供暖领域电能替代技术综合效益评价研究论文_苟瑞欣1,于波1,韦冬妮1,刘尚科1,王铮1

摘要：随着经济的快速发展和人口的逐年增长，能源短缺、气候变化等问题日益突出，电能替代技术因其能缓解用能压力、减少环境污染而成为研究的热点。本文主要针对电能替代技术应用的综合效益进行研究。首先，对电能替代技术的经济效益、社会效益、环境效益进行深入研究，从经济、社会和环境效益三个方面构建综合效益评价指标体系；然后，根据建立的综合效益评价指标体系建立电能替代综合效益评价模型；最后，选取国内某小区电采暖项目对建立的电能替代技术综合效益评价模型进行实证分析。研究结果表明，从经济、社会和环境效益三个方面考虑电能替代技术综合效益评价更贴近实际，评价结果更合理，为进一步推广电能替代技术提供了参考。

关键词：电能替代，综合效益，指标体系，效益评估

Research on Comprehensive Benefits of Electric Energy Substitution in Heating field

Gou Ruixing1, Yu Bo1, Wei Dongni1, Liu Shangke1, Wang Zheng1

(1. State Grid Ningxia Electric Power Co., Ltd. Institute of Economics and Technology，Ningxia 750000，China)

Abstract：With the rapid development of economy and population growth year after year, energy shortages, climate change and other issues have become increasingly prominent, because the alternative technology can alleviate the energy pressure and reduce the pollution of the environment has become a research hotspot of electric energy. This paper mainly focuses on the comprehensive benefits of the application of electric energy substitution technology. First, in-depth study of alternative energy technology economic benefits, social benefits and environmental benefits, building the evaluation index system of comprehensive benefits from the three aspects of economic, social and environmental benefits; then, according to the comprehensive evaluation index system established alternative energy comprehensive benefit evaluation model; finally, the selection of domestic residential electricity heating project to establish the alternative energy technology comprehensive benefit evaluation model for empirical analysis. The results show that, from the aspects of economy, social and environmental benefits to consider alternative energy comprehensive benefit evaluation technology is more close to reality, the evaluation result is more reasonable, for the further promotion of alternative energy technology provides a reference.

Keywords：electric energy substitution; comprehensive benefit; index system; benefit evaluation

1 引言

近年来，能源问题越来越引起人们的关注，资源日益枯竭，环境恶化等问题亟待解决。随着能源清洁消费理念的提出，构建与能源发展方式转变和能源战略转型相适应的绿色能源消费模式，成为能源企业面临的重大课题。在这样的背景下，电能替代作为能源消费转变的一种重要方式，在能源消费领域应用的广泛性越来越大，关于清洁能源高校利用以及电能替代技术的研究也越来越广泛、越来越深入。

