基于空间饱和负荷密度的城市远景饱和负荷预测_江新琴

第36卷第4期2008年8月福州大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f F u z h o u U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e)V o l.36N o.4A u g.2008文章编号:1000-2243(2008)04-0532-05基于空间饱和负荷密度的城市远景饱和负荷预测江新琴1,李喜兰2(1.福州大学电气工程与自动化学院,福建福州　350002;2.福建省电力勘测设计院,福建福州　350003)摘要:以福建省厦门市为研究对象,介绍一种基于空间饱和负荷密度的城市远景饱和负荷预测的方法.通过收集城市各分区经济发展规划信息,把各分区按功能地块统计建筑面积,分析得出各功能地块的饱和负荷密度,建立城市空间饱和负荷模型,预测出城市远景饱和负荷.该预测方法不仅能对负荷总量进行预测,还可以知道分区负荷的空间分布,为城市合理安排电网建设进程提供依据.关键词:空间负荷预测;饱和负荷;城市电网规划;厦门中图分类号:T M715文献标识码:AC i t yf u t u r e s a t u r a t e dl o a df o r e c a s t i n g b a s e dm o d e l o f s a t u r a t e dl o a dd e n s i t yJ I A N GX i n-q i n1,L I X i-l a n2(1.C o l l e g e o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g a n dA u t o m a t i o n,F u z h o uU n i v e r s i t y,F u z h o u,F u j i a n350002,C h i n a;2.F u j i a n E l e c t r i cP o w e r S u r v e y＆D e s i g nI n s t i t u t e,F u z h o u,F u j i a n350003,C h i n a)A b s t r a c t:T h e c i t y f u t u r e s a t u r a t e d l o a d f o r e c a s t i n g m e t h o d b a s e o n s p a c e-b a s e d s a t u r a t e d l o a d d e n-s i t y i s i n t r o d u c e d w i t h m a i n c i t i e s o f F u j i a n p r o v i n c e.T h e s t a t i s t i c s o f a l l d i s t r i c t f u n c t i o n b l o c k c o n-s t r u c t i o n a r e a a r e a c q u i r e d t h r o u g h t h e c o l l e c t i o n o f t h e c i t y e c o n o m i c d e v e l o p m e n t p l a n n i n g i n f o r m a-t i o n a n d t h e s a t u r a t i o n l o a dd e n s i t y o f a l l d i s t r i c t f u n c t i o nb l o c k c o n s t r u c t i o n a r e a i s c a l c u l a t e d.T h ec i t y s p a t i a l l o ad f o re c a s t m o d e l i s e s t a b l i s h e d a p p l y i n g s p a t i a l l o a df o r e c a s t m e t h o db a s e o n s a t u r a t e dl o a d d e n s i t y.T h i s m e t h o d c a n n o t o n l y o n t h e t o t a l l o a d f o r e c a s t,b u t a l s o k n o wt h a t t h e s p a t i a l d i s t r i-b u t i o n o f r e g i o n a l l o a d.T h e r e s u l t s p r o v i d e f o u n d a t i o n f o rc i t y e l e c t r i c n e t w o r k p l a n n i n g c o n s t r u c t i o n.K e y w o r d s:s p a t i a l l o a d f o r e c a s t;s a t u r a t e d l o a d;c i t y e l e c t r i c n e t w o r k p l a n n i n g;X i a m e n在城市电网建设中,不但需要知道饱和负荷的总量,还需要知道负荷增长的位置,即空间负荷分布,才能更准确地进行电网变电站布点和电网的建设[1].