炭在该地区能源消费结构中的比重在1997年之前为80%以上,在随后的发展过程中及本章各节的分析，能源结构越来越合理，二次能源需求在不断增加，消费结构越来越倾向于使用二次能源。所以煤炭在能源消费结构中呈下降趋势。但是，预计在今后相当长的时间内，煤炭在该地区能源消费结构中的主导地位不会有太大的变化。从煤炭的供给方面来说，图2-3主要是十年来煤炭自产量占比的统计结果。2014年以第二章能源消费结构分析7后，该地区煤炭消耗中外地调入比例稳定在93%以上，对外依赖度较高。图2-3该地区煤炭产量占总消费量比例变化图根据图2-4中多项式拟合式可对该地区未来五年的煤炭消费量进行预测得表2-1各值，公式中x为年份数值（如2008=1,2018=11等），可见煤炭消费量仍然保持一个缓慢增长的速度，仍然占据能源消费的主导地位。预计到2020年煤炭的消费量将达到26508万吨标准煤，到2022年煤炭的消费量将达到29206万吨标准煤，增长速度逐渐放缓。图2-4该地区煤炭终端消费总量预测图（单位：万吨标准煤）东南大学工程硕士学位论文8表2-1该地区煤炭终端消费总量预测值年份20182019202020212022煤炭（万吨标准煤）2378925151265082786029206煤炭价格在21世纪初期，受南方地区冰雪灾害影响，价格加快上涨。以大同优混为例，到2008年7月，最高价已达1070元/吨，比2018年1月份价格上涨了63.36%，8月后，受世界金融危机影响，我国经济发展速度放缓，煤炭需求下降，库存持续上升，煤炭价格出现大幅下滑局面。2009年，煤炭价格呈现“先跌后涨”局面。煤炭价格在2010年开始大幅度上涨，这是因为煤炭的价格与气候乃至季节之间的关系比较紧密，但整体波动幅度不大。2.2.2石油该地区近10年来石油终端消费总量呈现出较快的增长，从2008年的年消耗折算为1074万吨标准煤上升到2017年的年消耗折算为2121万吨标准煤，增加了97.5%。然而工业石油的消费量总体呈现出稳中有降的趋势，2008年到2012年大体维持在折算为450万吨标准煤的消费量，2013年到2017年保持在折算为350万吨标准煤的消费量，具体变化情况如图2-5,2-6所示。图2-5该地区石油终端消费总量变化图（单位：万吨标准煤）第二章能源消费结构分析9图2-6工业领域石油消费量变化图(单位：万吨标准煤)从能源消费结构看，2017年该地区石油终端消费量折算成标准煤后，占该地区能源终端消费总量（30293.8万吨标准煤）的7%，而在2008年（总量12855.09万吨标准煤）该指标为8.36%，总体呈下降趋势。预计在今后相当长的时间内，石油在该地区能源消费结构中仍会占有一定的地位。从石油的供给方面来说，进口和外地调入是其主要的石油来源渠道，其中进口比例从2008年的49.01%下降到2017年的39.57%，外地调入比例从2008年的45.47%上升到2017年的56.56%，总体对外依赖度高达95%，对外依赖较高，具体情况如图2-7,2-8所示。图2-7该地区石油国外进口量占比变化图东南大学工程硕士学位论文10图2-8该地区石油外地调入量占比变化图根据图2-9中多项式拟合式可对该地区未来五年的石油消费量进行预测得表2-2各值，公式中x为年份数值（如2008=1,2018=11等），可以看出，石油的消费量将随着经济发展稳定增长。根据预测2020年石油消费量将达到折算为2795万吨标准煤，2022年将达到折算为3126万吨标准煤，增长速度较为平均。图2-9该地区石油终端消费总量预测图（单位：万吨标准煤）表2-2该地区石油终端消费总量预测值年份20182019202020212022石油（万吨标准煤）247826352795295831262008年6月到2017年10月，原油价格走势总体平稳。石油价格上涨趋势的主要时间点在于2017年11月，随后达到最大值是在2018年7月，这短短不第二章能源消费结构分析11到一年的时间，石油价格的空前上涨使得利润空间也得到极大地提升。2008年10月爆发的金融危机使得石油价格急速下跌，可以看出石油价格受外界影响因素较大，在金融危机过去不到一年的时间，石油价格再次随着经济的复苏而得到回升，并于2011年后的三年时间里一直徘徊在90-120美元/桶的价格。尽管有所上升，但是在2014年又开始出现下降，再度跌回40-70美元的区间。2.2.3天然气该地区近10年天然气在能源消费的比重快速提升。2005年10月，中国石油西气东输管道输送的长庆气田的先锋气到达该地区，天然气进入快速增长期，终端消费总量从2008年的折算为134.06万吨标准煤上升到2017年的折算为1217.24万吨标准煤，增长了807.9%。工业消耗量从2008年的折算为115.98万吨标准煤上升到2017年的折算为899.99万吨标准煤，增长了676.02%，具体变化情况如图2-10,2-11所示。图2-10该地区天然气终端消费量变化图（单位：万吨标准煤）东南大学工程硕士学位论文12图2-11该地区工业领域天然气消费量变化图（单位：万吨标准煤）对于天然气这种能源而言，因为其储量大而且环保，这使得中国对其需求逐年增加，并且上涨的幅度大大提高，呈现出明显的供不应求的特点，因而很大程度上都需要借助于进口。我国天然气的消耗量于2015年比上年增长了13.9%，为1676亿立方米，在世界天然气消耗国家中排名第三。纵观我国对天然气的需求情况，在未来还会不断增加，并且以这个消耗量来算其需求量在2022年将达到3000亿立方米。如图2-12所示，该地区天然气从2008年的95.30%外地调入比例增加到2017年的99.64%，几乎完全依赖外地输入。图2-12该地区天然气外地调入比例变化图从能源消费结构看，2017年该地区天然气终端消费量折算成标准煤后，占第二章能源消费结构分析13该地区能源终端消费总量（30293.8万吨标准煤）的4.02%，而在2008年（总量12855.09万吨标准煤）该指标为1.04%，总体呈上升趋势。预计在今后相当长的时间内，天然气在该地区能源消费结构中会持续上升。根据图2-13中多项式拟合式可对该地区未来五年的天然气消费量进行预测得表2-3各值，公式中x为年份数值（如2008=1,2018=11等），可以看出，未来几年天然气的消费量将突飞猛进，占据更多的能源消费比例。根据预测2020年天然气消费量将达到折算为2000万吨标准煤，2022年将达到折算为2467万吨标准煤，且消费量加速增长。图2-13该地区天然气终端消费总量预测图（单位：万吨标准煤）表2-3该地区天然气终端消费总量预测值年份20182019202020212022天然气(万吨标准煤)15821785200022282467由于2005年以来天然气价格逐渐由买方市场转变为卖方市场，并且国际油价水平总体保持上升，2005年以来天然气价格一路走高。虽然在金融危机影响下，2010年末天然气价格有所回落，但2011年以来天然气价格又进入新的增长期。2.2.4电力该地区近10年中电力终端消费总量呈现出较快的增长，从2008年的年消耗折算为2484.03万吨标准煤上升到2017年的年消耗折算为6192.57万吨标准煤，增加了149.3%。工业电力的消费量总体也是呈现出不断上涨的趋势，从2008年的年消耗折算为1965.18万吨标准煤上升到2017年的年消耗折算为4604.98万吨标准煤，增加了134.3%，具体变化情况如图2-14,2-15所示。东南大学工程硕士学位论文14图2-14该地区电力终端消费量变化图（单位：万吨标准煤）图2-15该地区工业领域电力终端消费量变化图（单位：万吨标准煤）从能源消费结构看，2017年该地区电力终端消费量折算成标准煤后，占该地区能源终端消费总量（30293.8万吨标准煤）的20.44%，而在2008年（总量12855.09万吨标准煤）该指标为19.32%，总体呈上升趋势。预计在今后相当长的时间内，电力在该地区能源消费结构中将占据越来越重要的位置。根据图2-16中多项式拟合式可对该地区未来五年的电力消费量进行预测得表2-4各值，公式中x为年份数值（如2008=1,2018=11等），可以看出，2020年电力消费量将达到折算为8383.41万吨标准煤，2022年将达到折算为9580.33万吨标准煤，电力的消费量将持续增长。第二章能源消费结构分析15图2-16该地区电力终端消费总量预测图（单位：万吨标准煤）表2-4该地区电力终端消费总量预测值年份20182019202020212022电力（万吨标准煤）7266.257814.868383.418971.99580.33随着煤炭价格的上涨，我国电力价格呈现稳中有升的态势。2017年全国平均销售电价为0.71元／千瓦时，比2012年上涨0.14元／千瓦时。平均每年上涨3%左右。2.2.5其他能源该地区近10年中其他能源终端消费总量呈现出较快的增长，从2008到2011年刚刚处于开发的状态，发展到2017年的年消耗折算为434.99万吨标准煤，增长迅猛，具体变化情况如图2-17所示。图2-17该地区其他能源终端消费量变化图（单位：万吨标准煤）东南大学工程硕士学位论文16从能源消费结构看，2017年该地区其他能源终端消费量折算成标准煤后，占该地区能源终端消费总量（30293.8万吨标准煤）的1.44%，而在2008年（总量12855.09万吨标准煤）该指标为0.86%，总体呈上升趋势。预计在今后相当长的时间内，其他能源的开发会受到更多的重视，在该地区能源消费结构中将占据越来越重要的位置。图2-18该地区其他能源终端消费总量预测图（单位：万吨标准煤）表2-5该地区其他能源终端消费总量预测值年份20182019202020212022其他能源(万吨标准煤)591663740821906根据图2-18中多项式拟合式可对该地区未来五年的其他能源消费量进行预测得表2-5各值，公式中x为年份数值（如2008=1,2018=11等），可以看出，2020年其他能源消费量将达到折算为740万吨标准煤，2022年将达到折算为906万吨标准煤，其他能源的消费量将持续增长。2.3本章小结本章对于能源消费结构进行了分析，通过对某地区煤、石油、天然气、电力以及其他能源的消费量、价格的现状以及变化趋势分析可以发现，该地区煤炭消耗量较大，占能源终端消费总量的65%以上，而电力消耗占能源终端消费总量的20%左右，占比较低，因此该地区以电代煤总量潜力较大。第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划17第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划电能替代的潜力测算是通过调研和估计测算地区的电能替代潜力值，即替代电量，然后以此为依据制定该地区今后数年的电能替代规划。3.1电能替代的技术分类电能替代按照技术领域分类主要包括建筑领域，工业领域，交通领域，农业领域，以及家居生活领域。1.建筑领域建筑领域的电能替代技术包括分散电采暖、电锅炉采暖、热泵以及电蓄冷空调。分散电采暖技术主要包括碳晶采暖、发热电缆、电热膜、蓄热式电暖气、小型家用热泵空调等。分散电采暖的主要替代对象是集中供暖，燃气壁挂炉采暖和小锅炉采暖。其重点推广领域是在集中供暖未覆盖的新建建筑。电锅炉采暖技术主要包括直热式和蓄热式采暖。前者采用直接加热，无蓄热装置，具有占地面积小的优势；后者利用电加热将热储存于蓄热装置中，在需要时供热；蓄热式电锅炉利用电网电价低的谷时段加热，可减少用电成本；蓄热装置体积较大，需要安放位置，初期投资成本较高。电锅炉采暖主要用于替代燃煤采暖锅炉。热泵技术包括水源热泵、空气源热泵以及地源热泵。其是利用电力压缩机将低位热源的热能转移到高位热源以达到采暖和制冷的技术，优点是具有高能效比。其重点的推广领域是新增建筑的采暖和制冷，并可替代燃气壁挂炉和集中供暖。电蓄冷空调是使用制冷机组将制冷量以冷水或冰的形式储存在蓄冷装置中，在需要时供冷；一般利用低谷电价时段蓄冷降低运行费用，但初期投资大，占地面积大。电蓄冷空调的主要替代对象为燃气溴化锂制冷机组。2.工业领域工业领域的电能替代技术包括工业电锅炉、工业电窑炉、皮带廊、油田电动钻机以及油气输送管线电力加压等。工业电锅炉技术是利用电阻或电磁技术加热的锅炉，现有的技术最大能够达到65蒸吨/小时。工业电锅炉主要用于替代工业燃煤，燃油，以及燃气锅炉。