发达国家在20世纪90年代起就十分重视能源资源方面的工作，虽然电能替代的概念近年才在我国被正式提出，但也取得了很多进步。目前国内外针对电能替代潜力分析与技术应用和经济环境效益等方面已经了较多且深入的研究，但是关于电能替代技术应用的综合效益研究还比较少，相关的研究主要集中在电能替代的可行性、替代潜力、技术应用和经济环境效益等方面。如：电能替代的必要性以及潜力研究方面，人类历史上早已经出现用煤炭替代薪柴，用石油、天然气替代煤炭，用可再生能源替代矿物质能源的过程，预测了未来对石油的需求，并分析论证了提高效率和石油替代对于解决石油耗竭的可行性[1-2]。国外学者Bagley S T对生物质资源以及化石燃料做出大量研究，发现用生物质资源代替化石燃料，不仅可以减少化石燃料的供应量，缓解化石燃料日益枯竭的危机，而且可以有效减少空气中CO2、SO2、NOX等污染物排放，缓解日益严重的环境污染危机[3]。随着社会的不断发展，可再生能源替代其他矿物质能源成为历史发展的必然趋势，电能替代为可再生能源消纳提供可能。国内学者郑金成对农村电能替代进行短期和长期的潜力分析，构建DEA 模型和灰色预测模型对农村电能替代潜力进行研究，得出中国农村电能替代工作潜力较大[4]。孙毅、周爽在文献[5]中，定义电能替代量来量化电能替代潜力，在电能替代量定义的基础上构建关于电能替代的IPAT模型，实现电能替代的综合评价，对未来中长期电能替代发展趋势及潜力进行预测分析。文献[6-7]分析江苏以及甘肃电能替代的潜力及电能替代工作所遇到的困难，对实践电能替代的举措和成效进行评价，并对电能替代发展方向进行了展望；电能替代技术应用研究方面，文献[8]对交通运输业的铁路“以电代油”现状以及道路交通的“以电代油”现状以及市场需求进行分析，未来交通运输业“以电代油”市场广阔，潜力巨大。“以电代油”已开始成为世界各国调整交通运输结构的基本方向。文献[9]以已实施项目的运行数据为样本数据为基础，并结合政府的补贴政策，对热泵热水锅炉、电窑炉等技术展开推广工作，对电能替代项目的潜力进行分析，并说服客户为实现能源费用的节约快速锁定电能替代项目，最终实现电能替代项目的快速发展。文献[10]对使用电锅炉采暖对黑龙江电网建设和电网运行的影响进行了充分的研究，指出电采暖对电网建设提出了较高要求和电采暖对供电可靠性的要求，分析了电采暖对电网日负荷差和季节性负荷差的调节作用，同时指出电采暖对供电电压的调整也具有一定的作用。文献[11]对各种典型电能替代技术进行了介绍，涵盖分布式电暖、港口岸电、电窑炉、和热泵等主要技术类别，然后以一个清洁能源电供暖项目为例，介绍了电蓄热供暖技术。文献[12]介绍了我国地源热泵技术发展的背景，通过技术现状分析，全面阐述了地源热泵系统分类、系统技术、代表性的工程等方面的研究进展，阐述了地源热泵技术在中国发展趋势；电能替代经济、环境效益研究方面，袁新润, 吴亮等对电能替技术进行系统分析，对分散电采暖等电能替代技术在经济上的可行性进行充分研究[13-15]。文献[16]以在电力和煤炭的使用过程中可获得的热值作为效用，以使用过程中所需要的年费用作为成本，建立了电能替代的成本效用模型，给出了电能替代的政策建议。文献[17]引入了全寿命周期的概念以更全面地测算电能替代中新设备、新技术应用的成本和效益。文献[18-20]在对电能替代的经济性进行分析的同时考虑环境成本，促进电能替代的发展。文献[21]结合高校生活热水供应系统来具体量化电能替代所带来的经济效益和环境效益。文献[22]从系统层面构建以电代煤减排效益分析模型，为验证以电代煤实施的减排效果提供理论依据。建立以电代煤减排效益模型图，在控制煤炭消费总量一定的情况下计算以电代煤的实施减排效果，为制定以电代煤相关政策提供量化依据。

通过以上分析，现有关于电能替代技术应用相关效益的研究主要集中于电能替代实时的潜力分析，以及从单独的经济或者环境角度进行效益分析，而对于电能替代技术相关的投资情况、运营维护情况、成本效益、环境效益以及社会效益等综合效益分析还有待做更加深入和细化的研究。鉴于此，本文将从电能替代技术大规模应用带来的经济效益、社会效益和环境效益三方面来研究电能替代技术应用于能源应用领域的综合效益，分别建立经济、社会和环境效益分析模型，并且依据所提出分析模型，选取国内某小区电采暖项目进行了实证研究，为日后电能替代技术大范围的普及应用提供一定的参考依据。

2 电能替代技术(EES)综合效益分析

1997年，IEEE工作组最先提出虚拟同步机 (VSG) 的概念，即具有可模拟同步电机的本体特性的电力电子装置。虚拟同步机是一种基于先进同步变流和储能技术的电力电子装置，可通过模拟同步电机的本体模型、有功调频以及无功调压等特性，使含有电力电子接口（逆变器、整流器）的电源和负荷，从运行机制及外特性上与常规同步机相似，从而参与电网调频、调压和抑制振荡。下图为多能互补微电网中的虚拟同步机概念示意图。

图1 虚拟同步机运行示意图

Fig.1 The concept of virtual synchro signal

电能替代技术的应用能够很好的优化能源消费结构，提高电气化水平，进一步提高环境质量和能源经济效率，实现经济、社会、环境可持续发展；另外，在终端能源消费市场实施以电代气、以电代煤、以电代油、以电代薪的电能替代工程，不仅可以促进节能减排，还有助于提高清洁能源发电的利用水平，具体见图2。

