一種電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗計算方法，主要包括：⑴設備全壽命周期能耗分析模型建立；⑵設備全壽命周期能耗曲線分析；⑶設備全壽命周期能耗管理評價指標體系。本發(fā)明所述電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗計算方法，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中可靠性低、成本高和能耗高等缺陷，以實現(xiàn)可靠性高、成本低和能耗低的優(yōu)點。
【專利說明】一種電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗計算方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及節(jié)能減排技術(shù)與電網(wǎng)設備能耗評估相結(jié)合的【技術(shù)領域】,具體地，涉及 一種電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗計算方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 能源是人類生存之本，是社會經(jīng)濟發(fā)展的基礎條件。但是在傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展模式下， 經(jīng)濟增長是以大量消耗能源與犧牲生態(tài)環(huán)境為代價的，由此也引發(fā)了威脅全球人類發(fā)展的 兩大嚴峻問題--能源危機和環(huán)境問題。對于我國來說，能源短缺非常嚴重，同時能源消費 數(shù)量卻極大，因此，節(jié)約能源刻不容緩。作為我國國民經(jīng)濟中重要的能源部門，電力行業(yè)的 節(jié)能減排具有重要的潛力及意義。
[0003] 電網(wǎng)企業(yè)在我國的電力工業(yè)中擔負著多重的角色職能，承擔著關鍵的經(jīng)濟責任和 重大的社會責任。建設節(jié)能型電網(wǎng)是實現(xiàn)電力行業(yè)的低碳化發(fā)展，是融入世界最新經(jīng)濟發(fā) 展、技術(shù)新浪潮的內(nèi)在要求。電網(wǎng)企業(yè)是資本密集型企業(yè)，固定設備資產(chǎn)比重達資產(chǎn)總額的 2/3且地域分布廣、范圍大、壽命周期長。電網(wǎng)設備從規(guī)劃、購置、安裝、調(diào)試、使用、維修、改 造和更新直至報廢，壽命周期多在數(shù)十年以上，涉及大量的能源消耗。因此，深入研究面向 電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗分析方法，對于電網(wǎng)行業(yè)實現(xiàn)全面、有效的節(jié)能減排無疑將發(fā) 揮重要作用。
[0004] 研究電網(wǎng)行業(yè)的節(jié)能刻不容緩，而研究電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗內(nèi)容與分析方 法是能源研究領域的重要發(fā)展方向。目前，在節(jié)能減排領域，全壽命周期分析更多用于能 耗和碳排放的測算分析上，針對電力行業(yè)的全壽命周期的能耗分析成果大部分都來自于國 夕卜，國內(nèi)對電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗與碳排放分析工作目前僅限于如下二個方面：一種 微觀的設備能耗研究，其專注于特定的或者典型的單一設備能耗分析計算研究；另一種是 宏觀的設備能耗研究，其專注于整個電網(wǎng)的能耗分析計算研究。