工业电窑炉主要包括电热隧道炉和铸造中频炉，其主要用于替代冶金、制陶、玻璃等行业的燃煤、燃油、燃气窑炉。皮带廊传输技术是利用电力传送带传送物料，主要用于矿山企业的原料输送，取代车辆运输方式。东南大学工程硕士学位论文18油田电动钻机用于替代油田原有的燃油钻机。油气输送管道电力加压用于取代原有燃油加压方式。3.交通领域交通领域的电能替代技术包括电动汽车、低速电动车、港口岸电、电动起重机以及机场APU等。电动汽车是采用电力驱动汽车替代燃油汽车。电动汽车具有无污染噪声小的特点。低速电动车包括电动自行车、电动摩托车、电动三轮车、低速电动汽车（指最高时速低于70公里的简易四轮纯电动汽车）。替代的对象包括自行车、燃油摩托车、燃油三轮车、燃油汽车。所谓的港口岸电是指船只靠岸期间，其使用的电力由码头上的配电系统提供而不使用自身船上的燃油发电机。电动起重机利用电起重机替代燃油起重机，主要用于港口货场。机场APU是指飞机降落在地面期间，由连接地面配电系统的桥载设备供应飞机所需的电力，这样可减少飞机上燃油系统的发电负载，从而减少燃油的消耗，减少燃油排放污染。4.农业领域农业领域的电能替代技术包括农业电排灌，农产品加工，以及农业生产电加热。农业电排灌利用电机泵替代柴油机泵灌溉。农产品加工主要是指电制茶，电烤烟等以替代燃煤加热制造工艺。农业生产电加热主要包括大棚加热等，以替代原有的燃煤加热。5.家居生活领域家居生活领域主要包括电热水器和电炊具。电热水器的主要替代对象是燃气热水器，其具有寿命长、节能、易于控制的特点，但相较于燃气热水器其加热速度偏慢，有漏电的风险。电炊具采用电磁炉、微波炉、电饭煲、电水壶等替代燃气和燃煤炉灶。其具有热效率高、清洁、控制灵敏等优点，但现有的电加热技术无法完全等效传统的火力烹饪，限制其推广。电能替代主要领域及技术汇总如表3-1所示。表3-1电能替代领域及相关技术领域技术设备相关行业主要用途工业电（蓄热）锅炉煤锅炉纺织业、食品加工产生蒸汽工业电窑炉煤窑炉陶瓷业、玻璃加工、铸造电加热建筑（商电蓄冷空调普通电空调商场、酒店、办公楼制冷电（蓄热）锅炉煤锅炉商场、酒店、办公楼制暖、热水第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划19业）热泵技术普通空调商场、酒店、办公楼制暖、制冷电炊具燃气、煤炊具餐饮、酒店炒菜、烧饭居民电炊具燃气、煤炊具家庭炒菜、烧饭电热水器燃气热水器家庭热水电（蓄热）锅炉煤锅炉家庭、居民小区采暖分散式电采暖燃气采暖家庭采暖热泵普通空调家庭、居民小区采暖、制冷交通（其他）电气化铁路燃油燃机交通铁路运输电动汽车燃油汽车交通汽车运输港口岸电燃油装备交通船舶运输城市轨道交通燃油汽车交通城市交通电水泵燃油水泵农业灌溉3.2电能替代的潜力测算概述3.2.1电能替代的潜力定义本章中定义四种潜力，即电能替代理论潜力，技术可行潜力，经济可行潜力，以及环保可行潜力。理论潜力定义为根据本地区能源（煤炭、石油、天然气等）消费现状和各行业用能发展趋势，以满足用户用能需求为目标，将所有以用能为目的的能源直燃消费进行电能替代的量值。技术可行潜力的定义主要是在我国现有的电能替代技术发展的基础上，从当前技术可行性考虑的电能替代量值。其替代量不以经济性来分析，只考虑技术以及工艺等是否可替代。经济可行潜力不考虑能源消费的环境污染物排放的外部成本和环保要求，仅考虑不同能源品种开发利用的现行技术标准规范和政策规定，相应的能源消费价格水平、投资、财税和补贴等条件下的效益成本比为正的电能替代量值。环保可行潜力定义为参考国内外有关环境污染物治理成本，以及地区经济发展、环保要求和排污收费标准的差异，将能源消费的污染物排放的外部成本内部化，按现行能源消费价格水平，以及投资、财税和补贴等政策条件，并按适当的排放收费或罚款水平计算散烧煤、中小工业锅炉和窑炉等用户的电能替代量值。各个潜力之间的关系图如图3-1所示。理论潜力是最大的，其数值反映非电及非发电能源消耗的总量；技术可行潜力，有相应的替代技术就有相应的潜力；东南大学工程硕士学位论文20经济可行潜力，在目前技术，不增加补贴的情况下，能够达到效益成本比为正的替代量，其潜力最小；环保可行潜力，在现行政策下对一些技术可行，实施方便的技术进行补贴，在经济可行潜力下增加了一定的替代量。图3-1各潜力的包含关系图3.2.2电能替代的潜力测算方法1、电能替代理论潜力计算方法电能替代理论潜力的测算即按照能源消费结构中的煤、石油、天然气量，然后除去用于发电部分的比重，计及替代设备的转化常数与原有设备的能源平均效率进行估算。计算公式如式（3.1）。TheoTQcSC(3.1)其中，TheoS为电能替代理论潜力，Q为用于用能的某种非电能源的使用量，c为该非电能源的平均热值，为非电设备的相对于用电设备的平均效率，TC为电能kWh与能量的转化常数。2、技术可行潜力的计算方法技术可行潜力的测算方法包括以下几种：1)根据调查数据或其它方法测算替代设备的总燃料消耗量，根据燃料的热值、现有设备和替代设备的能效，以替代前后获得能量相同为原则进行潜力估算，该方法主要用于燃煤自采暖、工业燃煤锅炉、工业窑炉、石油钻机、燃煤自备电厂、第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划21农业排灌、燃煤炉灶、燃气炉灶、燃气热水器替代领域。其计算公式如式（3.2）。12FFTechTMCSC(3.2)其中，TechS为技术可行潜力，FM为某类非电设备所用的燃料消耗量，FC为燃料的热值，1为非电设备的平均效率，2为用电设备的平均效率，TC为电能kWh与能量的转化常数。2)根据调查数据或其他方法测算替代设备的总容量，取替代设备典型运行小时数，综合考虑替代设备的使用效率，可测算出该设备电能替代潜力，该测算方法用于燃气壁挂炉、热泵、电蓄冷空调、工业燃油锅炉、工业燃气锅炉替代领域。计算公式如式（3.3）。12TechTPtSC(3.3)其中，P为某类非电设备的容量，t为非电设备的年运行小时数，1为非电设备的平均效率，2为用电设备的平均效率，TC为电能kWh与能量的转化常数。3)根据设备的一些其他指标按比例直接估算潜力，包括燃油龙门吊、机场APU、铁路、地铁及有轨电车。3、经济可行潜力的计算方法经济可行潜力的测算方法包括以下几种：1)根据设备的一些其他指标按比例直接估算潜力，包括燃油龙门吊、机场APU、铁路、地铁及有轨电车等。2)考虑补贴政策后具备一定经济性的电能替代技术。根据现年的替代规模，估计后续几年的年增长率，以此估算潜力。主要包括燃煤自备电厂。3)根据已有设备燃料用量、价格、设备价格、替代设备价格、替代后电量和电价水平，按照20年能够回收成本来测算潜力，包括工业燃油锅炉、石油钻机、燃油龙门吊、港口岸电、农业电排灌等。回收期的计算公式如式（3.4）。12SPRFFFFETVVTMCMppC(3.4)其中，RT为回收期，SV为替代设备的现值，PV为已有设备的现值，FM为非电设备年燃料消耗量，Fp为燃料价格，FC为燃料的热值，1为非电设备的平均效率，2为用电设备的平均效率，TC为电能kWh与能量的转化常数，Ep为用电价格。4、环保可行潜力的计算方法环保可行潜力的测算是根据各种针对污染型设备的环保政策（比如强制淘汰、东南大学工程硕士学位论文22补贴）来进行估计。1)对于强制淘汰类设备则是根据其所占经济可行潜力比重来测算；2)对于补贴更换类设备则是考虑补贴设备所占比例。将补贴费计入后重新计算替代经济性，即回收期，计算公式如式（3.5）。12SPRFFFFETVVATMCMppC(3.5)其中，A为环保补贴。3.3电能替代的经济潜力测算电能替代的经济潜力是替代项目最终是否可行的关键，同时也为电力相关部门的实施方提供经济参考依据，以制定更有效的推行政策，促进电能替代工作顺利进行。电能替代的经济测算方法，主要从企业角度出发，针对某个电能替代项目，使用本地区能源价格和设备价格，在满足相同使用功能的条件下，计算项目成本和盈利，分析判别项目的经济可行性。3.3.1经济效益分析模型本文采用的经济分析方法主要为运行成本分析法。按照电能替代全年运行费用与使用其他能源运行费用相等的原则，根据本地相关能源价格，从而可计算出电能替代结算的电力价格——临界电价。如果某地实际电价低于电能替代项目的临界电价，则表明该替代项目具有一定的经济效益，反之则没有。可通过计算项目的费用年值计算临界电价。项目费用年值的计算方法如下：1)1()1(nniiiIUCUAC（3.6）式中：AC为费用年值（万元/年）；U为项目年均偿还费用（万元）；I为项目初投资（万元）；i为折现率（％）；C为项目年运行费用（万元）；n为项目使用寿命。如果电能替代方案的费用年值小于被替代方案，则电能替代方案具有经济性，如果电能替代方案的费用年值大于被替代方案，则电能替代方案不具备经济性。如果不计项目初始投资，则可用（3.7）式计算临界电价。计算出临界电价，第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划23将其与实际的电价对比，判断其是否具有经济可行性。如果实际电价小于临界电价，说明该项目经济可行性指标为正，该项目所对应的所有可替代电量为经济潜力测算电量。000eecQPPQ(3.7)式中，cP为临界电价（元/kWh）；eQ为项目所使用的电量（kWh）；e为用电效率；0Q为项目所替代的其他能源能量（kWh）；0为所替代能源的效率；0P为所替代能源的用能价格（元/kWh）。3.3.2内部收益率预测电能替代项目的经济可行性是根据企业当前的经营状况和本地区电价水平，对规划期未来五到十年电量、运营成本、折旧率、贷款情况、运营期等主要参数的合理假定，评价项目的盈利能力，测算资产负债率、内部收益率、投资回收期等财务指标。相关数据选取和测算均以企业近期当年度的经营数据为基础。本文用内部收益率对电能替代项目的未来经济潜力做分析。内部收益率（InternalRateofReturn，IRR）是指，净现值（NetPresentValue，NPV）为零时的折现率。其计算过程以及公式如下所示：1、净现值的计算净现值是指某项目寿命期内各年中资金流入量与流出量的差值按照规定的折现率折算为项目起始年的现值。计算如式（3.8）。0()(1)nttctNPVCICOi(3.8)式中，NPV为净现值（万元）；CI为现金流入量（万元）；CO为现金流出量（万元）；()tCICO为第t年的净现金流量（万元）；ci为基准收益率（%）；n为方案计算期（年）。如果电能替代方案的净现值大于被替代方案，则电能替代方案具有经济性。现值计算中的折现率可取银行利率。一般而言，投资收益率最低就是银行利率，因此折现率取银行利率是进行投资活动的最低机会成本。2、内部收益率的计算东南大学工程硕士学位论文24通过综合银行利率、投资风险率和通货膨胀率、同行业利润率比较等因素，对项目投资的内部收益率进行计算如公式（3.9）。计算各备选方案的内部收益率，分别与基准收益率比较，将内部收益率小于基准收益率的方案淘汰；0()(1)0ntttCICOIRR(3.9)式中，IRR为内部收益率（%）；n—投资项目寿命期（年）。3.3.3敏感度分析根据对电能替代项目的成本效益分析可知，部分替代项目在现行电价下可以保证收益，运行成本大大降低，投资成本可通过运行成本的减少在几年之内收回；但部分替代项目成本回收期较长，或寿命期内无法收回成本，实施部门应给予分析并确定一个较为合理的优惠电价水平（或折合为补贴），以保证用户的参与积极性。分析式（3.6）电能替代方案与被替代方案的费用年值差为：o-eneACACPQce(3.10)式中，o-eAC为费用年值差，元；neAC为原始设备费用年值，万元/年；cP为电价，元/kWh；eQ为项目年消耗电量，kWh。影响费用年值差的主要因素为被替代方案费用年值、电价以及项目年消耗电量。若年消耗电量不变，则影响因素主要为被替代方案费用年值以及电价。其中，若原能源消耗装置不变，被替代方案费用年值仅受市场能源价格影响，且与能源价格成正比关系。若将被替代方案费用年值简化记作能源单价0P与能源数量0Q的乘积，对该式进行微分处理，可得：o-e00ACcedPQQddP(3.11)说明费用年值差的变化与能源价格的变化量成能源数量倍的正相关，与电价变化量成电量倍的负相关。