图2 综合效益拓扑图

Fig.2 The comprehensive benefit of topology

根据基于电能替代综合效益评价指标体系构建的原则，结合电能替代技术应用带来的环境、经济性和社会性的影响因素，经过文案调查、实地调查、专家调查等途径，采用定性分析与定量分析相结合的方法，将电能替代技术的社会经济综合效益评价指标分为经济效益指标、环境效益指标、社会效益指标3类一级指标，14类二级指标，构建出基于电采暖技术的电能替代项目综合效益评价指标体系，见下表：

表1项目综合效益评价指标体系

Tab.1 Evaluation index system of comprehensive benefits of projects

通过上述指标计算方法算出每个指标的值后采用功效系数法对指标进行无量纲化，公式如下：

其中c =60，d =40.式中为分别是无量纲化的结果。

3 EES综合效益指标分析模型研究

3.1 经济效益指标模型分析

从经济效益看，供暖领域应用电能替代技术产生经济效益包含了初投资费用、运行及处理费用、供暖系统水电费、人工费以及供暖收益和政府补贴效益等，具体指标分析模型如下：

3.1.1初投资费用

考虑逐年投资成本能够体现市场运行状况，电采暖技术初始投资费用主要包含土地占用和土建费用、主体设备和辅助设备的购置安装费用、安装调试工程费用、安装工程费用，初投资费用A1具体计算如下：

（1）土地使用费

采暖系统的建设需要占用一定的土地，为了获得建设用地的使用权就需要支付一定的征地费用。采暖系统的主要用地是建设热源锅炉房所需要的土地。占用土地的大小与采暖热负荷的大小相关，采暖热负荷越大，所需要设备的占地面积也就越大。

P1——土地价格，元/m2；

qi——第i种锅炉房的单位热负荷占地面积，m2/MW；

Q——供热负荷，W。

（2）土建费用

土建费用是建设锅炉房所需的建筑材料费、建筑人工费和机械设备的使用费用等工程建设费用。

P2——单位面积土建价格，元/m2；

S——锅炉房的地面积，m2，；

（3）设备费用

设备费用包括锅炉和热泵机组主体的购置费用、安装调试工程费用以及购买循环水泵、风机等辅助设备的费用及其安装工程费用。

（4）电增容费用

锅炉房主辅设备用电需要进行配电网建设，产生相应的电增容费用。

3.1.2运行及处理费用

采暖运行费用包括燃料费用、水费、人工费、运行维护费用等。其中，供能系统采用低昂能替代技术后，其燃料费用主要为采暖期的电费，同时相应的人工费、运行维护费会有所下降。

（1）燃料费

采暖系统的燃料费作为运行费用最主要的组成部分，主要由燃料价格和燃料消耗量决定，其中燃料消耗量由采暖耗热量决定：

——燃料价格，元/kg；

——燃料消耗量，kg；

——采暖季总耗热量，KJ;

——燃料的单位热值，KJ/kg;

——热源、管网热效率。

（2）水费

供暖系统的水费是系统运行费的重要组成部分，主要包括锅炉加热供采暖系统循环的系统一次注水量和系统补充水量的总费用。

（3）人工费

人工费是供暖系统运行过程中，支付工人的工资。不同的采暖方式需要的工人也不相同，一般燃煤锅炉采暖需要的工人较多，电锅炉自动化程度较高，需要运行工人很少，甚至可以在无人值守状态下运行。

（4）运行维护费用

运行维护费用主要为采暖设备在运行过程中的年检费用和维修费用。

3.1.3采暖期采暖收益

企业收入指企业商品产品销售和其他销售所取得的收入。前者的销售收入包括产成品、代制品、代修品、自制半成品和工业性劳务销售收入等，后者的销售收入包括除商品产品销售收入以外的其他销售和其他业务收入。对于电采暖项目而言，其主要收入为采暖期的供热收入。对于一个地区而言，供热面积的大小和热价决定了该地区供暖企业收益的高低。供热收入计算公式如下：

式中，——代表二氧化硫排放量，kg；

——代表采暖期供热收益，元；

——代表供暖去与供暖总面积，m2；

3.2 环境效益指标模型分析

供暖领域电能替代技术的环境效益是由煤炭消费的节能量和单位煤耗的污染物排放量共同决定的。电能替代技术应用于供暖领域，能够增加新能源电力的利用水平，可以大大减少化石能源的消耗，从而进一步减少二氧化碳、二氧化硫等污染物的排放，同时还可以避免由于污染排放而产生的惩罚成本，因而显著的环境效益。