單一電網(wǎng)設備能耗計算是 進行電網(wǎng)設備能耗分析的基礎理論，在此方面開展的研究比較多，且理論日趨成熟；相比較 于基礎理論，對電網(wǎng)設備全壽命周期能耗分析研究則不夠重視，現(xiàn)有的全壽命周期能耗分 析研究中，只是從宏觀或者微觀的角度對電網(wǎng)設備能耗進行簡單的計算，而沒有建立電網(wǎng) 設備全壽命周期能耗分析模型，不便于對電網(wǎng)中設備個體進行能耗分析管理。通過對電網(wǎng) 設備全壽命周期的能耗研究可以發(fā)現(xiàn)，對于不同類型的電網(wǎng)設備，在其壽命周期內(nèi)，主要能 耗階段劃分大致相同，如運行能耗、維護能耗等階段；同時，對于不同型號的同類設備，其能 耗也不會完全一致。對此，傳統(tǒng)設備能耗分析計算往往針對某一設備定制一套分析計算方 法，而這類計算有很多弊端，如對電網(wǎng)企業(yè)內(nèi)所有設備進行能耗強度分析時，難以進行不同 設備同一壽命期的能耗對比分析，不能直觀的反映對電網(wǎng)企業(yè)內(nèi)所有設備的能耗強度；同 時，一種設備的能耗計算模型也很難應用到其他電網(wǎng)設備的能耗計算上，從而造成大量的 人力和物力資源的浪費，從能耗分析計算的角度而言，是和節(jié)能本身相違背的。
[0005] 在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在可靠性低、成本高和能 耗局等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗計算方 法，以實現(xiàn)可靠性高、成本低和能耗低的優(yōu)點。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗計 算方法，主要包括：
[0008]⑴設備全壽命周期能耗分析模型建立：根據(jù)經(jīng)典的全壽命周期分析方法對設備全 壽命周期進行分解，對各階段設備能耗進行分析，并建立適用于電網(wǎng)設備的全壽命周期能 耗分析模型；
[0009]⑵設備全壽命周期能耗曲線分析：在設備全壽命周期能耗分析模型的基礎上， 從時間尺度上對設備能耗、能耗強度、能耗累積量進行分析并分別繪制基于設備全壽命周 期的能耗曲線、能耗強度曲線、能耗累積量曲線，在此基礎上，對三種能耗曲線關系進行分 析；
[0010]⑶設備全壽命周期能耗管理評價指標體系：從設備規(guī)劃投資、運維、故障方面著 手，分析影響設備全壽命周期能耗的關鍵因素,從中梳理出實施設備全壽命周期能耗分析 的關鍵指標并對其進行評價。
[0011] 進一步地，所述步驟⑴，具體包括：
[0012]將時間維度凸顯出來，即將設備全壽命周期在時間維度上劃分為如下五個階段， 即規(guī)劃建設能耗、運行能耗、維護檢修能耗、故障檢修能耗和報廢退役能耗：
[0013] 1· 1)建設投資能耗ECI :ECI主要包括制造能耗ECIm和安裝調(diào)試能SECIi，其中 ECIm能夠分解為：設備生產(chǎn)能耗、專用工具的使用能耗、輔助設備制備能耗以及供貨商運 輸能耗;ECIi能夠分解為：設備建設安裝能耗、設備調(diào)試能耗、設備特殊試驗能耗以及業(yè)主 方運輸能耗；所以，得到建設投資能耗計算如下：
[0014] ECI = EC^+ECIi (1)；
[0015] 1. 2)設備運行能耗ECO :設備運行能耗EC0主要能夠分為設備本體運行能耗EC〇i 以及輔助設備運行能耗ECOa ;設備本體運行能耗就是設備運行時的損耗，比如變壓器的設 備本體損耗就是銅耗和鐵耗之和；輸電線路的設備本體損耗就是線路電暈損耗和線路發(fā)熱 損耗之和；設備本體能耗在設備過去的生命周期中能夠依靠歷史的負荷數(shù)據(jù)來預測，在未 來的生命周期中可以通過負荷預測來估計；所以，能夠得到設備本體運行能耗計算：

【權(quán)利要求】