空间负荷预测也称为小区负荷预测[2],主要思路是将城市分成若干小区,再预测每个小区的负荷[3,4].对于小区饱和负荷预测,空间负荷预测方法的精度比其他预测方法高[5].鉴于城市建设及其负荷的快速发展,且在经历充分发展后将趋于饱和的特点,本文基于空间饱和负荷密度,建立空间饱和负荷预测模型,并以厦门市为例,对城市远景饱和负荷进行了预测研究.1　空间饱和负荷的概念和特征[6～12]电力负荷密度与人均G D P、人口密度、用地性质和区域的经济规划布局关系密切,其总趋势随着社会经济指标的增长而增长.从发达国家或地区的经验来看,负荷密度不可能无限增长,区域电力需求经历充分发展后将趋于饱和.电力负荷中,饱和负荷是指负荷变化不随时间有阶跃性增长,而是按照自然规律呈现较平缓增长的状态.图1为一个地区的负荷增长呈S型规律的示意图.从图1可见,负荷在经过一段时期的较快增长后,进入低速平缓增长阶段,即饱和阶段.此阶段的负荷称为饱和负荷.收稿日期:2007-08-29作者简介:江新琴(1972-),女,硕士研究生,讲师.第4期江新琴,等:基于空间饱和负荷密度的城市远景饱和负荷预测图1　负荷增长的S 型曲线F i g .1　“S ”c u r v e o f l o a d i n c r e a s e 参考美国、日本等发达国家不同发展阶段经济和电力需求的关系,一个地区电力负荷进入饱和阶段时一般具有如下特征:1)在经历了较快增长的时期后,负荷达到较高水平,且呈持续低速平稳增长.在此阶段,电力负荷水平比较高,连续5年左右时间的年均负荷增长率不超过4%.2)经济规模比较大,并且产业结构比较合理、稳定.3)在国内,土地性质是影响负荷的重要因素.如果一个城市的远景规划,土地用途(性质)变更比较少,或者从低负荷密度向高负荷密度转变的土地比较少,则可认为该地区已经暂时进入饱和阶段.2　空间饱和负荷模型的建立空间负荷密度与城市经济发展、区域中的地块功能(人口密度、商业化、工业化程度)等用地性质的城市发展规划相关.可建立以空间负荷密度为主的城市负荷的数学模型为:P =∑ni =1k p ∑mj =1S i j C i j(1)式中:P 表示城市负荷;k p 表示负荷同时率;i 表示城市的某个片区;n 表示城市片区的个数;m 表示土地使用类的个数;S i j 表示第i 片区第j 类土地使用面积;C i j表示第i 片区第j 类土地使用负荷密度.当城市电力负荷经历了较快增长的时期后,负荷密度就会达到饱和,这时,式(1)就转化为空间饱和负荷模型.2.1　空间饱和负荷模型参数的确定从公式(1)中可知,要准确地预测饱和负荷,各功能地块的饱和负荷密度C i j的选取是关键.饱和负荷密度与地块使用性质有直接关系.因此,饱和负荷密度的预测应以详细的城市远景总体用地规划和人口规划为基础,同时考虑每类功能地块在城市所处的地理位置、气候条件、人文氛围、经济发展的历程和发展规模等.根据统计表明,各类用地的负荷密度,同一地区同类性质用地,其单位占地面积负荷相差非常大,如居民用地,高的可达800k W/h a ,低的只有250k W/h a .在计算其单位建筑面积负荷时,发现同类性质用地的负荷密度非常接近.如一块地开发为高层建筑,其建筑容积率大,建筑面积大;开发为别墅区,其建筑容积率小,建筑面积小.显然开发为高层建筑的单位占地负荷密度大,开发为别墅区的单位占地负荷密度小.因此,单位用地面积负荷通过单位建筑面积负荷乘以其地块的建筑容积率来推导更合理.公式(1)也相应转化为:P =∑ni =1k p ∑mj =1S i j k i j C k i j(2)式中:P 为城市远景饱和负荷;k p ,i ,n ,m ,S i j 含义同(1)式;k i j 为第i 片区第j 类地块的建筑容积率;C k i j 为第i 片区第j 类土地建筑面积饱和负荷密度.通过对成熟居民区、商业区和工业区等取样调查和对比分析,就可以获得地区各功能地块的单位建筑面积饱和负荷.2.2　地块负荷同时率的考虑根据上述方法把各地块的负荷合并成每一个分区的总的负荷值时,可以预测出各分区的远景饱和负荷.对于不同类别的负荷,因负荷特性不同,出现的最大负荷时间段不相同,如居民用电,高峰在18∶00到24∶00.而行政办公集中用电时间在8∶00到18∶00,商业用电在9∶00到22∶00,即存在一个负荷同时率的问题.因此,对于不同类型的负荷不能直接把他们相加.根据对各个地区的地理位置和气候条件、工业发展的调研情况,负荷同时率一般变化不大,可以取一个相应的数值.该值一般在0.6～0.9之间,考·533·福州大学学报(自然科学版)第36卷虑未来厦门市以商贸服务业为主,其负荷同时率较大,取0.85.3　对厦门市远景饱和负荷预测厦门市是我国四个经济特区之一,也是福建省经济最发达的地区之一.“十五”以来,厦门市逐步由海岛型城市向海湾型城市扩展.根据发展规划,将于2011年形成海湾型城市框架,将于2020年在福建省率先实现现代化[13].厦门市辖思明、湖里、集美、海沧、同安和翔安6个行政区,结合地理位置划分,将厦门市电力市场分为岛内、海沧、集美、同安、翔安五大片区.每个片区又细分为多个分区.根据城市规划,详细统计每一小地块的用地性质、占地面积以及建筑容积率.