（1）污染物排放量计算

燃煤锅炉供暖主要以煤炭为燃料，煤炭在燃烧过程中会产生大量的烟尘（TPS）、SO2、CO2、NOX等污染物，对环境产生较大的影响。本节将针对燃煤锅炉带来的空气污染量进行计算。

1）燃煤烟尘（TPS）排放量计算：

按燃煤灰分为25%，计算公式如下：

式中，——代表烟尘排放量，kg ；

——代表耗煤量，kg ；

——代表煤中含尘量，取25%；

——代表除尘系统的除尘效率，%；

——代表烟尘中的含碳量，取30%；

——代表烟尘中飞灰占灰分总量的份额，取25%。

2）燃煤SO2排放量计算：

煤炭中硫的成分可分为可燃硫和非可燃硫，可燃硫约占全硫分的80%。煤燃烧后产生的二氧化硫的排放量计算公式如下：

式中，——代表二氧化硫排放量，kg；

——代表消耗的燃料煤量，kg；

——代表燃料中的全硫分含量，%；

——代表脱硫装置的二氧化硫去除率，%。

3）燃煤NOX排放量计算：

式中，——代表氮氧化物排放量，kg；

——代表消耗的燃料煤量，kg；

——代表燃料中的氮的含量，%；

——代表燃煤中氮的 NO x 转化率，%。

4）燃煤CO2排放量计算：

式中，——代表CO2的排放量，kg；

——代表煤耗，单位kg ；

——代表煤炭的单位热值，单位是MJ/kg；

——代表单位热值下潜在的碳排放量，单位是kg/TJ；

——代表燃料中碳的氧化率；

——代表CO2与C的摩尔质量比，约为3.667；

（2）污染物排放环境价值计算

环境价值是指污染物减排本身所蕴含的价值量， 环境价值不同于排污收费并且远远大于排污收费。本节根据国内外文献资料，参照总量排污收费标准，借鉴美国价值标准，估算出燃煤锅炉污染物环境价值标准，见表2。

表2 主要污染物排放环境价值标准

Tab.2 Environmental Value Standards for Emissions of Major Pollutants

（3）环境效益量化分析模型

供暖领域电能替代技术环境效益量化分析模型，主要从燃煤锅炉污染物排放的环境价值和避免由于污染排放而产生的惩罚成本两个方面进行考虑，具体效益量化模型如下所示：

式中，——代表为环境效益，元；

——代表第i种污染物的环境价值，元；

——代表第i种污染物的排放量，kg；

——代表污染排放惩罚成本，元；

3.3 社会效益指标模型分析

电能替代项目的社会效益方面，电能替代技术在供暖领域应用，能够产生积极的社会影响和较高的社会推广价值以及良好的节能效益。一方面，电能替代技术在供暖领域应用可以改善居民的生活，促使居民的节能行为，并对电力系统的经济稳定性具有一定的影响；另一方面，天能替代技术就要较好的节能效果，主要体现在采暖费用、改善能源消费结构、节能新技术利用率等方面。综合上述因素考虑，电能替代技术社会效益指标主要考察项目在可持续性方面及间接经济效益方面的效果。

万元工业产值综合能耗是一定时期企业单位综合能源消费量与工业总产值的比例，是反映企业能源经济效益高低的综合指标。万元产值综合能耗下降率反映了万元工业产值综合能耗较前一年的下降情况。

式中，——万元产值综合能耗下降率，%；

——代表第i年万元生产总值综合能耗，吨标准煤/万元；

——代表第i-1年万元生产总值综合能耗，吨标准煤/万元；

4 案例分析—小区电采暖项目

本节以北方某地区A小区电采暖项目进行综合效益案例分析。A小区地处北方某市，冬季气温较低，供暖时间较长。小区原有供暖系统为一台大型燃煤锅炉，2016年为响应国家以电代煤政策，进行了供暖改造。改造后A小区供暖方式为水蓄热电锅炉，现共有7台水蓄热电锅炉电锅炉，负荷容量为9420kw，小区电锅炉位置及供暖区域如图3所示。