因此要想推广成本回收期长的项目，在能源价格不变的情况下，必须依据式（3.11）的价-量关系式适当调整电价政策。以燃煤锅炉改造为例说明电价敏感性分析。工业非电燃煤锅炉改造项目中，临界电价为0.255元/千瓦时，而大工业用户电价0.6601-0.6301元/千瓦时，因此要想推广此项目，在能源价格不变的情况下，必须降低电价。表3-2为电价分别下调70%、80%后的项目年收益。第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划25表3-2电价分别下调70%、80%后工业非电锅炉改造收益电价降低70%0.1935元/kWh电价降低80%0.129元/kWh煤炭价格不变的项目年收益234514989.3元480469734元燃煤锅炉的改造成本为161466万元。若以电价降低70%计费，经计算可得成本回收期为10年。若以电价降低80%计费，经计算可得成本回收期为4.1年。其净现值、内部收益率如下表所示。此价格水平可以保证项目在较短时间内回收成本，之后即可收益，具备经济性，如表3-3所示。表3-3电价降低80%时电锅炉投资回报净现值、内部收益率表第一年投资第一年第二年净现金流量(元)-1614660000480469734480469734净现值(元)-1083130201-701717834.9内部收益率-70%-29%第三年第四年第五年净现金流量(元)480469734480469734480469734净现值(元)-348558237.1-21558609.4281218823.6内部收益率-5%7%15%表3-3表明，电能替代的经济性与电价的敏感性很大。3.4地区电能替代潜力计算分析以某地区为例，该地区对于其2018至2022年的电能替代潜力进行计算。3.4.1理论潜力该地区2018年的燃煤消耗量为23789万吨标准煤，其中用于能源的非电煤占比约为22%，取燃煤设备的效率为用电设备的1/2，故可估计出“以电代煤”的理论潜力约为2127亿千瓦时；石油消耗量为2478万吨标准煤，其中用于燃料的比重约为70%，取燃油设备的效率为用电设备的7/9，故可估计出“以电代油”的理论潜力约为1098亿千瓦时；天然气消耗量为1582万吨标准煤，取燃气设备的效率为用电设备的9/10，故可估计出“以电代气”的理论潜力约为1158亿千瓦时。理论替代该地区电能替代的年替代电量的理论潜力如表3-4所示。东南大学工程硕士学位论文26表3-4某地区理论潜力替代对象煤石油天然气总计理论潜力(亿千瓦时)21271098115843833.4.2技术潜力3.4.2.1建筑领域潜力1、电（蓄热）集中采暖锅炉根据该地区燃煤自采暖调查数据，2018年该地区燃煤自采暖年耗煤量3.8万吨。取采暖的煤炭热值27兆焦/千克，并取燃煤采暖热效率值为0.5，电采暖的热效率值为0.95，则可估算出技术可行替代电量潜力约为1.5亿千瓦时。2、电（蓄）冷中央空调电蓄冷空调机组主要替代燃气溴化锂制冷机组。根据调查，现有燃气溴化锂机组制冷面积约为650万平方米。取单位面积制冷量为150瓦/平方米，年制冷时间为1200小时，电蓄冷制冷能效为4。于是可以计算出新的五年计划期间燃气溴化锂的技术可行替代电量潜力约为2.9亿千瓦时。而根据电蓄冷空调的发展，预计新的五年计划期间，该地区新增电蓄冷空调机组技术可行替代电量约为12亿千瓦时。故电蓄冷空调机组的总的技术潜力约为14.9亿千瓦时。3、电热泵根据调查，该地区新的五年计划期间采用热泵的采暖/制冷的新增建筑面积约为5500万平方米。采暖时取单位面积制热量为35瓦/平方米，年采暖时间为900小时，采暖效率值为4；制冷时取单位面积制冷量为150瓦/平方米，年制冷时间为1200小时，制冷效率值为5。于是可以计算出新的五年计划期间新增建筑面积使用热泵的技术可行替代电量潜力约为24.75亿千瓦时。4、分散电采暖根据调查数据，该地区现有的分散电采暖面积约为5000万平方米，取单位面积制热量为35瓦/平方米，年采暖时间为900小时，电采暖效率值为0.9，可以计算出新的五年计划期间分散电采暖的技术可行替代电量潜力约为17.5亿千瓦时。3.4.2.2工业领域潜力1、工业（蒸汽）电锅炉工业（蒸汽）电锅炉的可替代对象分别是燃煤锅炉、燃油锅炉以及燃气锅炉。燃煤锅炉：根据现有技术，65蒸吨/小时及以下的燃煤锅炉具有电能替代的技术可行性。由调查数据可得，2015年该地区小于等于工业燃煤锅炉65蒸吨/小时年耗煤量621万吨。取煤炭热值27兆焦/千克，并取工业燃煤锅炉热效率值为第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划270.65，工业电锅炉热效率值为0.95，则可估算出技术可行替代电量潜力约为319亿千瓦时。燃油锅炉：根据调查数据，2018年该地区工业燃油锅炉的总容量为770蒸吨/小时。取年运行小时数为3000小时，工业电锅炉热效率值为0.95，则可估算出技术可行替代电量潜力约为17亿千瓦时。燃气锅炉：根据调查，燃气锅炉的总容量约为5300蒸吨/小时。取年运行时间3000小时，电锅炉热效率为0.95，则可估算出技术可行替代电量潜力约为117亿千瓦时。2、建材电窑炉根据调查数据，2018年该地区工业建材窑炉年耗煤量1246万吨。取煤炭热值27兆焦/千克，并取燃煤窑炉的热效率值为0.3，工业电窑炉热效率值为0.9，则可估算出技术可行替代电量潜力约为311亿千瓦时。3、冶金电炉根据调查数据，2018年该地区工业冶金工业的年耗煤量1947万吨。取煤炭热值27兆焦/千克，并取燃煤窑炉的热效率值为0.3，工业电窑炉热效率值为0.9，则可估算出技术可行替代电量潜力约为487亿千瓦时。4、矿山采选根据调查，该地区矿山采选设备燃油消耗量为5万吨，取燃油热值43兆焦/千克，并取燃油矿山采选设备的效率值为0.4，电动采选设备的效率值为0.8，则可估算出技术可行替代电量潜力约为3亿千瓦时。5、燃煤自备电厂替代根据调查数据，2018年该地区燃煤自备电厂年耗煤量1580万吨。取煤炭热值21兆焦/千克，取发电效率值为0.3，则可估算出技术可行替代电量潜力约为277亿千瓦时。6、油田钻机油改电根据调查，该地区约有油田燃油钻机100台，年耗燃油量约为4.8万吨。取燃油热值43兆焦/千克，并取燃油钻机的效率值为0.4，电动钻机的效率值为0.8，则可估算出技术可行替代电量潜力约为2.87亿千瓦时。7、油气管线电力加压根据调查，该地区油气管线燃油加压的年耗燃油量约为1.5万吨。取燃油热值43兆焦/千克，并取燃油加压设备的效率值为0.4，电力加压设备的效率值为0.8，则可估算出技术可行替代电量潜力约为0.9亿千瓦时。8、通用技术根据调查，该地区通用技术领域（包括电液锤、电动破碎机、电力空压机、东南大学工程硕士学位论文28电力鼓风机等领域）的技术可行潜力约为8.5亿千瓦时。3.4.2.3交通领域潜力1、电动汽车根据该地区交通规划，新的五年计划期间该地区计划推广电动汽车28万辆，技术可行替代电量潜力约为37亿千瓦时。2、轨道交通根据该地区交通规划，新的五年计划期间该地区新建地铁及有轨电车里程数约为750公里，新建电气化铁路里程约为1000公里，总的技术可行替代电量潜力约为60亿千瓦时。3、港口岸电2015年该地区已基本实现江河湖海港口(码头)岸电全覆盖，新的五年计划期间，计划实现泊位饱和覆盖。根据调查，该地区2019年计划新建500套岸电设施，年替代电量2亿千瓦时，故可估计新的五年计划期间技术可行替代电量潜力约为10亿千瓦时。4、机场APU根据调查，该地区拥有9个机场，共94个廊桥，2018年实现6个机场的54个廊桥APU覆盖，年替代电量2.93亿千瓦时。根据比例估计剩余廊桥的技术可行替代电量潜力约为2.2亿千瓦时。3.4.2.4农业领域潜力1、农业电排灌农业电排灌是指利用电水泵替代柴油机泵。该地区很早已实现机电灌溉，替代潜力有限。根据调查，农村现有柴油机泵年耗油量约为3万吨。取燃油热值43兆焦/千克，并取柴油机泵的效率值为0.4，电水泵的效率值为0.8，则可估算出技术可行替代电量潜力约为1.79亿千瓦时。2、农业生产电气化根据调查农业生产电气化领域的燃油和燃煤的技术可行潜力约为5.46亿千瓦时。3、农产品加工根据调查，该地区农产品加工的燃煤消耗量为10.7万吨。取煤炭热值27兆焦/千克，并取燃煤的热效率值为0.5，电炉灶的效率值为0.95，则可估算出技术可行替代电量潜力约为4.2亿千瓦时。3.4.2.5家居生活领域潜力1、电炊具生活用炊具被替代产品可为燃煤炉灶、燃气炉灶。第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划29燃煤炉灶：根据调查，该地区农村和城市燃煤炉灶耗煤量为10.7万吨。取煤炭热值27兆焦/千克，并取燃煤的热效率值为0.5，电炉灶的效率值为0.95，则可估算出技术可行替代电量潜力约为4.2亿千瓦时。燃气炉灶：根据调查，该地区有燃气炉灶1500万台，新的五年计划期间预计增加350万台。取每台年耗气量为200立方米，燃气热值37兆焦/立方米，燃气炉灶热效率0.6，电炉灶的热效率0.95，则可估算出新的五年计划期间技术可行替代电量潜力为240亿千瓦时。2、热水器根据调查，该地区现有燃气热水器数量约为500万个，新的五年计划期间预计增加150万个。取每台燃气热水器年耗气量为200立方米，燃气热值37兆焦/立方米，热效率0.85，电热水器的热效率值为0.95，则可估算出新的五年计划期间技术可行替代电量潜力为120亿千瓦时。3.4.3经济潜力及环保潜力3.4.3.1建筑领域潜力1、电（蓄热）集中采暖锅炉电（蓄热）集中采暖锅炉改造项目中，根据现有采暖非电锅炉使用情况估算可得，若电锅炉代替燃煤锅炉，其临界电价约为0.236元/千瓦时，如表3-5所示；若被替代锅炉为燃气炉，则其临界电价约为0.2625元/千瓦时。蓄热电锅炉的负荷特性为低谷时段用电蓄热,高峰时段放热。它享受优惠电价的政策，是一种新型高效、节能的电加热产品。已知低谷时的优惠电价为0.3867元/千瓦时，与临界电价相比较高。可知，该项目不具备经济性。表3-5电采暖与采暖非电锅炉燃耗比较电锅炉采暖非电锅炉单位电能所替代能量1kWh2.03MJ能源品种电煤炭单位燃料耗费(元)0.236根据调查，71家单位中仅有两家有意愿进行替代，燃煤量约为160吨，按比例估算经济可行潜力约为63万千瓦时。由于燃煤导致环境污染问题，该地区实施2019年要完全淘汰现有的10蒸吨/小时及以下的燃煤锅炉的计划。根据调查表，除两家外，其余采暖锅炉均属于该项计划范畴之内，年耗煤量约为3.6万吨，按比例估算环保可行潜力约为1.42亿千瓦时。2、电（蓄）冷中央空调东南大学工程硕士学位论文30电蓄冷空调技术项目中，根据现有燃气溴化锂制冷机组使用情况，计算可得临界电价为0.335元/千瓦时，如表3-6所示。电蓄冷的负荷特性与蓄热锅炉类似，享受优惠电价时，具备经济性。表3-6电蓄冷空调与燃气溴化锂制冷机组燃耗比较电蓄冷空调燃气溴化锂制冷机组单位电能所替代能量1kWh4.98MJ能源品种电天然气单位燃料耗费(元)0.335根据该地区电力公司统计数据，该地区2018年电蓄冷空调共替代电量1.1亿千瓦时，故估计新的五年计划期间的经济可行潜力约为5.5亿千瓦时。环保可行潜力与经济可行潜力相同。3、电热泵根据调查，该地区新的五年计划期间采用热泵的采暖/制冷的新增建筑面积约为5500万平方米。采暖时取单位面积制热量为35瓦/平方米，年采暖时间为900小时，采暖效率值为4；制冷时取单位面积制冷量为150瓦/平方米，年制冷时间为1200小时，制冷效率值为5。于是可以计算出新的五年计划期间新增建筑面积使用热泵的技术可行替代电量潜力约为24.75亿千瓦时。经济可行潜力与环保可行潜力与技术可行潜力相当。4、分散电采暖采暖非电锅炉改造项目中，大多数改造目标为分散式蓄热电锅炉，根据现有采暖非电锅炉使用情况估算可得，若电锅炉代替燃煤锅炉，其临界电价约为0.236元/千瓦时；若被替代锅炉为燃气炉，则其临界电价约为0.2625元/千瓦时，如表3-7所示。蓄热电锅炉的负荷特性为低谷时段用电蓄热，高峰时段放热。它享受优惠电价的政策,是一种新型高效，节能的电加热产品。已知低谷时的优惠电价若高于0.3元/千瓦时，则与临界电价相比较高，使项目不具备经济性。