用地性质分为:居住用地、工业用地、公共设施用地、仓储用地、道路广场用地、海滨娱乐度假、公共绿地、机场用地、水域和其他非城市建设用地、其他用地等.3.1　典型片区负荷指标分析厦门岛内作为厦门市的发展中心,人口密度高,商贸服务业发达.由于土地的限制,厦门岛内未来建筑将以发展容积率较大的高层建筑为主.其重点发展高技术产业和物流、旅游、商贸、金融等现代服务业.未来,随着在部分企业外迁完成后,第三产业和居民生活用电将成为岛内用电需求增长的主导力量,用电增幅趋于平稳①;显然,与岛外相比,其功能地块饱和负荷密度水平较高.海沧区规划为石化产业基地,重点鼓励发展以P X 、P T A 、P E T 为核心的芳烃系列及有机化工产品生产,重点鼓励发展化工中下游产业、精细化工产业、橡胶轮胎和化学纤维产业等②.集美区规划为机械产业集中区,重点鼓励发展工程机械、汽车和摩托车等机械及配套零部件制造业、模具制造业及其他高技术含量的零部件制造业③.同安区规划为传统优势产业集中区,重点鼓励发展轻工食品工业及其配套产业③.翔安区为新兴产业集中区,重点发展电子信息、软件开发、生物医药、环保科技、电气机械及器材制造业、新能源和新材料、光机电一体化、海洋科技、环保科技等高新技术产业研发及中小企业创业孵化基地[14].通过对成熟居民区、商业区和工业区等取样调查,类比国内经济发展轨迹相似、发展较发达地区,结合厦门市岛内岛外分功能地块的饱和负荷密度有所不同的实际情况,确定厦门市岛内岛外的各功能地块的单位建筑面积饱和负荷③,计算出其饱和负荷密度列于表1.表1　厦门市分功能地块饱和负荷密度相关指标对比分析T a b .1　X i a m e n f u n c t i o n a l b l o c ks a t u r a t e d l o a dd e n s i t y c o m p a r a t i v e a n a l y s i s o f r e l e v a n t i n d i c a t o r s功能地块C /W·m-2k C /k W·h a-1岛内岛外功能地块C /W·m-2k C /k W·h a-1岛内岛外居住用地20400～500300～500商业服务业设施用地451200600政府社团用地30　700500工业用地40200～300300～500仓储用地10　4040对外交通用地40　3030道路广场用地403030市政公用设施用地30250250绿地/1010特殊用地/250250水域和其他非城市建设用地/10103.2　典型分区饱和负荷计算现以岛内湖里工业区饱和负荷计算为例,进行分区各功能地块饱和负荷密度相关指标及饱和负荷的分析预测.湖里区位于厦门本岛东北部,三面临海,与金门岛隔海相望,湖里工业区建设用地为2189.2·534·①②③厦门市岛内分区规划修编(2000);厦门岛电力网专项规划(2000);岛内各片区控制性详细规划及城镇发展规划(2000)厦门市城市总体规划修编(2004)厦门市海沧投资区总体规划(2000);厦门市海沧投资区新阳工业区分区规划(2000);厦门市海沧投资区南部工业区分区规划(2000);厦门市海沧投资区南部工业区市政规划(2000);海沧新城城市设计及控制性详细规划(2000);海沧电力网专项规划(2006)第4期江新琴,等:基于空间饱和负荷密度的城市远景饱和负荷预测h a ,未来经济规划为商务营运基地、现代物流基地、高新技术产研基地和休闲旅游基地.根据式(2),其饱和负荷计算结果列于表2.表2　岛内湖里工业区饱和负荷密度相关指标及饱和负荷计算表T a b .2　T h e c a l c u l a t i o n o f H u l i i n d u s t r i a l a r e a s s a t u r a t e d d e n s i t y l o a d i n d i c a t o r s a n d s a t u r a t e d l o a d用地性质k C /W·m -2k C/k W·h a-1S /h a P /k W 居民用地一类居住1.7020.00340.0045.0716225.2二类居住2.6020.00520.00207.1107692村庄1.6025.00400.0096.6738668公共设施用地行政办公2.4530.00735.0095.8770464.45商业金融2.9040.001160.0069.0780121.2文体卫生1.5030.00450.00教育科研1.0030.00300.0019.255775市政设施0.8530.00255.0055.9314262.15工业用地一类工业0.8040.00320.0072.6423244.8二类工业1.0040.00400.00202.1380852三类工业2.5040.001000.0041.1741170仓储用地0.5010.0050.00255.3512767.5道路广场用地30.00554.6616639.8海滨娱乐度假000公共绿地10.00262.682626.8水域和其他非城市建设用地203.87特殊用地250.007.711927.5建设用地2189.2512436.4负荷同时系数率0.85合计435570.943.3　厦门市各片区饱和负荷预测结果按照同样的思路,根据五片区中各分区的饱和负荷计算,预测出5个片区的饱和负荷密度及饱和负荷值,见表3.