图3 A小区电锅炉位置及供暖区域示意图

Fig. 3 A cell electric boiler and heating area location diagram

4.1 基础数据

（1）建筑及供热面积

当前A小区采暖方式为水蓄热电锅炉，对集中的居民小区这类建筑应采用电锅炉和热泵式进行采暖，小区所有建筑属于民用建筑，建筑总面积为110177m2，实际供热面积为92687m2，户数为1166户，经实地调查该社区具体情况如下：

表3 A小区具体供热情况

Tab.3 A specific heating Conditions in Residential Areas

（2）日均负荷、电量及日均气温

根据相关的监测数据，可以得到2016-2017年度采暖期内A小区相关用电量数据（183天），日均负荷曲线及气温趋势变化曲线如图4~5所示。

图4 采暖期A小区每日用电量

Fig. 4 Daily electricity consumption in A district during heating period

图5 采暖期A小区日均负荷及日均气温

Fig. 5 Daily average load and daily temperature in A district during heating period

由上图可以分析，在整个冬季采暖期内日负荷与日均气温呈负相关关系，即气温降低，则负荷升高，气温升高，则负荷降低，这是由于出现极端天气时，A小区的的蓄热锅炉均满负荷开启，而气温较为温暖时，采暖负荷将维持在一个较低水平。

（3）电价及补贴情况

根据相关数据A小区2017年采暖期内全部电供暖电量为113.9×105kWh，其中谷时用电约占71.97%，约为81.97×105kWh，平段用电占28.03%，约为31.93×105kWh。为进一步鼓励电采暖技术的应用，当地政府针对小区电采暖电价进行进行了分段补贴，具体电价情况如表4所示。

表4 A小区电采暖峰谷情况

Tab. 4 A Electric Heating Peak and Valley Situation in Residential Area

4.2 经济效益分析

考虑无风与阴天的情况，风机与光伏电池的出力达不到图3所示状况。一般情况下折算后的风机与光伏电池的年利用小时数均在2000小时左右，本文日均上网电量按照上述上网电量的0.4计算。该地区风机上网电价为0.54元/kW·h，光伏系统上网电价为0.9元/kW·h，火电机组上网电价取0.35元/kW·h。风机投资成本4650元/kW，光伏发电系统投资成本7850元/kW，折现率取8%。

（1）应用传统并网逆变器情况下损失的收益

由于传统并网逆变器严重缺少惯性，影响分布式电源并网运行时电网系统的稳定性，为保证分布式电源并网后系统还能安全、稳定的运行调度系统会对其上网电量进行调控限制，进而产生一定的弃风弃光电量。根据上表取该地区弃风弃光情况，则应用传统并网逆变器情况下损失的收益计算如下：

根据测算结果可知，在安装普通逆变器并网运行的情况下，由于弃风弃光所损失电量总和为1.25×105 kW·h/年，核算后损失的经济效益为7.75万元/年。

2）效益计算

经虚拟同步机技术优化后当天上网电量为3173.46 kW·h，比无虚拟同步机和无调峰机组的上网电量都要高。电网投资按500元/kW估计。本文取虚拟同步机设备寿命期为10年计算其应用于分布式电源的经济可行性。根据测算，当分布式发电系统采用普通逆变器并网运行时，由于其稳定性不足而产生的风电限负荷率大于22%,光伏风电限负荷率大于7.5%时，可采用较为先进的虚拟同步机技术进行调控。此时，由于虚拟同步机的应用而增加的电量收益，可以抵消由普通并网逆变器换装为虚拟同步机而增加的成本，此时此用虚拟同步机技术是经济可行的。当弃风弃光比率达不到上述要求时，应用虚拟同步机技术进行分布式电源并网调控是不经济的。

本文取采用普通逆变器时风电限负荷率为37%、光伏发电限负荷率为36%，算得火电机组参与调峰与应用虚拟同步机技术并网的现金流的评价指标如表5所示。

分析该时段同样的出力下采用虚拟同步机技术后的上网电量。由于其并网逆变器的控制方式及所配的储能系统，相比较纯风光分布式电源来说，减少了弃风弃光电量的同时增加了调度电量。其中虚拟同步机系统中储能采用容量为15 kW·h的铅酸蓄电池组与10 kW·10s超级电容器组。