表3-7电采暖与采暖非电锅炉燃耗比较电锅炉采暖非电锅炉单位电能所替代能量1kWh2.03MJ能源品种电煤炭单位燃料耗费(元)0.236单位电能所替代能量1kWh4.5MJ能源品种电天然气单位燃料耗费(元)0.2625第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划31根据调查数据，该地区现有的分散电采暖面积约为5000万平方米，取单位面积制热量为35瓦/平方米，年采暖时间为900小时，电采暖效率值为0.9，可以计算出新的五年计划期间分散电采暖的技术可行替代电量潜力约为17.5亿千瓦时。经济可行潜力与环保可行潜力与技术可行潜力相当。3.4.3.2工业领域潜力1、工业（蒸汽）电锅炉燃煤锅炉：根据该地区物价水平，取电价0.66元/度，煤炭价格334元/吨，则可得到单位能量的价格如表3-8所示。表3-8设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃煤电获得1度电能量所需费用（元）0.06850.66故可以发现获得单位能量所需的燃煤费用远远小于用电费用。该地区对于燃煤锅炉替代进行3万元/蒸吨的补贴。根据燃煤工业锅炉的调查数据，由各家年燃煤消耗量和燃煤锅炉容量，可以计算20年的成本收益，发现均不具有经济性，故经济可行潜力为0。根据该地区大气污染防治条例，该地区强制淘汰10蒸吨/小时及以下的高污染燃煤锅炉。由调查数据可得，该地区工业燃煤锅炉10蒸吨/小时及以下的总耗煤量约为363万吨，根据比例估算环保可行潜力约为186亿千瓦时。燃油锅炉：根据该地区物价水平，取电价0.66元/度，燃油热值为43兆焦/千克，燃油锅炉热效率0.85，燃油价格1200-5000元/吨，则可得到获得单位能量的燃料费用和用电费用，如表3-9所示。表3-9设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃油电获得1度电能量所需费用（元）0.1182-0.49250.66故可以发现获得单位能量的燃油价格低于用电价格。该地区现阶段燃油锅炉的替代补贴为3万元/蒸吨，根据燃油工业锅炉的调查数据，各家根据年燃油消耗量和燃油锅炉容量，可以计算20年的成本收益，发现均不具有经济性，故经济可行潜力为0。根据该地区大气污染防治条例，该地区强制淘汰10蒸吨/小时及以下的高污染燃料锅炉。由调查数据可得，该地区工业燃油锅炉10蒸吨/小时及以下的总蒸吨数为296蒸吨/小时，根据比例估算环保可行潜力约为6.5亿千瓦时。燃气锅炉：根据该地区物价水平，取电锅炉电价0.66元/度，燃气价格2.5元/立方米，燃气锅炉热效率为0.85，燃气热值为36兆焦/立方米，则可得到单位能东南大学工程硕士学位论文32量的价格如3-10所示。表3-10设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃气电获得1度电能量所需费用（元）0.29410.66表3-10表明单位能量所需的燃气费用小于用电费用，而现阶段没有以电代气的价格补贴政策，可取补贴占比为1%，故其经济可行潜力为1.17亿千瓦时。并且天然气和电均为清洁能源，故环保可行潜力与经济可行潜力相当。2、建材电窑炉根据该地区物价水平，取电价0.66元/度，煤炭价格334元/吨，则可得到单位能量的价格如表3-11所示。表3-11设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃煤电获得1度电能量所需费用（元）0.0890.66故可以发现获得单位能量所需的燃煤费用远远小于用电费用。该地区燃煤窑炉补贴政策每蒸吨补贴3万元以内。根据工业燃煤窑炉的调查数据，由各家年燃油消耗量和燃油锅炉容量，可以计算20年的成本收益，发现均不具有经济性，故经济可行潜力为0。由于建材窑炉的污染问题，该地区大力推进关停工作。2018年该地区建材窑炉的替代电量为30亿千瓦时，则可估计新的五年计划期间的环保可行潜力约为150亿千瓦时。3、冶金电炉根据该地区物价水平，取电价0.66元/度，煤炭价格334元/吨，则可得到单位能量的价格如表3-12所示。表3-12设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃煤电获得1度电能量所需费用（元）0.0890.66故可以发现获得单位能量所需的燃煤费用远远小于用电费用。该地区燃煤窑炉补贴政策每蒸吨补贴3万元以内。根据工业燃煤窑炉的调查数据，由各家年燃油消耗量和燃油锅炉容量，可以计算20年的成本收益，发现均不具有经济性，故经济可行潜力为0。由于冶金窑炉的污染问题，该地区大力推进关停工作。2018年该地区冶金窑炉替代电量为39亿千瓦时，则可估计新的五年计划期间的环保可行潜力约为195亿千瓦时。第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划334、矿山采选根据该地区物价水平，取电价0.66元/度，燃油价格6500元/吨，则可得到：表3-13设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃油电获得1度电能量所需费用（元）1.42680.66故用电力矿山采选的单位能量所需费用远远小于燃油，取单台的电能替代总费用小于1000万元，替代后年用电量100万度，估算出回收期小于20年，即具有经济性，所以经济可行潜力与技术可行潜力相当。由于燃油导致环境污染问题，故环保可行潜力与技术可行潜力相当。5、燃煤自备电厂替代2015年该地区推进关停燃煤自备电厂行动，替代自备电厂1.5亿千瓦时，故可估计新的五年计划期间的经济可行潜力和环保可行潜力约为7.5亿千瓦时。6、油田钻机油改电根据该地区物价水平，取电价0.66元/度，燃油价格6500元/吨，则可得到单位能量的价格如表3-14所示。表3-14设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃油电获得1度电能量所需费用（元）1.42680.66故用电钻机单位能量所需费用远远小于燃油钻机，取单台的电能替代总费用小于200万元，替代后年用电量20万度，估算出回收期小于20年，即具有经济性，所以经济可行潜力与技术可行潜力相当。由于燃油导致环境污染问题，故环保可行潜力与技术可行潜力相当。7、油气管线电力加压根据该地区物价水平，取电价0.66元/度，燃油价格6500元/吨，则可得到单位能量的价格如表3-15所示。表3-15设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃油电获得1度电能量所需费用（元）1.42680.66故用电力加压设备的单位能量所需费用远远小于燃油加压设备，取单台的电能替代总费用小于200万元，替代后年用电量20万度，估算出回收期小于20年，即具有经济性，所以经济可行潜力与技术可行潜力相当。由于燃油导致环境污染问题，故环保可行潜力与技术可行潜力相当。8、通用技术东南大学工程硕士学位论文34根据调查，该地区通用技术领域（包括电液锤、电动破碎机、电力空压机、电力鼓风机等领域）的技术可行潜力约为8.5亿千瓦时。经济可行潜力和环保可行潜力与技术可行潜力相同。3.4.3.3交通领域潜力1、电动汽车根据该地区交通规划，技术可行替代电量潜力约为37亿千瓦时。经济可行潜力和环保可行潜力跟技术可行潜力相当。2、轨道交通根据该地区交通规划，新的五年计划期间该地区总的技术可行替代电量潜力约为60亿千瓦时。经济可行潜力和环保可行潜力跟技术可行潜力相当。3、港口岸电港口岸电分为高压岸电和低压岸电，高压岸电替代的是重油发电，低压岸电替代轻油发电。根据该地区物价水平，取重油价格1600元/吨，轻油价格6000元/吨。取重油和轻油发电的效率为0.3，重油热值为40兆焦/千克，轻油热值为45兆焦/千克，港口岸电的电费(含服务费)为1.2元/度。则可得到单位能量的价格如表3-16所示。表3-16设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型重油轻油电获得1度电能量所需费用（元）0.481.61.2故获得1度电能量所用的重油发电费用小于用电费用，而轻油发电费用大于用电费用。故对于高压岸电无经济性。对于低压岸电，取单台柴油发电机的总购买和安装费用小于5万元，替代后年用电量10000度，估算出回收期小于20年，即具有经济性，而根据调查低压岸电的比例为0.9左右，故可得到经济可行潜力约为9千瓦时。由于重油发电造成环境污染，根据环保政策需强制淘汰，故高压岸电具有环保可行潜力。综上，岸电总的环保可行潜力为10亿千瓦时。4、机场APU机场桥载电源项目中，根据现有飞机燃油辅助动力装置使用情况，计算可得桥载电源临界电价为1.385元/千瓦时，如表3-17所示。取电价0.66元/度，则该项替代项目具有经济性。第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划35表3-17桥载电源与燃油辅助动力装置燃耗比较桥载电源燃油辅助单位电能所替代能量1kWh4.012MJ能源品种电柴油燃料耗费(元)1.385根据调查，该地区几场APU年替代电量2.93亿千瓦时。根据比例估计剩余廊桥的技术可行替代电量潜力约为2.2亿千瓦时。按0.66元/千瓦时计算电价，则使用桥载电源每度电节省0.725元，一年共节省1.595亿元，则桥载电源项目两年之内可以收回成本。经济可行潜力和环保可行潜力跟技术可行潜力相当。3.4.3.4农业领域潜力1、农业电排灌根据该地区物价水平，设电价0.5元/kWh，农村柴油价格6500元/吨，则可得到单位能量的价格如表3-18所示。表3-18设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃油电获得1kWh能量所需费用（元）1.36040.625故可以发现获得单位能量所需的燃油费用大于用电费用，取单台的电能替代费用小于1万元，替代后年用电量6000度，则可估算出回收期远小于20年，故此种替代具有经济性。此外，由于燃油导致的环境污染问题，故以电水泵替代燃油水泵具有很大的环境效益。综上，经济可行潜力和环保可行潜力应与技术可行潜力相同。2、农业生产电气化根据调查农业生产电气化领域的燃油和燃煤的技术可行潜力约为5.46亿千瓦时。经济可行潜力和环保可行潜力与技术可行潜力相同。3、农产品加工根据该地区物价水平，取电价0.39元/度，煤炭价格334元/吨，则可得到单位能量的价格如表3-19所示。表3-19设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃煤电获得1度电能量所需费用（元）0.0890.4105故燃煤相对于电具有经济优势。由于对于燃煤炉灶缺乏经济补贴政策，取补东南大学工程硕士学位论文36贴占比为70%，故经济可行潜力约为2.94万千瓦时。环保可行潜力与经济可行潜力相当。3.4.3.5家居生活领域潜力1、电炊具对于燃煤炉灶：根据该地区物价水平，取电价0.39元/kWh，煤炭价格334元/吨，则可得到单位能量的价格如表3-20所示。表3-20设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃煤电获得1kWh能量所需费用（元）0.0890.4105故燃煤相对于电具有经济优势。由于对于燃煤炉灶缺乏经济补贴政策，取补贴占比为2%，故经济可行潜力为840万千瓦时。并且对于居民用的燃煤炉灶缺乏环保政策限制，故环保可行潜力与经济可行潜力相当。对于燃气炉灶：根据该地区物价水平，取电价0.52元/kWh，燃气价格2.5元/立方米，则可得到单位能量的价格如表3-21所示。表3-21设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃气电获得1kWh能量所需费用(元)0.40540.5474故可以发现获得单位能量所需的燃气费用小于用电费用，而现阶段缺乏以电代气的经济补贴政策，取补贴占比为2%。故其经济可行潜力为4.8亿千瓦时。并且天然气和电均为清洁能源，故环保可行潜力与经济可行潜力相当。2、热水器根据该地区物价水平，取电价0.52元/度，煤炭价格334元/吨，则可得到单位能量的价格如表3-22所示。