1. 一種電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗計算方法，其特征在于，主要包括： ⑴設備全壽命周期能耗分析模型建立：根據(jù)經(jīng)典的全壽命周期分析方法對設備全壽命 周期進行分解，對各階段設備能耗進行分析，并建立適用于電網(wǎng)設備的全壽命周期能耗分 析模型； ⑵設備全壽命周期能耗曲線分析：在設備全壽命周期能耗分析模型的基礎上，從時間 尺度上對設備能耗、能耗強度、能耗累積量進行分析并分別繪制基于設備全壽命周期的能 耗曲線、能耗強度曲線、能耗累積量曲線，在此基礎上，對三種能耗曲線關系進行分析； (3)設備全壽命周期能耗管理評價指標體系：從設備規(guī)劃投資、運維、故障方面著手，分 析影響設備全壽命周期能耗的關鍵因素，從中梳理出實施設備全壽命周期能耗分析的關鍵 指標并對其進行評價。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗計算方法，其特征在于，所述步 驟⑴，具體包括： 將時間維度凸顯出來，即將設備全壽命周期在時間維度上劃分為如下五個階段，即規(guī) 劃建設能耗、運行能耗、維護檢修能耗、故障檢修能耗和報廢退役能耗： I. 1)建設投資能耗ECI:ECI主要包括制造能耗ECIm和安裝調(diào)試能耗ECIi，其中ECIm 能夠分解為：設備生產(chǎn)能耗、專用工具的使用能耗、輔助設備制備能耗以及供貨商運輸能 耗；ECIi能夠分解為：設備建設安裝能耗、設備調(diào)試能耗、設備特殊試驗能耗以及業(yè)主方運 輸能耗；所以，得到建設投資能耗計算如下：
1. 2)設備運行能耗ECO:設備運行能耗ECO主要能夠分為設備本體運行能耗ECOi以及 輔助設備運行能耗ECOa;設備本體運行能耗就是設備運行時的損耗，比如變壓器的設備本 體損耗就是銅耗和鐵耗之和；輸電線路的設備本體損耗就是線路電暈損耗和線路發(fā)熱損耗 之和；設備本體能耗在設備過去的生命周期中能夠依靠歷史的負荷數(shù)據(jù)來預測，在未來的 生命周期中可以誦討負荷預涮夾估計：所以，能夠得到設各本休運行能耗計算：
式中：表示設備本體在第i個典型工作時段下的損耗功率，h為設備本體在此典型 階段下的運行時間； 輔助設備運行能耗計算：
式中：表示輔助設備在第i個典型工作時段下的損耗功率，h為輔助設備在此典型 階段下的運行時間； 綜上，能夠得到設備的運行能耗計算：
I. 3)維護檢修能耗ECM:維護檢修能耗ECM能夠分解為解體檢修能耗ECMd與常規(guī)維護 能耗ECMr;解體檢修能耗僅僅是針對需要解體檢修的設備才考慮，對于不需要解體檢修的 設備則不需要考慮解體檢修能耗；電網(wǎng)常規(guī)維護檢修是指對當前電網(wǎng)設備定期的大修、小 修和預防性試驗等，其檢修維護周期一般是相等的；所以，能夠得到維護檢修能耗的計算公 式：
1. 4)故障檢修能耗ECF故障檢修能耗ECF能夠分解為故障維修能耗ECFr和故障損失 能耗ECFl;其中，ECFr包括設備故障現(xiàn)場處理能耗和設備返廠修理能耗；ECFl包括用戶間 接能耗期望以及設備運行附加損耗期望；用戶間接能耗期望是指設備發(fā)生故障所給用戶帶 來的間接能耗與設備發(fā)生此故障的概率的乘積，其計算如下：
式中：au表示設備發(fā)生此故障的概率；Eu表示設備發(fā)生此故障所帶來的用戶間接能 耗； 設備運行附加損耗期望是指設備發(fā)生了故障，在以后的設備生命周期中都會產(chǎn)生額外 的能耗的期望，其計算如下：
式中：?為設備發(fā)生此故障的概率；&為設備剩余生命周期的運行時間；為設備發(fā) 生此故障之后運行所產(chǎn)生的額外的功率損耗； 綜上，設備故障檢修能耗計算如下：
1. 5)報廢退役能耗ECD:設備報廢退役能耗ECD主要包括設備報廢能耗ECDs與設備最 終處理能耗ECDt;ECDs指設備生命周期即將結(jié)束時的拆除和運輸所造成的能耗；ECDt是指 設備報廢后被運輸?shù)街付ɑ厥盏攸c之后徹底被廢棄或者重新生成可用材料的過程中所引 發(fā)的的能耗；綜上，設備報廢退役能耗計算如下：