4.3环境效益分析

环境效益是应用电能替代技术综合效益重要的组成部分，体现了电能替代技术相比较燃煤机组供热而言在节能减排方面的巨大优势。本节针对A小区在2016~2017年采暖期内节能减排效益进行分析，相关计算采用的原始数据主要为A小区在2016~2017年采暖期内的热负荷数据和相关污染物排放的单位环境价值；A小区建筑面积共计110177m2，实际供暖面积为92687m2，采暖设计热负荷为4001MW，2016~2017年采暖期为183天，每天采暖24小时，热负荷平均系数取值如下：

（1）采暖期内等价煤耗计算

依据上述公式计算该项目采暖季总热负荷：

此外，A小区在2016年进行供暖改造之前使用燃煤锅炉供暖，燃煤锅炉运行效率为0.7，燃料Ⅱ类烟煤17.61MJ/kg，则A小区在2016~2017年采暖期内等价煤耗计算结果为：

（2）采暖期内污染物排放量计算

1）燃煤烟尘（TPS）排放量计算：

：煤中含尘量取25%；除尘系统的除尘效率取40%；烟尘中的含碳量取30%；烟尘中飞灰占灰分总量的份额取25%，计算结果如下：

2）燃煤SO2排放量计算：

燃料中的全硫分含量取1.5%；脱硫装置的二氧化硫去除率取30%，计算结果如下：

3）燃煤NOX排放量计算：

燃料中的氮的含量取1.5%；燃煤中氮的NOX 转化率取25%，计算结果如下：

4）燃煤CO2排放量计算：

为煤炭的单位热值取17.61MJ/kg；单位热值下潜在的碳排放量取24.74kg/TJ；燃料中碳的氧化率取0.9；为CO2与C的摩尔质量比取3.667，计算结果如下：

（3）采暖期内污染物环境效益计算

通过（2）采暖期内污染物排放量计算得采暖期内等效耗煤3.2611×106kg时，计算得烟尘（TPS）、SO2、CO2、NOX并结合表2主要污染物排放环境价值标准，计算得电能替代技术环境效益统计如下：

表6电能替代技术环境效益统计表

Tab.6 Statistical Table of Environmental Benefits of Electric Energy Substitution Technology

通过燃煤锅炉污染物排放的环境价值和避免由于污染排放而产生的惩罚成本（此处惩罚成本按环境价值的2.5%计），计算得环境效益量化结果如下所示：

图6 环境效益各组分占比

Fig. 6 Proportion of environmental benefit components

从上述数据可以看出，当供暖系统采用电能替代技术后，相比普通燃煤锅炉供热系统而言具有较高的环境效益。就A小区实际情况而言，2016年换装水蓄冷电锅炉后，采暖期内减排各类污染物共计4.885×106kg，产生减排效益64.9835万元，其中SO2和CO2减排效益所占比重最大，减排效果较为明显，同时节约了由于污染排放而产生的惩罚成本1.625万元。

4.4社会效益分析

采用虚拟同步机技术可以有效促进分布式电源并网运行，具有较高的社会效益，主要体现在降低损耗效益和减缓电网投资效益两个方面。根据建立的虚拟同步机降低损耗效益和减少电网投资模型，可以计算出节省的损耗电量。其中线损率设定为10%，风电和光伏节省电量按1:1计算。根据算例弃风弃光电量，计算得到相比较采用普通逆变器的分布式电源发电系统，应用虚拟同步机技术可产生损耗效益9000元/年、减缓电网投资效益3890元/年。通过测算结果可知，应用虚拟同步机技术后分布式发电系统的社会效益显著增加。分布式电源应用虚拟同步机技术一年可节省的损耗电量效益具体情况如下表所示

表7虚拟同步机技术社会效益统计表单位：元

Tab.7 Statistical Table Unit of Social Benefits of Virtual Synchronizer Technology: Yuan

5 结语

本文以虚拟同步机技术应用于分布式发电项目为出发点，从经济效益、可靠性效益、社会效益、环境效益四个方面分析其综合效益，提出了综合效益评价体系，得到了以下结论：

（1）就分布式电源并网运行时的可靠性与稳定性而言，虚拟同步机的应用到分布式发电项目能够抑制频率振荡，使新能源具备与火电接近的外特性，改善电能质量，对电力系统三大稳定起到支撑作用。

（2）综合分析应用虚拟同步机技术的分布式发电项目的经济效益、可靠性效益、社会效益和环境效益，结果显示虚拟同步机的广泛应用能够显著提高分布式发电项目的各项综合效益，且综合效益优于利用火电机组调峰和普通并网逆变器。