表3-22设备单位能量所需的燃料费用和用电费用比较能源类型燃气电获得1度电能量所需费用（元）0.28620.5778故可以发现获得单位能量所需的燃气费用小于用电费用，而现阶段缺乏以电代气的经济补贴政策，取补贴占比2%，故其经济可行潜力为2.4亿千瓦时。并且天然气和电均为清洁能源，故环保可行潜力与经济可行潜力相当。第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划373.4.4各领域潜力汇总各领域潜力汇总如表3-23所示。表3-23各领域潜力汇总（单位:亿千瓦时）潜力汇总（亿千瓦时）技术可行经济可行环保可行建筑电（蓄热）集中采暖锅炉1.50.00631.42电（蓄）冷中央空调14.95.55.5电热泵24.7524.7524.75分散电采暖17.517.517.5工业工业（蒸汽）电锅炉4530193.67建材电窑炉3110150冶金电炉4870195矿山采选333燃煤备电厂2777.57.5油田钻机油改电2.872.872.87油气管线电力加压0.90.90.9通用技术8.58.58.5交通电动汽车373737轨道交通606060港口岸电101010机场APU2.22.22.2农业农业电排灌1.791.791.79农业生产电气化5.465.465.46农产品加工4.22.942.94家居电炊具244.24.8844.884电热水器1202.42.4合计20871977373.4.5成本疏导方案在现行价格、投资、补贴等政策条件下，根据3.4.3节对各项目的成本收益计算可知，部分项目若无政策补贴将不具有经济性，且从环保角度与电能利用无明显劣势。本节对该类不具有经济可行性且环保可行性低的项目，计算理论上所需的补贴电价，作为电能替代项目实施方的电价优惠补贴建议，以帮助项目用户进行成本疏导，从而创造经济可行性。本节以工业非电锅炉改造项目、采暖非电锅炉替换项目、电窑炉替代燃煤冲东南大学工程硕士学位论文38天炉项目以及电热水器替代项目为例说明补贴优化电价的计算过程。各项目需要补贴的电价额度如表3-24所示。表3-24电能替代各项目需要补贴的电价额度情况补贴单价(元/kWh)项目替代电量(亿kWh)补贴总额(亿元)工业燃煤锅炉改造0.591513378.6695工业燃油锅炉改造0.33510.53.5175工业燃天然气锅炉改造0.3659105.338.5292电（蓄热）集中采暖锅炉0.2320.10.0232建材电窑炉0.57116191.931电热水器0.2916117.634.2922总计246.96263.5电能替代规划3.5.1规划方法电能替代的规划方法如图3-2所示，首先建立筛选模型，计算出可行技术设备替代后可实现的替代电量潜力及其相应的经济效益数据，根据评估指标排序，选出替代潜力较大并且易于实施的替代备选措施和行业进行电能替代规划。根据潜力测算地区未来数年规划期内的分技术领域的电能替代目标，确定各替代措施的实施规模并计算出相应的投资估算。第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划39图3-2电能替代规划方法示意图电能替代的规划主要是根据历史数据制定规划期各年的总目标根据潜力测算值设定，一般在一定时期内完成所有潜力设定的全部设备改造工作。电能替代的投资估算则是根据本地区实际的设备价格和工程结算情况，给出各类电能替代规划项目的单位工程综合造价表。主要分为分技术领域投资、分年度投资、以及分利益方投资。其中分利益方投资按照电网公司投资（配套电网建设）和用户工程投资两个方面进行计算。3.5.2规划目标制定规划目标可以根据以电代煤、以电代油、以电代气分别制定目标，制定原则如下：1、以电代煤规划目标制定原则根据某省大气污染防治行动计划，到规划年全省煤炭消费量的终端能源占比东南大学工程硕士学位论文40要降低到65%以下。为实现目标将分阶段、分区域对各类锅炉按国家和地方排放标准完成整治；对10蒸吨/小时以上锅炉，综合运用集中供热、清洁能源或可再生能源替代、提高标准改造等措施，实施整合、改造或淘汰。2、以电代油规划目标制定原则按照技术难度逐步替代，包括燃油锅炉，燃油隧道炉，燃油油田钻机，柴油机泵，燃油起重机，飞机燃油辅助动力装置，船舶辅助柴油发电机，燃油汽车、摩托车、三轮车，柴油机泵。3、以电代气规划目标制定原则按照技术发展趋势，做好替代准备，主要包括燃气壁挂式采暖炉，燃气锅炉，燃气溴化锂制冷机组，燃气热水器，燃气炉灶。依此该地区新的五年计划期间的电能替代总的目标为566亿千瓦时，在电能替代工作初期，按技术可行潜力进行规划，在电能替代工作发展期和成熟期，可按经济可行或环保可行进行规划；各行业和各技术及各分年目标可根据总目标平均分到各年份，根据3.4.4节测算潜力得到各技术的分年替代目标如表3-25所示。表3-25该地区新的五年计划期间电能替代规划（单位：亿千瓦时）潜力汇总（亿千瓦时）20182019202020212022合计建筑电（蓄热）集中采暖锅炉0.250.260.270.280.281.34电（蓄）冷中央空调0.870.910.930.980.994.68电热泵4.274.474.594.804.8823.00分散电采暖2.782.922.993.133.1815.00工业工业（蒸汽）电锅炉25.5826.8027.5328.7529.24137.90建材电窑炉17.4418.2718.7719.6019.9394.00冶金电炉27.2428.5329.3130.6131.13146.81矿山采选0.450.480.490.510.522.45燃煤备电厂0.690.720.740.770.793.71油田钻机油改电0.530.560.570.600.612.87油气管线电力加压0.140.140.150.150.150.73通用技术1.581.651.701.771.808.50交通电动汽车6.867.197.397.717.8437.00轨道交通11.1311.6611.9812.5112.7260.00港口岸电1.861.942.002.082.1210.00机场APU0.410.430.440.460.472.20第三章基于自然增长率的电能替代潜力测算与规划41农业农业电排灌0.280.290.300.310.321.50农业生产电气化1.011.061.091.141.165.46农产品加工0.510.530.550.570.582.73家居电炊具0.440.460.470.490.502.37电热水器0.730.770.790.820.843.95合计1051101131181205663.5.3投资计算投资估算分为用户投资和配套电网建设投资两部分。用户投资是通过测算各个技术的用户投资单位容量费用，然后与总替代容量相乘来计算。配套电网建设投资估算与之类似，取单位替代用电容量的平均配套电网建设费用为800元/kVA。计算结果如表3-26所示。表3-26该地区新的五年计划期间电能替代投资估算领域用户单位投资费用（元/kVA）新五年替代用电容量（kVA）用户工程投资（万元）配套电网建设投资（万元）总投资费用（万元）建筑电（蓄热）集中采暖锅炉1118134000149811072025701电（蓄）冷中央空调582623400013632818720155048电热泵5294115000060881092000700810分散电采暖232150000034800120000154800工业工业（蒸汽）电锅炉11182758000308344220640528984建材电窑炉18921566667296413125333421747冶金电炉18922446833462941195747658688矿山采选53940833220132675468燃煤备电厂86007420063812593669748油田钻机油改电26219133350131530720320油气管线电力加压26248667127538935168通用技术200850000170006800085000交通电动汽车217292500020091074000274910东南大学工程硕士学位论文42轨道交通1000001200000120000009600012096000港口岸电950153846146151230826923机场APU93531884298125515532农业农业电排灌27275000204060008040农业生产电气化30027300081902184030030农产品加工40054600218443686552家居电炊具307948002910758410494电热水器55015800086901264021330总数13312113960664141944401116853153112933.6本章小结本章对目前市场上主要的电能替代技术进行了总结，并按照用能领域对各个设备技术潜力进行分类。进而提出电能替代的潜力测算方法，包括理论潜力、技术可行潜力、经济可行潜力以及环保可行潜力。其中，经济可行潜力是推进替代项目的关键所在，也是实施者拟定扶持政策的经济依据。本文利用运行成本分析法对电能替代项目的经济效益建模，并根据内部收益率长期预测项目收回成本的可能性及时限，以鉴别用户的替代意愿。依据敏感度分析对经济不可行的项目进行价格补贴分析，从而为该类项目的补贴政策提供依据。通过算例分析，对某地区的各类替代技术潜力进行全面的分析和计算，并总结该区域的总替代量。针对不具有经济可行潜力的替代项目，算例给出了具体的成本疏导价格补贴方案。对于电能替代规划，则是根据测算得到的潜力值制定电能替代分年和分技术领域的规划目标，并且根据单位容量投资对规划期内的电能替代投资进行估算。第四章基于变量灰色模型的电能替代潜力预测方法研究43第四章基于多变量灰色模型的电能替代潜力预测方法研究本章首先分析影响电能替代的主要因素，然后通过灰色关联度理论量化影响电能替代的因素，基于关联度大小及发展趋势，建立并选择合适的多变量灰色模型MGM(1,n)，最后基于该模型拟合并预测累计电能替代量。4.1电能替代潜力的影响因素指标电能替代受到技术发展、经济性、环保要求、政策措施、运营模式等多方面因素的综合影响。以美国为例，美国的电能替代推进主要是通过节能服务公司和政府共同推进，具有高效和科学的特点，这得益于美国发达的合同能源管理产业。中国国家电网公司于2015年发布了《全面深入推进电能替代行动计划》，部署了各类电能替代技术的推广任务，探索以合理的运营模式，利用市场化方式推进电能替代，并提出激励政策支持等。建立影响电能替代的主要因素指标，通过对终端电能替代其他能源的影响因素进行分析规整，可以将影响因素中的各指标分为经济性指标、政策性指标、技术性指标。4.1.1技术发展因素技术进步可以推动电气化水平的提高，也是电能替代有效开展的基础。电气化水平一般指终端电能消费总量占全部能源消费量的比重，电气化水平这一指标反映了全社会用能的先进性。在工业中，有些生产流程需要使用非电力的动力能源，如钢铁行业需要使用焦炭，化工行业需要使用天然气等，无法使用电能来替代，为更科学地表达电能替代受技术发展的影响程度，本文使用某时期实际电能消费除实际电能消费加理论电能消费的和得到的比值，来表示技术发展对电能替代的影响程度，如式（4.1）所示：()()()()pptEnTnEnEn(4.1)式中，Tn为n年的电能替代技术发展水平；pEn为第n年的实际电能消费；tEn为n年的矿物能源的等效电能消费。矿物能源的等效电能消费是指将全社会所有矿物能源消费总量按热当量折算成电能消费的数值量，其值的转化不考虑技术可行性和经济可行性，但要计及用能效率，计算公式（4.2）：ijtiijijEnEn(4.2)式中，ijEn为第n年的第i种矿物燃料的第j种行业的能耗量；ij为第i种矿东南大学工程硕士学位论文44物能源的第j种行业的用能效率；i为第i种矿物能源与电能的折合比例。4.1.2经济影响因素终端电能需求取决于经济的增长水平，一个地区经济发展水平高，在同样的生产结构下，其电气化程度就高，电能消耗占比也高。在能源研究的资料中，国外学者普遍认为人均国内生产总值是影响电力需求的重要因素，经济增长与电力需求增长具有强相关性[33]。本章用人均国内生产总值，来反映经济发展对电能替代的影响。