綜上分析，設備全生命周期能耗模型計算公式如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗計算方法，其特征在于，所述 步驟⑵,具體包括： 設備全壽命周期能耗曲線是在設備全壽命周期能耗分析模型的基礎上以設備全壽命 周期為時間橫軸，確定設備在每個時間段內(nèi)的能耗值，據(jù)此繪制出設備全壽命周期能耗曲 線E=f⑴； 設備全壽命周期能耗曲線E(t)、設備全壽命周期能耗累積曲線E。(t)、設備全壽命周期 能耗強度曲線I(t)，這三種能耗曲線都是以時間為橫軸，能耗為縱軸，相互之間可以進行轉(zhuǎn) 換： 2. 1)設備全壽命周期能耗曲線E(t) 設備全壽命周期能耗曲線E=f(t)是以時間為橫軸，能耗大小為縱軸做繪制的，其時 間是離散的；當t=i時，f(i)表示當前時段的能耗；當t>;[時，表示未來一段時間的能 耗；當t<i時，表示之前某一段時段的能耗；在某一時刻僅對該時刻右邊曲線進行研究， 則代表該設備未來全壽命周期的能耗； 2.2)設備全壽命周期能耗累積曲線Ec^t) 設備全壽命周期能耗累積曲線E。=f(t)是以時間為橫軸，能耗累積量為縱軸做繪制 的，其表示從設備的生命周期起點到某一時刻t所產(chǎn)生的全部能耗；當t=i時，EJi)表 示從設備的生命周期起點到當前時刻所積累的生命周期能耗值；在設備生命周期初始時刻 之前，Ee(t)=O;在設備生命周期結(jié)束時刻之后，Ee(t) =C為以常數(shù)；EJt2)-EJt1)表示設 備從h時刻到t2時刻所累積的生命周期能耗； 2. 3)設備全壽命周期能耗強度曲線I(t) 全壽命周期能耗強度曲線I=f(t)，是以時間為橫軸，能耗強度為縱軸，其表示的是設 備在某一時刻的能耗強度；能耗強度是指當前狀態(tài)下生產(chǎn)單位價值的產(chǎn)品/能源所消耗的 能源大小，其和功率有相同的量綱；在設備全壽命周期能耗強度曲線中，當t=i時，I(i) 表示當前時刻的能耗強度；當t>tmd時，即時間在壽命周期結(jié)束時刻之后，I(t) = 0 ;當t <tini時，即時間在壽命周期初始時刻之前，I(t) = 0。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電網(wǎng)設備全壽命周期的能耗計算方法，其特征在于，所述步 驟⑶，具體包括： 從設備投資、運維、故障等方面入手，分析影響電網(wǎng)設備全壽命周期能耗的關鍵因素， 梳理出在實施電網(wǎng)設備全壽命周期能耗分析工作中的關鍵指標，并進行評價考核： 3. 1)評價指標庫建立 3.I. 1)設備投資能耗指標 ① 設備投資能耗比：設備投資能耗比是指設備投資單位資產(chǎn)所對應的能耗當量，其計 算如下：
式中：E為設備實際運行之前包括生產(chǎn)、安裝、調(diào)試的總能耗；T。為設備投資總成本； ② 全生命周期設備期望能耗：假設設備保持無故障、額定運行，直至報廢退役，統(tǒng)計其 從生產(chǎn)到報廢的全壽命周期內(nèi)的總能耗，其計算如下：
式中：En為全生命周期設備期望能耗；民、匕、民、匕分別為設備理想規(guī)劃建設能耗、運行 能耗、維護能耗、退役能耗；a、Y、0設備規(guī)劃假設、運行、維護、退役階段對應的期望 系數(shù)； ③ 節(jié)能新型設備投資比重：新型節(jié)能設備占所有投資設備的比重； 3. 1. 2)設備運維指標 ①設備時間工作率：設備時間工作率是設備實際工作時間與負載時間的比值，反應的 是設備的時間利用情況，其計算如下：
負載時間是指1天或者1個月的操作時間中減去生產(chǎn)計劃上的暫停時間，計劃保養(yǎng)上 的暫停時間，以及日常管理上需要去除的時間后所剩余的時間； ② 設備性能工作率：設備性能工作率是指設備運行損耗值與實際損耗值的比值，其計 算如下： 設備性能工作率=速度工作率X凈工作率X100% (14)； 其中，速度工作率就是設備實際運行工作速度相對其固有能力而言的速度比率，一般 的設備速度比率下降可知設備速度下降損耗的程度；凈工作率表示設備是否在單位時間按 一定的效率工作，它并不是說比額定效率高了還是低了，而是指即使在低的效率工作狀態(tài) 