（3）经过经济效益分析，当风电限负荷率、光伏、风电限负荷率大于一定值时，虚拟同步机的运用产生的投资运营成本可以通过分布式电源增加的并上网的电量有效回收，具有良好的经济效益。并且其经济效益同样优于利用火电调峰机组和普通并网逆变器调控的发电机组。

（4）通过构建虚拟同步机应用综合效益指标评价体系和综合效益评价模型，以及对分布式电源三种不同调控模式下综合效益的研究，为把握不同并上网电量水平情况下分布式发电项目的整体效益提供了一定的参考标准。

参考文献

[1]Chan C C. Energy development strategy, industrial ecology and challenges to electric machines systems[C]// The Eight International Conference on Electrical Machines and Systems. 2005:12-17 Vol. 1.

[2]Brandt A R, Millardball A, Ganser M, et al. Peak oil demand: the role of fuel efficiency and alternative fuels in a global oil production decline.[J]. Environmental Science & Technology, 2013, 47(14):8031.

[3]Bagley S T, And L D G, Johnson J H, et al. Effects of an Oxidation Catalytic Converter and a Biodiesel Fuel on the Chemical, Mutagenic, and Particle Size Characteristics of Emissions from a Diesel Engine[J]. Environmental Science & Technology, 1998, 32(9):1183–1191.

[4]郑金成. 农村电能替代潜力及环境效益分析[D].华北电力大学,2015.

[5]孙毅,周爽,单葆国,贾德香,曹昉. 多情景下的电能替代潜力分析[J]. 电网技术,2017,41(01):118-123.

[6]李作锋. 江苏电能替代的研究与实践[J]. 电力需求侧管理,2016,18(05):1-3.

[7]刘俊,徐辉,刘亚平,宋栋,庞越侠. 甘肃省用能特点及电能替代潜力用户分析[J]. 电力需求侧管理,2016,18(01):44-48.

[8]周新军, 王敏. 交通运输“以电代油”现状及未来市场需求预测[J]. 经济研究参考, 2012(35):4-9.

[9]刘玉婷. 电能替代的市场推广策略及实施[J]. 科技风,2016,(13):62.

[10]孟懿. 电采暖对黑龙江电网建设及运行的影响[J]. 黑龙江电力,2010,32(02):149-150+154.

[11]裴海波, 李德智, 韩婉娇,等. 面向新能源消纳的电能替代技术[J]. 电力需求侧管理, 2016, 18(6):45-48.

[12]徐伟,刘志坚. 中国地源热泵技术发展与展望[J]. 建筑科学,2013,29(10):26-33.

[13]袁新润, 吴亮, 张剑,等. 天津电能替代形势与电采暖经济性分析[J]. 电力需求侧管理, 2015(5):24-29.

[14]张剑, 吴亮, 袁新润,等. 分散电采暖在天津地区的应用分析[J]. 电力需求侧管理, 2015, 17(6):33-36.

[15]孙博文, 王泽龙. 电能替代技术推广措施探讨[J]. 工程技术:引文版, 2016(8):00204-00204.

[16]闫庆友,朱明亮,汤新发. 基于成本效用分析的电能替代实证研究[J]. 运筹与管理,2015,24(06):176-183.

[17]Lewis A M, Kelly J C, Keoleian G A. Vehicle lightweighting vs. electrification: Life cycle energy and GHG emissions results for diverse powertrain vehicles[J]. Applied Energy, 2014, 126(C):13-20.

[18]蔡国军, 王建春. 热泵替代燃油锅炉的技术经济分析——以浙江工业大学游泳馆为例[J]. 消费导刊, 2010(2):49-50.

[19]尹航. 节能减排环境下电能替代其他能源评价方法研究[D]. 华北电力大学(北京) 华北电力大学, 2013.

[20]朱庚富, 刘思湄, 濮文青. "以电代煤"环境效益分析[J]. 环境科学导刊, 2000, 19(a08):57-59.

[21]曹东莉, 袁越, 李志祥. 电能替代应用及效益评价[J]. 电网与清洁能源, 2011, 27(4):30-34.

[22]张立辉, 熊俊, 喻小宝. 基于系统动力学的以电代煤减排效益分析[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2015(4):1527-1533.

论文作者:苟瑞欣1,于波1,韦冬妮1,刘尚科1,王铮1

论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期

论文发表时间:2020/4/30