计算公式如下式：pGnGnPn(4.3)式中：pGn为第n年人均国内生产总值；Gn为第n年的国内生产总值；Pn为第n年的总人口数。4.1.3政策措施因素电能替代的深入推进需要相应政策措施支撑和引导。目前各级政府和机构已出台了一系列规划方案和推进政策。2016年5月，国家发改委等八部门联合印发了《关于推进电能替代的指导意见》，首次将电能替代上升为国家落实能源战略、治理大气污染的重要举措。之后国家部委又陆续出台了京津冀煤改电、船舶与港口防治专项行动等电能替代政策要求，各地配套政策也相继落地。这些政策不仅在主观上宣传了电能替代工作，也推动了电能替代的基础建设，主要表现在电力的基础设施建设加快了，电能供应的边际成本下降了，提高了电能在终端能源市场上的竞争力，本章采用新建电力固定资产投资与新建能源固定资产投资（包括电力、煤炭、石油和天然气）的比值pn来表示国家政策对电能替代发展的影响，如式（4.4）所示。()()()+()+()+()EECPNInPnInInInIn(4.4)式中：EIn、CIn、PIn、NIn分别为第n年新建电力、新建煤炭、石油和天然气的固定资产投资额；4.2基于多变量灰色预测模型的电能替代潜力回归模型电能替代量是预测分析电能替代潜力的重要数据，因此对其的量化定义尤为重要。对于基准年0T，假设终端用能格局保持不变，即终端各类能源比例与0T比例相同，则电能替代量neTQ是指第nT年电能消费相比于0T年基准消费的增加量。第四章基于变量灰色模型的电能替代潜力预测方法研究4500nnneTeeTTTTQQQQQ(4.5)式中，neTQ为nT年的电能实际消耗量，0eTQ为基准年0T的电能消耗量，0TQ和nTQ分别为基准年0T和nT年的所有能源总消耗量。电能替代在我国起步时间较晚，数据的样本小，且影响因素较多，传统的预测方法很难对其进行准确的预测。拟采用基于多变量的灰色预测模型对未来十年至三十年的电能替代潜力进行趋势预测。4.2.1灰色关联度理论由4.1节分析可以看出，影响电能替代的因素较多，要准确的进行电能替代预测首先要分析这些影响因素与替代电量关联度的大小，常用的方法是灰色关联度分析法。1)建立目标序列和影响因素序列目标序列，即累计电能替代量序列：1111((1),(2),...,())Xxxxn(4.6)结合实际，建立多个影响因素序列：((1),(2),...,());2,3,...,iiiiXxxxnim(4.7)2)将所有序列作标幺化处理可采用各序列的首元素作为标幺化的基底。''''((1),(2),...,()),1,2,...,(1)iiiiiixXxxxnimx(4.8)3)计算灰色关联系数依次计算影响因素序列与目标序列的差。记：''1()()();1,2,...,iijxjxjjn(4.9)建立差序列：((1),(2),...,())2,3,...,iiiinim；记第二级最大和最小差分别为∆max和∆min：maxminmaxmax(),minmin()iiijijjj(4.10)关联系数计算公式如下：minmaxmax(),(0,1)()ijj(4.11)4)得出灰色关联系数11()iijjn(4.12)4.2.2灰色预测模型东南大学工程硕士学位论文46著名的灰色系统理论由华中理工大学的邓聚龙教授于1982年提出并发展，在许多领域都有了广泛的应用。GM(1,1)模型是其中最经典的预测模型，该模型相比传统的基于统计分析的预测方法，优越性在于其需要的历史数据少，而传统的预测方法在数据量少的情况下，精度就得不到保证。它一般采用累加或者累减生成原始序列，这是为了弱化原始序列的随机性，得到光滑的、规律性较强的离散函数，因此该模型具有建模所需信息少、精度较高等特点。然而实际预测过程中，预测对象往往有多因素的影响，多变量灰色预测模型可以将主序列与影响因素序列共同建模，提高预测精度。具体来说，MGM(1,n)建模方法如下：1)生成原始主序列(0)(0)(0)(0)1111[(1),(2),,()]Xxxxn(4.13)2)选择并生成相关因素序列(0)(0)(0)(0)[(1),(2),,()],2,3,,iiiiXxxxnin(4.14)3)对所有序列作累加生成(1)(1)1()(),,1,2,,ijikxjxkijn(4.15)4)建立多变量灰色预测模型(1)(1)(1)(1)111112211(1)(1)(1)(1)221122221(1)(1)(1)(1)11221.........nnnnnnnnnndxaxaxaxbdtdxaxaxaxbdtdxaxaxaxbdt(4.16)记：11121212221212(,,...,)nnTnnnnnaaaaaaABbbbaaa，(4.17)则式(4.16)可以改写为1(1)dXAXBdt（）(4.18)5)对方程(4.15)作离散化处理(0)(1)1()(),1,2,...,,2,3,...,niijiijxkazkbinkm(4.19)第四章基于变量灰色模型的电能替代潜力预测方法研究47其中，(1)(1)(1)1()(()(1))2ijjzkxkxk(4.20)6)构造矩阵(0)(0)(0)1111111212222(0)(0)(0)1212(0)(0)(0)1212(2)(2)(2)(3)(3)(3)()()()nnnnnnnnnaaaxxxaaaxxxYHaaaxmxmxmbbb，(1)(1)(1)12(1)(1)(1)12(1)(1)(1)12(2)(2)(2)(3)(3)(3)()()()nnnxxxxxxLxmxmxm则式(4-19)可以改写为：1()TTHLLLY(4.21)7)方程(4-20)的解即为累加预测模型(1)(1)(1)11()((1)),1,2,...AkXkeXABABkn(4.22)(0)(0)(1)(1)XX(4.23)8)还原得到初始序列预测模型(0)(1)(1)()()(1),2,3,,XkXkXkkn(4.24)(0)(1)(1)(1)(1)(1)XXx(4.25)9)模型误差检验本文采用后验误差法，分别计算原始序列的均值和方差S2、残差序列的均值和方差S1。计算后验差比值：12/CSS小误差概率：(0)(0)2(())0.674PkS根据计算得到的C和P，按照表4-1评价模型精度。表4-1预测精度等级划分表等级PC等级PC好>0.95<0.35合格>0.85<0.45勉强>0.7<0.5不合格≤0.75≥0.65(0)x(0)东南大学工程硕士学位论文484.3算例分析算例使用的原始数据如表4-2所示。表4-22004-2015年我国电能替代相关研究数据年份实际电能消费/1015kJ理论电能消费/1015kJ新建电力资产投资/亿元新建能源资产投资/亿元人均GDP/元累计电能替代量/万吨标准煤20069.141321.1107630.71940.0016602.114271.90200710.482022.5680911.142517.3020337.116638.60200811.081023.34111276.003274.4023912.017530.90200911.892024.21432036.904419.2025962.618640.40201013.463029.98752936.205792.5030567.523060.90201115.150028.24164796.308199.3036017.624957.90201216.028032.97154867.108864.8039544.324957.90201317.463034.60345176.009998.0043320.128047.90201418.223035.33005628.2010324.4046628.529544.10201518.821035.26905614.749700.6250251.031257.25以累计电能替代量为主序列，实际电能消费，理论电能消费，新建电力资产投资，人均GDP为影响因素序列，计算各个影响因素序列与主序列的灰色关联度，计算结果如表4-3所示。表4-3累计电能替代量影响因素灰色关联度序号关联度1实际电能消费/1015kJ0.98462理论电能消费/1015kJ0.93593新建电力资产投资/亿元0.56674新建能源资产投资/亿元0.70485人均GDP/元0.8996计算结果表明，累计电能替代量的影响因素按照关联度从大到小排序依次为：实际电能消费、理论电能消费、人均GDP、新建能源资产投资、新建电力资产投资。故按照此顺序增加多变量灰色预测模型的影响因素序列个数，分别建立MGM(1,2)、MGM(1,3)、MGM(1,4)、MGM(1,5)、MGM(1,6)模型，由于MGM(1,5)、MGM(1,6)模型C值远大于1，结果完全失去了参考价值，故不展示，MGM(1,2)、第四章基于变量灰色模型的电能替代潜力预测方法研究49MGM(1,3)、MGM(1,4)模型的拟合及预测结果如图4-1所示。图4-1累计电能替代量MGM(1,n)拟合及预测曲线表4-4累计电能替代量MGM(1,n)模型精度评价表模型MGM(1,2)MGM(1,3)MGM(1,4)C0.42950.420.5341P111从拟合的效果来看，MGM(1,3)拟合的效果最好，但是该模型在2016年之后预测的全社会用电量迅速下降，这样的趋势显然是不合理的，故舍弃，MGM(1,4)亦是如此。MGM(1,2)模型预测的趋势合理，拟合精度较高，是合适的预测模型。具体的拟合结果见表4-5。表4-5累计电能替代量MGM(1,2)模型拟合结果年份20062007200820092010实际值(万吨标煤)14271.916638.617530.918640.423060.9拟合值(万吨标煤)14271.9017269.4918519.0019912.5421467.01误差0.00%3.79%5.64%6.82%-6.91%年份20112012201320142015实际值(万吨标煤)24957.924957.928047.929544.131257.25拟合值(万吨标煤)23201.3025136.5327296.2929706.9532397.97误差-7.04%0.72%-2.68%0.55%3.65%0500010000150002000025000300003500040000450002006200720082009201020112012201320142015201620172018累计电能替代量/万吨标准煤年份实际MGM(1,2)MGM(1,3)MGM(1,4)东南大学工程硕士学位论文50依次模型误差取各年份误差绝对值的平均数，计算得到该模型误差为3.73%。观察每年的误差，最大误差为-7.04%，说明对累计电能替代量建立MGM(1,2)模型，即选择实际电能消费作为单影响因素序列。模型对历史数据的拟合程度高，可以认为由此得到的预测结果是合理的，具体的预测结果如表4-6所示。表4-6累计电能替代量MGM(1,2)模型预测结果年份201620172018预测值(万吨标煤)35402.2838756.6742502.25总的来说，MGM(1,n)能提供多种曲线发展模式。选择合适的影响因素及个数，可以在保证拟合精度的同时，预测结果呈现合理的发展趋势。但是，增加影响因素个数不一定能够提高预测精度，应当具体问题，具体分析，选择合适的影响因素个数，建立最能拟合历史数据且发展趋势合理的多变量灰色预测模型。4.4本章小结本章首先分析了影响电能替代的技术因素、经济因素和政策因素，定义了表征这3种因素的定量计算模型：Tn为第n年的技术发展影响因素；pGn为第n年经济发展因素；pn为第n年政策影响因素；然后应用多变量灰色模型分析影响电能替代各因素的关联度并建立替代电量的预测模型，计算结果表明，MGM(1,2)模型最适合预测累计电能替代量，说明选择合适的影响因素及个数，可以保证拟合精度。第五章电能替代的推进措施分析51第五章电能替代的推进措施分析电能替代工作涉及许多领域，需要有多方面的支持和保障措施，才能有效快速的推进，才能够达到预期的效果。本章对于推进电能替代的政策需求进行分析，然后提出一系列措施建议。5.1政策需求分析5.1.1电能替代工作的主体分析电能替代工作的主体，包括用能用户、电网公司（输、配、售电商）、能源综合服务商、设备制造商以及政府和社会机构。