按照厦门作为海峡西岸中心城市的发展定位,2012年以后逐步进入后工业化时代的厦门市将逐步展现出服务和辐射的功能.现代服务业、资讯业、物流业等现代服务业将取得长足的发展,规模和发展速度都将更上一层楼,第三产业将取代工业,逐步主导经济增长.表3　厦门市各片区饱和负荷及饱和负荷密度预测T a b .3　T h e a r e a s s a t u r a t e d l o a da n ds a t u r a t e dl o a d d e n s i t y f o r e c a s t i n g o f X i a m e n 片区S 规划/k m 2预计电力负荷/万k W负荷密度/k W·h a-1岛内127.1267210海沧93.23252270集美90207230同安110264240翔安110231210合计530.31221 根据厦门市的发展历程和发展规划,结合台湾地区的发展历程看,随着厦门和台湾经济的逐步融合,厦门市未来经济的发展与台湾已发展的历程是比较接近的.厦门市当前经济发展处于新加坡70年代的水平.根据发展规划,预计未来经济发展轨迹与新加坡亦较接近.当前,台湾和新加坡均已进入较高程度的经济发展阶段,用电需求水平也较高.当前用电需求增幅平缓,其中台湾近五年来用电量年均增长·535·福州大学学报(自然科学版)第36卷4.24%.根据电力部门的预测,预计2016年台湾用电量增长3.4%,接近饱和水平,其人均用电量为12826k W·h /人;而新加坡至2010年人均用电量12349k W ·h /人.厦门市将建设成为现代化城市,最大负荷利用小时数约为4500h .厦门市适度人口容量处于375万～440万之间[13],折合人均用电量约为13000k W·h /人左右.由此说明基于空间饱和负荷密度模型的厦门远景饱和负荷的预测结果是较为合理的.根据以上分析,厦门市远景饱和负荷的预测结果为1221万k W .4　结语空间饱和负荷密度模型在考虑了用户性质和地块容积率的前提下,充分反映了城市的远景规划和建设要求.该模型利用较为详尽的城市规划信息,分地块预测,使整个预测过程从每一小地块开始,推算出分区再到片区直至整个城市的饱和负荷.不仅能对负荷总量进行预测,还可以知道分区负荷的空间分布,大大提高预测的准确性,也为今后电网规划、变电站容量及布点、输电线路的走向提供指导,为合理安排电源和电网建设的提供依据.参考文献:[1]王大成,程浩忠.配电网分块中长期电力负荷预测实践[J ].供用电技术,2004,21(1):17-19.[2]程浩忠,张焰.电力网络规划的方法与应用[M ].上海:上海科学技术出版社,2002.[3]B l a g a j a c S ,K r a j c a r S ,S k r l e c D .C o m p u t a t i o n a l t o o l t o s u p p o r t s p a t i a l e l e c t r i cl o a df o r e c a s t i n g [J ].E l e c t r o t e c h n i c a l C o n f e r -e n c e ,2000,3:1116-1119.[4]K a bJ uH w a n g ,G w a n gW o nK i m .S p a t i a l l o a d f o r e c a s t i n g m o d e l f o r e l e c t r i c a l d i s t r i b u t i o n p l a n n i n g [J ].S c i e n c e a n dT e c h n o l o -g y :K O R U S 2004P r o c e e d i n g s t h e 8t h R u s s i a n -K o r e a nI n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m ,2004,1:237-241.[5]孙旭,任震.空间负荷预测在城市电网规划中的应用[J ].继电器,2005,33(14):79-81.[6]张千周.日本电力工业概况(Ⅰ)[J ].国际电力,2003(5):4-9.[7]杜秋平.美国电力工业发展预测[J ].国际电力,2003(4):10-15.[8]E n e r g y I n f o r m a t i o n A d m i n i s t r a t i o n .A n n u a l e n e r g y o u t l o o k 2003w i t h p r o j e c t i o nt o 2025[E B /O L ].2003-01.h t t p //w w w .e i a .d oe .g o v[9]虞恬.今日美国电力工业[J ].电气时代,2001(z 1):B 20-B 21.[10]匡江红,罗朝晖.美国电力工业的发展现状[J ].发电设备,2001(2):44-46.[11]刘育新.韩国电力工业现状以及电力体制改革[J ].华北电业,2002(1):44-46.[12]朱庚富,姚月俊.韩国电力工业的发展与环境保护[J ].电力环境保护,2004(1):1-6.[13]城市电力网规划设计导则[S ].北京:中国电力出版社,1993.(责任编辑:杨青)·536·。