下是否穩(wěn)定運行，通過凈工作率的計算，能夠反映出檢查停機等故障產(chǎn)生的損耗； ③ 設備損耗率：指統(tǒng)計期內(nèi)設備電能損耗量與總抄表電量； ④ 設備定檢維護完成率：設備定檢維護工作的完成情況，是設備實際完成定檢維護的 數(shù)量與計劃完成定檢維護的設備的比值； ⑤ 主變、線路設備利用率：指符合以下情況的主變、線路設備數(shù)量占總主變、線路設備 數(shù)量的比例： a、 設備年最大負載率〈50%且設備年平均負載率〈30%的主變、線路設備； b、 設備年最大負載率>70 %且設備年平均負載率>50 %主變、線路設備； 其中，各設備最大負載率與平均負載率計算如下： 線路年最大負載率：
線路年平均負載率：
主變年最大負載率：
主變年平均負載率：
3. 1. 3)設備故障指標 ① 設備故障頻次：設備故障次數(shù)與設備總臺數(shù)個比值； ② 電網(wǎng)N-I通過率：N-1通過率用以檢驗電網(wǎng)設備及供電結(jié)構(gòu)是否滿足第一級安全穩(wěn) 定標準要求，一般要求電網(wǎng)N-I通過率應達到100%，否則需要采取穩(wěn)定控制措施來滿足要 求，其計算如下：
電網(wǎng)N-I通過率主要分為無故障的N-I通過率和單一設備元件故障的N-I通過率； 無故障的N-I通過率即靜態(tài)安全分析是的N-I通過率，要求正常運行方式下電網(wǎng)無任 一設備無故障斷開，應能保持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，且不致使電網(wǎng)設備超過規(guī)定的事故過負荷 和電壓允許偏差的要求； 單一設備故障的N-I通過率即滿足第一級安全穩(wěn)定標準的N-I通過率，正常運行方式 下電網(wǎng)受到單一設備故障擾動后，保護、開關、及重合閘正確工作，不采取穩(wěn)定控制措施，必 須保持電網(wǎng)穩(wěn)定運行及可靠供電，其他設備不發(fā)生超過規(guī)定的事故過負荷能力，不發(fā)生連 續(xù)跳閘； 3. 2)評價方法 參照相關電網(wǎng)設備能耗評價方法及原則，結(jié)合全壽命周期能耗管理的實施，從電網(wǎng)設 備投資、運維、故障方面進行評價；在評價過程中，對已經(jīng)能夠比較成熟的量化性評價指標 運用能耗量計算公式進行評價，對于較難量化或者尚無法量化能耗的評價指標采用定性分 析： 基于如上分析，建立總體評價的T指標公式如下： T=AdHfr(R)+ff (F) (20)； 其中4(1)、仁〇〇、仁的分別為設備投資、運維、故障能耗指標的折算函數(shù)； 3. 3)評價步驟 步驟1、各階段能耗計算 根據(jù)歷史電網(wǎng)設備能耗數(shù)據(jù)分析，對電網(wǎng)設備的投資能耗、運維能耗、故障能耗采用如 上方法進行分析計算； 步驟2、全壽命周期綜合指標計算 將上步得到的電網(wǎng)設備投資能耗指標fi(I)、運維能耗指標f；(R)、故障能耗指標ff (F) 分別代入T= & (I)+f； (R)+ff (F)中，得到電網(wǎng)設備全壽命周期綜合評價指標值； 步驟3、全壽命周期設備能耗比較評價 將上步得到電網(wǎng)設備全壽命周期綜合評價指標值與設備能耗基準值進行比較，通過規(guī) 劃管理決策，使設備處于良好的工作狀態(tài)以達到全壽命能耗最小。
【文檔編號】G06F19/00GK104268370SQ201410440776
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】張剛, 王維洲, 鄭晶晶, 杜培東, 韓永軍, 馬朝暉, 張建華, 解佗, 王慶玲, 李正遠, 孟珺遐 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)甘肅省電力公司, 國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院, 西安理工大學, 中國電力科學研究院, 鄭州大方軟件股份有限公司