其中，政府代表国家、全社会的整体利益，用能用户、电网公司等其他利益相关方均为商业性利益者，需要由市场手段进行配置资源、实现互利共赢。目前电能替代各参与主体的相互关系如图5-1所示。图5-1电能替代各参与主体的相互关系图针对不同的主体参与电能替代的效益和成本分析如下1、用能用户用能用户是电能替代实施的终端服务对象，参与电能替代的目标是减少直燃燃料和非电能源的消耗和能源支出，提高用能的安全性、可靠性和环保性。其主要受益来自于用能成本的降低以及节能减排后环境质量的改善。2、电网公司根据国家政策制定电能替代战略，积极推广电能替代技术发展及市场扩展。其主要受益可能来自于用电量增加带来的直接经济效益，也可能来自于配电网改东南大学工程硕士学位论文52造升级带来的供电质量提升。但是在工作初期，个别项目的经济效益不明显。3、综合能源服务商参与电能替代技术的推广，其主要受益来自于用户用电量增加带来的经济利益。4、设备制造商提供需要更换或升级的设备，其主要受益来自于设备销售及设备租赁等产生的经济效益。5、金融机构参与电能替代项目建设中的投资环节，参与融资、银行贷款等。其受益主要来自于投资活动中获得的经济回报。6、政府制定电能替代相关的优惠政策，并通过财政补贴手段，促进电能替代的开展。其主要受益来自于全社会经济效益，包括节能减排、能源结构优化、产业升级等。电能替代项目的盈利模式是产业培育初期的难点之一。电能替代项目的主要盈利模式包括：用电量增加带来的直接经济效益；针对特定用户提供差异化定制服务获得的经济效益；用户根据其用能要求及碳排放约束，采用合适的节能优化方案，节约的碳排放指标可以参与碳交易市场获取收益。在收入分配方式上，电能替代技术多样，不同规模项目需要的投资差异较大，且可能存在的投资主体多元，因而各方收入分配宜采用“谁投资、谁收益”的方式，可采取投资者与参与的利益相关方合理分成的模式。由于电能替代推进是一项新工作，而且具有一定的超前性、强制性，电能替代的推进工作仍然存在诸多困难。1、电能替代的政策不够充分全面，一些替代项目缺少完整的政策支撑。2、电能替代的资金短缺导致政策支持的连续性较差。电能替代对于燃煤和燃油设备的替代经济性不显著。为此，政府和电网公司需要投入大量的资金来支撑电能替代的实施，这无疑限制了电能替代的发展。3、电能替代的技术不够成熟，标准不够完善。一些替代技术无法满足用户的需求或可靠性无法得到用户信任，故限制了电能替代工作的推进。同时，标准的不够完善也限制电能替代相关产业的发展。4、电能替代的理念依然没有广泛传播，许多单位没有从长远角度认识这项计划的意义,导致替代积极性不高。为了克服这些困难，需要在资金、机制、标准等方面给出政策支撑。5.1.2总体政策框架第五章电能替代的推进措施分析53各类电能替代技术的特点不同、适用领域有差异，对支持政策的要求也不同。电能替代技术推广政策的制定，既要统筹兼顾，又要有所侧重。总的来看，可以按照以下原则进行：1、与经济发展新常态和电力市场化改革的发展趋势相适应，打破电力系统盈利和配电网投资的传统观点，建立增量售电和边际效益的新理念，谋求电网公司的长远利益和可持续发展；2、对当前政策和能源价格条件下已经具备经济性的替代技术，加强宣传、推动政府加大推广力度，争取政府出台激励性质的政策和方案。不过度追求价格和补贴政策；3、对在当前电价下没有经济性，但替代环境效益明显较好的，重点要争取强制性的环保限制政策，再争取价格政策和补贴政策。5.1.3环保类随着大气污染形势日益严峻，积极促请政府出台支持电能替代的环保类政策，在污染严重的地区逐步禁止直接燃煤、燃油等非清洁一次能源的使用，使用户不能使用高污染、低效率的用能方式并选择使用电能，制定提高清洁能源在终端用能占比等指标，扶持电能替代相关产业和技术的发展。具体政策需求包括：1、提高节能、环保达标标准。制定高于国家标准的散烧煤、直接燃油设施的限制性、禁止性环保标准，对企业窑炉、燃煤锅炉、燃油锅炉、港口船舶燃油等设备排放物加大检查监督力度，加快推进电能替代设备的应用范围，禁止有替代措施的散烧煤、燃油设施的继续使用；2、扩大蓄能装置应用范围。加大蓄能技术在建筑领域应用范围，促请政府出台政策，规定达到一定面积的新建建筑的必须采用蓄能技术。完善蓄能技术在绿色建筑中设计标准和评价标准，鼓励各地方政府出台应用蓄能装置的补贴政策，支持各地方政府对老旧建筑体开展蓄能改造，促进电力负荷移峰填谷，提高社会用能效率；3、争取推动政府提高燃油汽车排放标准，加快淘汰老旧燃油汽车，在公交车、公路养护等城市公共服务领域新增、更新车辆中推广应用节能和清洁能源运输装备。4、全面推进工业炉窑颗粒物治理。积极推广铸造、再生金属熔炼、玻璃等工业炉窑采用电能替代煤窑炉。5、扩大企业自备电厂中能耗高、污染重的火电机组关停范围，通过直接交易低价引入外省弃风、弃光电量，引导企业自备电厂实施“以大代小”替代发电。东南大学工程硕士学位论文545.1.4经济类对积极推广的电能替代而在现阶段无经济优势的项目给予奖励和补贴。利用各级政府污染防治、节能专项资金等资金渠道设立奖励基金，对政府推广、减少污染效果好的电能替代项目予以奖励，加大对电能替代推广应用的可持续支持力度。1、对于初期投资大的电能替代项目，给予项目投资的20%-30%建设补贴；2、对运营成本较高的项目，给予项目运营成本的30%-40%的运行补贴；3、对电能替代高效技术研发给予资金支持；4、对节能设备制造企业给予税费减免优惠；5、有条件的地区，对电力建设方因电能替代投入的配套电网建设费用给予不低于投资的30%的补贴。5.1.5价格类完善价格调节政策。1、鼓励电网企业加大电能替代配套电网建设改造，将建设改造投入纳入电网企业准许投资，纳入输配电价核算；2、完善峰谷电价政策，引导用户使用无污染、宜控制的电能设备；3、结合国家电力改革，将电能替代用电需求视为增量市场，探索建立发电侧与用电侧联动的价格机制。推动替代电量作为计划外发电增量，与高效环保机组发电企业开展市场化交易，每度电比计划内上网电价低，降低公司电能替代电量购电成本；5.1.6技术标准类“电能替代”产业处于发展期，个别生产企业恶性竞争，产品质量较差。需要制定相关产品标准和产业规范，指导产品质量、效果等的评价认定工作。需求政策：1、推动岸电系统国内、国际标准尽早出台，实现岸电国内互通，国际联动。尽快实现岸电运营平台的标准化建设，方便岸电使用及管理，提升岸电使用率；2、电能替代设备建设和运行标准需要制定和完善。电能替代产品准入制度需要制定和完善，加大标准的执行力度，加强电能替代设备的质量监管和售后保障。3、加大科研投入力度，依靠国内外科技力量攻克电能替代项目中涉及的关键技术，以最佳的材料和设备，生产出最优质的产品，从而形成良性循环。促进具有一定市场份额和竞争优势的企业进行整合，促进技术的发展，促进电网技术第五章电能替代的推进措施分析55和信息技术的进一步融合，推出高端产品，促进现代电能替代设备的生产与应用。5.1.7机制类建立联动机制。电能替代涉及范围广、技术类型多，促请各级政府根据地区用能特点，摸清潜力，找准定位，统筹规划推进电能替代工作，各级政府发改委、经信委、环保局、交通局，建设局等部门密切配合，分地区、分领域制定电能替代目标和任务。省能源局配合做好电力市场建设、直接交易、辅助服务机制等工作。各级电网企业提前介入、主动服务、做好配套电网接入、建设和改造工作。电能替代项目单位积极配合项目建设、运行，达到高质量实施。设备制造企业加大科技研发能力和制造水平，降低设备制造成本和运营成本。5.1.8宣传类部分电能替代产品，虽然具有较好经济性和减排效果，但由于用户不习惯使用或不愿意尝试，致使推广效果不好。需要政府加大对这些技术和设备的宣传力度，开展试点示范，并出台鼓励和引导性政策。同时，促请政府将电能替代、节能等知识纳入中小学生课程，向在校学生宣传电能相对其他能源的优越性，通过对在校学生宣传影响家长的用能习惯，进而促进全社会的节能、电能替代工作。5.2推进措施建议分析了政策需求，本节将向政府提出建议，以促进电能替代工作全面开展。5.2.1健全体制机制建立联动机制。电能替代涉及范围广、技术类型多，促请各级政府根据地区用能特点，摸清潜力，找准定位，统筹规划推进电能替代工作，各级政府发改委、经信委、环保局、交通局，建设局等部门密切配合，分地区、分领域制定电能替代目标和任务。省能源局配合做好电力市场建设、直接交易、辅助服务机制等工作。各级电网企业、电能替代项目单位及电能替代设备制造企业加大建设力度，确保项目建设好、用得好。加强内部机制建设。将电能替代潜力储备、挖掘前移到客户经理、用电检查员和农村供电所，融入营销业务流程，实现业务规范化、信息化管理，全方位推进电能替代工作。组建“千家能源服务联盟”。充分利用高校、科研机构、服务商等电能替代社会资源，线下协同推动电能替代；积极运用能源综合服务平台和国网电子商城，线上实现电能替代信息集成共享、开放互动。东南大学工程硕士学位论文565.2.2完善政策标准强化节能环保达标准入。严格环保和能效达标准入，加大对企业燃煤（油）锅炉、窑炉，港口船舶燃油等排放物的监督检查力度，加快推进空港桥载电源的应用范围，鼓励各地方政府在国家标准的基础上，出台更加严格的分散燃煤、燃油设施的限制性、禁止性环保标准。采取有效措施，确保电能替代的散烧煤、燃油切实压减。扩大蓄能装置应用范围。加大蓄能技术在建筑领域应用范围，促请政府出台政策，规定达到一定面积的新建建筑的必须采用蓄能技术。完善蓄能技术在绿色建筑中设计标准和评价标准，鼓励各地方政府出台应用蓄能装置的补贴政策，支持各地方政府对老旧建筑体开展蓄能改造，促进电力负荷移峰填谷，提高社会用能效率。健全电能替代市场机制。一是推动替代电量作为计划外发电增量，与高效环保机组发电企业开展市场化交易，每度电比计划内上网电价低，降低公司电能替代电量购电成本。二是推动电能替代项目参与直接交易，将通过特高压电网输送的弃风、弃光电量以直接交易的方式定向使用，替代项目实行单独计量、执行专项优惠电价，促使不具备经济性但前景广阔的分散式电采暖、工业锅炉、电窑炉等电能替代项目形成成本优势。优化电能替代价格机制。结合国家电力改革，将“煤改电”用电需求视为增量市场，探索建立发电侧与用电侧联动的价格机制。推动政府出台强制性淘汰政策。逐步淘汰燃煤锅炉，对于采用电锅炉替代原有燃煤锅炉的情况，给予一次性设备购置补贴以及每年给予一定的设备运营补贴。5.2.3落实配套资金促请各级地方政府根据自身实际情况，利用有效利用污染防治、节能等专项资金建立补贴基金，对前期建设投资较大和运营成本较高的电能替代项目给予20~40%的补贴；对电能替代高效技术研发的企业给予科技奖励资金支持、对节能设备制造企业给予税费减免优惠。鼓励电能替代项目单位创新融资渠道，可以申请企业债、低息贷款，采用PPP模式，解决项目融资问题。鼓励设备生产企业通过EMC模式、能源托管等方式推动电能替代项目实施。5.2.4加强配电网建设电网设施需要进一步加强。国家发改委于2015年对电网建设提出了更高的要求，在其《发改能源1899号》文件中明确指出电网基础设施处于一种劣势的第五章电能替代的推进措施分析57状态，因而需要进一步加强其能源转化能力，加大技术创新力度，确保电网建设能够满足人们群众对电力的需求，优化年度项目建设时序，加大配套工程建设和业扩报装环节管控，对电能替代项目实行项目包管理和建设周期限时机制，确保与客户工程同步建设、同步送电，严格落实业扩“先接入、后改造”原则，推行“业扩报装不受限”服务理念。优化电网配套建设流程。超前谋划电能替代配套电网建设改造项目，电能替代项目需要政府电力部门加大专项资金的投资力度，进而为其提供红线外的设备，确保技术的顺利进行；电能替代项目的一大亮点在于环保，因而需要为其开辟一条专项服务体系，确保其工作的高效完成，以此为前提条件建立电网接入工作。对此政府的相关部门需要对电能替代工作予以高度的配合，对其中涉及到的审批流程需高效且简便，这样才能促进电能替代项目的早日完成。5.2.5建立示范试验点示范试验点的建立具有一定的促进作用，但是示范点的建立标准是不一样的，这主要是考虑到地区经济和其他方面发展的不均衡性，进而示范点需要因地制宜，进而确保示范点起到良好的示范作用，带动周边地区的创业和创新，大力发展优势资源，进而促进优质项目的发展。进一步加强宣传度。随着时代的发展，越来越多的宣传手段和渠道可以充分利用，对此电能替代项目的常识和知识点需要宣传，尤其需要突出其的节能减排以及环保等多项作用，继而为其发展创造良好的环境，对于那些具有示范作用的电能替代项目要予以高度的支持，从而将电能替代、节能等知识纳入中小学生课程，向在校学生宣传电能相对其他能源的优越性，通过对在校学生宣传影响家长的用能习惯，进而促进全社会的节能、电能替代工作。5.2.6加强科研及培养技术的瓶颈要克服，其研发力度也要加强。对于技术而言，具有一定的自主性还是不够的，还需要与国际接轨，进而两者相结合，随后在电能替代项目中攻克其中涉及到的关键技术，加大科研投入力度，设备也需要进一步的优化升级，这样才能以最佳的材料和设备，生产出最优质的产品，从而形成良性循环。同时我们称这一系列为产—学—研—用等四大过程的结合体，而国家制定的《中国制造2025》政策需要进一步落实和执行，从而使得具有一定市场份额和竞争优势的企业进行整合，进一步促进技术的发展，电网技术和信息技术的融合进一步加深，推出高端产品，促进现代电能替代设备的生产与应用。建立完善且合理的技术标准制度，进而使得其统一规划和管理，确保制度与电能替代项目向匹配，与此同时要加强知识的转化和运用，这样才能生产出更加东南大学工程硕士学位论文58优质的电能替代产品；产品准入制度需进一步构建，一方面是为了确保产品的质量和市场，另一方面则是为了产品的售后，有助于提升企业的正面形象。5.3本章小结本章从电能替代的总体政策框架及环保、经济、技术标准、宣传、机制等方面阐述了政策需求，从健全体制机制，完善政策标准，落实配套资金，加强配电网建设，发挥示范引领，加强科研及培训几个方面给出了推进措施建议。这些举措对于推进电能替代工作具有重要意义。第六章结论与展望59第六章结论与展望6.1结论本文研究了电能替代的潜力分析与规划。从三个方面进行论述，包括能源消费结构分析，电能替代的潜力测算与规划，以及电能替代的推进措施分析。主要结论如下：1、通过统计年鉴数据分析某地区各种能源的消费总量及其变化以及能源供应的对外依存情况是一种有效的方法。通过分析可以掌握不同能源消耗的比例，发现能源消费结构及其变化趋势，从而找到某地区电能替代的方向。通过分析，地区能源结构逐年发生改变，能源结构发展方向越来越合理，二次能源的需求在不断增加，消费结构也越来越倾向于使用二次能源。但是能源结构还不很合理，煤炭消费量比例较高，电能替代的潜力较大。2、采用多项式拟合的方法对于今后5年的能源消费进行预测，可以了解地区能源结构的发展趋势，同时也作为电能替代的基础数据，后续的电能替代理论替代潜力以此为基础计算。3、电能替代潜力可分为理论潜力，技术可行潜力，经济可行潜力，以及环保可行潜力四种潜力。四种潜力的划分为电能替代工作的不同阶段表明了方向，理论潜力说明了工作的重要性和紧迫性，技术可行潜力表明了技术进步的程度，经济可行潜力表明了可实现的潜力，环保可行潜力表明了努力方向。4、根据年鉴和调研数据，结合用能设备的用能量、效率、以及能源价格对于四种潜力进行测算。然后，根据测算潜力制定分年、分技术领域的电能替代规划目标。并且，对于规划的投资按照用户投资和配套电网建设投资两部分进行估算。该潜力测算与规划方法具有实际的意义。5、为了客观预测电能替代的潜力，本文研究了基于多变量灰色预测模型的潜力预测方法，首先分析了电能替代的技术、经济、政策因素，建立了这些因素与电能替代的关联关系，然后以累计电能替代量为主序列，实际电能消费，理论电能消费，新建电力资产投资，人均GDP为影响因素序列，计算各个影响因素序列与主序列的灰色关联度，最后关联度分析表明累计电能替代量与实际电能消费有较强烈的关联度，预测精度达到较高精度。6、分别从健全体制机制，完善政策标准，落实配套资金，加强配电网建设，发挥示范引领，加强科研及培训等方面论述了政策的必要性，并给出了合理建议。分析表明：政府、电力公司、用户、电能替代产品生产厂家等各参与方通力合作，才能将电能替代工作做好。东南大学工程硕士学位论文606.2展望本文对于电能替代的潜力测算和规划进行有效的分析，但同时也存在一些不足。主要是在潜力测算领域，对于各个技术的测算方法比较粗略和宏观，对于经济性分析采用的是点分析（即价格，能效等均为单一的数值），而对于实际价格和相关参数大多是一个区间，这样采用区间分析更为科学和可靠。未来可在此方面开展研究。替代潜力随着技术、政策环境的变化及其经济的发展可能是一个动态变化的数值，一方面随着替代量的加大，剩余潜力更加难以被替代，另一方面技术进步了，潜力也可能加大，因此研究一种动态的潜力评估方法非常重要，也是一个重要的研究方向。我国地大物博，设备种类繁多，一个技术在不同的地区可能具有不同的特点和优势，因此电能替代和规划研究需要考虑地区差异，这方面需要加强研究。致谢61致谢行文至此，回望整个工程硕士的学习经历，仿佛就在上一秒之前。提笔忘字，竟忽然想起本科毕业时，多年的学习经历让我更加觉得学无止境，浩瀚的学海时时刻刻都有无穷无尽的知识等待着我辈努力探索、努力研究，彼时，在本科论文的致谢辞中，我懵懂写下“树立终生学习”之理念，此句轻巧，也是此时此刻方才略微明白其中的含义。工程硕士，望文生义，便是在工程实践中再次探寻理论新高度、新思路的一次契机。经过几年基层的工作经历，再次回到校园时，深刻感受到书本学习与工作实践之间有着密不可分的关联，日常工作琐碎，各方叨扰甚多，但是真正支持大家抽丝剥茧，处理繁杂实际事物的仍旧可以回到书本，甚至在某些教材的最初章节便可寻到解决方案。因此，整个工程硕士的学习旅程，不仅是集中精力，学习知识的一个终点，更是是仔细审视自己工作、学习轨迹，不忘初心，再次出发的起点。能够顺利完成学业，首先感谢陆于平教授的悉心指导，我们工程硕士的理论基础略显薄弱，陆教授细心教导，不厌其烦，我时时刻刻都能体会到教授身上的大师风采，深感学海无涯，必须时刻打起精神，朝着更高的方向努力。在日常的工作学习中，我的校外导师陈恒祥高工，也给与了我很大的帮助，通过普通工作的一点一滴，提高我的专业技术能力，并把相关的技术观点转化为理论经验，促使我在电力系统领域不断求索。同时，也感谢我工程硕士班的同学们，大家同为在工作岗位侵淫多年的普通学生，工程硕士的学习过程中，不免遇到各式各样的困难，大家互相关心，互相支持，感谢大家在共同学习道路的互相携持，互相帮助。当然，也要感谢我的家人，几年的学习过程中，我的家人无条件的支持我，让我没有后顾之忧，可以始终乐观，充满激情的面对学习和工作，没有你们，我更加无法顺利完成这篇论文。最后，再次感谢东南大学，我的母校。厚德载物，大学以无比包容的心态接受一切希望学习的学子，吾辈当以止于至善之心，发扬光热，学以致用，建设更加美好的国家。东南大学工程硕士学位论文62参考文献63参考文献[1]王志轩.绿色发展的长远之计[J].国家电网,2015,10(6):60-61.[2]吴刘星,边雪晴.中国化石能源消耗与空气污染和经济发展的关联性研究[J].现代商业,2015,10(24):262-264.[3]杨杰,何永秀,叶钰童,余蕾.电能替代项目中用户的经济性评价与分析[J].山东电力技术,2018,45(8):1-4.[4]白莉,周学志.夏热冬暖地区实行区域电蓄能供冷的可行性分析[J].电力需求侧管理,2008,10(3):40-42.[5]杨灵艳,徐伟,朱清宇,肖龙.国际热泵技术发展趋势分析[J].暖通空调HV&AC,2012,42(8):1-7.[6]李勇,解凯.蓄热电锅炉技术应用分析[J].河北电力技术,2009,28(2):41-45.[7]刘宇宏.龙门吊油改电工程对环境的正面影响[J].科技资讯,2011,15(26):34-35.[8]张志毅,李继斌,万广伟,朱晓梅.河南油田网电钻机改造方案与应用分析[J].石油地质与工程,2014,28(6):140-141.[9]辛凤影,王海博.电动汽车发展现状与商业化前景分析[J].国际石油经济,2010,3(14):20-24.[10]李斌.发展港口岸电系统助推全社会节能减排[J].电力需求侧管理,2015,17(4):1-6.[11]陈军.桥载设备替代飞机APU的节能减排成效[J].节能与环保,2010,21(10):54-56.[12]毛国圈.农田排灌配套电力设施管理探讨[J].中国电力企业管理(农电),2015,4(7):44-45.[13]牛纪德,周遵凯,杨先亮.电热水器运行方式与能耗的理论分析[J].山西建筑,2012,38(26):213-214.[14]吴玲,刘秋华,牛文琪.商饮服务业电能替代的推广与应用[J].经济导刊,2011,18(9):86-87.[15]常燕,陈武,张晓萱.节能投资新机制:合同能源管理[J].能源技术经济,2011,23(2):40-44.[16]许艳,李岩.合同能源管理模式的中美比较研究[J].环境科学与管理,2009,34(8):1-8.[17]J.Zou,X.Zhou,L.Dong,ThepathanalysisofenhancingChina'sindustrialcompetitivenessfromtheperspectiveofEnergyManagementContract,inProc.IEEEInt.Conf.onRSETE,June24-26,2011.[18]J.Zhang,G.Xu,L.Jai,andM.Chen,RiskcontrolofShared-Savingsprojectsinenergymanagementcontract,inProc.IEEEInt.Conf.onRSETE,June24-26,2011.[19]孙成勋,李红彦,李润琴,王旭.层次分析法在管理水平综合评价中的应用[J].环境科学与管理,2013,15(9):72-78.[20]刘婷婷,韩玉启,李新.关于层次分析法(AHP)的应用[J].机械管理开发,2006,11(10):68-70.[21]田芳.模糊综合评判法在风险分析中的应用[J].系统工程与电子技术,2003,25(2):174-176.[22]陈浩光,杨惠鹄,陈庆华.模糊计划中处理不确定性的模糊评判模型与方法[J].计算机工程与设计,2000,21(2):44-48.[23]戴永文．基于改进BP神经网络算法的企业可持续发展力评价研究［D］．南昌：南昌大学,2010.[24]朱晓彦．基于BP神经网络的企业环境行为信用评价的研究［D］．长沙：中南大学，2013.[25]卢亚蒙,李志鹏.基于灰色综合评价法的施工企业项目管理分析[J].价值工程,2014,32(15):188-189.[26]姜松,周虹.基于AHP与灰色综合评价法的重庆经济发展水平综合评定[J].现代经济,2009,8(7):9-11.[27]尹航.节能减排环境下电能替代其他能源评价方法研究[D].北京：华北电力大学,2013.东南大学工程硕士学位论文64[28]刘臣辉,吕信红,范海燕.主成分分析法用于环境质量评价的探讨[J].环境科学与管理,2011,36(3):183-186.[29]许淑娜,李长坡.对主成分分析法三个问题的剖析[J].数学理论与应用,2011,31(4):116-121.[30]DavidHawdona,PeterPearsonb.Input-outputsimulationsofenergy,environment，economyinteractionsintheUK[J].EnergyEconomics,1995,17(1):73-86[31]CarlaOliveira,CarlosHenggelerAntunes.Amulti-objectivemulti-sectoraleconomy-energy-environmentmodel:ApplicationtoPortugal[J].Energy,2011,36(5):2856-2866[32]RAldrich，FXLlauró，JPuig，PMutjé，MÁPèlach.AllocationofGHGemissionsincombinedheatandpowersystems:anewproposalforconsideringinefficienciesofthesystem[J].JournalofCleanerProduction,2011,19(9):1072-1079.[33]林伯强．结构变化、效率改进与能源需求预测——以中国电力行业为例[J]．经济研究，2003,6(5)：57-65．