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浅谈电力负荷对气温的响应

杨晓宇 李明妍 罗宇航

​1.伊春市气象局;2.吉林省气象局

摘要: 电力是社会生存和发展的重要能源,是促进经济快速发展的重要支撑和保障。电力负荷是电力系统规划设计和运行管理的重要指标之一。气象条件、季节因素、社会经济环境等都在一定程度上决定着电力负荷的变化,而气象条件的作用更是首当其冲。本文以国家气象站观测数据和伊春市电力负荷数据,通过时间序列法针对电力负荷对气温的响应作出实际分析。
关键词: 电力负荷;气温;时间序列
DOI:10.12721/ccn.2024.157006
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引言

近年来,各地气象及电力部门的研究人员针对气象要素对用电需求的影响开展了众多研究工作,李彦国等[1]通过分析温度、相对湿度、降水等气象要素与电力负荷的关系得到,影响电力负荷的主要因素是气温。刘健等[2]从气候变化对江苏省城市用电影响方面进行分析得到,夏季影响居民和城市系统用电增加的重要气候因子是夏季高温。张海东[3]等发现气温变化对日最大电力负荷和日用电量具有不同的季节性和周期性影响。

随着国民经济的快速发展,越来越多的制冷和取暖设备的投入并使用,电力需求呈逐年快速增长的趋势。夏季高温天气下,使得空调等制冷设备要长时间运行,也会促使灌溉工作的进行,因此造成电力负荷大幅度增加,同样冬季的持续低温天气也对电力负荷有着重要影响。冯瑶等[4]通过分析长春市电力负荷与各种气象因子之间的相关关系得到,气温是各种气象要素中使电力负荷产生变化的最敏感要素,在冬季和夏季对负荷的影响效果相反。但未考虑持续低温天气下,电力负荷会出现一定程度的反常增长。

积温累积效应是指在持续高、低温过程中,电力负荷会随着持续时间的增长而增长,即在同等气温条件下,电力负荷也会出现较大程度的增加。卢珊[5]等在研究中引入积温累积效应,建立了多元回归的电力气象负荷预测模型,预测的相对误差绝对值平均为6.0%,接近电力部门5.0%的误差要求。通过引入积温累积效应建立的日峰负荷、日谷负荷预测模型的误差明显降低。

近年来,受拉尼娜影响,强寒潮、持续性低温天气频发,据统计,冬季的持续低温天气,使居民对取暖设施的需求显著增加,电力负荷明显升高。而伊春地处小兴安岭腹地,属温带大陆性季风气候,年平均气温1℃,气温偏低。因此,探究持续低温天气与电网负荷的关系至关重要。

1.过去低温事件对伊春气候的影响

对1980年以来发生的9次拉尼娜事件的综合分析表明,在拉尼娜年的冬季,冷空气活动频繁,伊春市气温略低,降雪略少,且降雪开始时间较早,结束时间较晚。

1.1低温事件对气温的影响

通常在拉尼娜年,伊春市冬季平均气温易低于气候值(-20.1℃),夏季平均气温易高于气候值(19.2℃)。伊春市最低气温极值出现在1980年乌伊岭站,为-47.9℃,伊春市最高气温极值出现在2010年嘉荫站,为38.7℃。

1.2低温事件对降水的影响

伊春市冬季降雪量较历年略少8.6%,春季3月降雪量较历年略多16.7%。降雪最早开始时间为1975年9月22日嘉荫站、乌伊岭站、五营站,降雪最晚结束时间为1985年5月25日乌伊岭站。

2.电力负荷对气温的响应

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图 1 2020年冬季日平均气温与日峰负荷的变化曲线

从图1中可以看到,2020年冬季伊春市电力负荷的峰谷值与日平均温度的变化有较为明显规律,当温度下降时,电力负荷升高,且其相关性均通过了显著检验,相关系数R为-0.37。

分析可得,2020年12月起,至2021年1月末,伊春市电力负荷出现波动下降,这与电力部门检测、检修、维护设备有一定联系,且与用户处于节假日期间,需求量改变也息息相关。而日峰负荷最高值出现在2020年11月中旬,这与冬季寒潮天气爆发,贝加尔湖以北寒冷空气大范围倾注南下,造成影响我省强降温有着必然联系。

3.浅谈伊春“气象+能源”深度融合发展举措

加强核心技术共研,气象部门可以根据电力部门需求,展开调研,可以通过问卷调查、实地走访等综合方式,对全市百姓、用电商超、工厂等用户开展摸底调查,围绕伊春电力调度与气象条件的关系做详细的调查研究,为风(光)电场选址布局做区域规划布置,建立观测基地,积极探索特色气象服务新模式。并邀请同领域专家进行座谈交流,共同探讨“气象+风电”特色气象服务中心创建。

搭建人才交流培训的桥梁,气象部门应紧紧围绕当地电力对气象服务的需求,加强与省级业务单位的联系,研究探讨如何为本地风电产业提供气象服务产品和技术支撑,力争形成可复制的经验,起到示范作用并进行交流推广。

应用本文研究结论,可针对电力负荷做进一步预测,气象部门可制定专业气象服务产品,精准预测未来7天乃至更长周期的电力负荷,建立部门间合作,联合制定标准实现数据共享。构建起无缝隙精细化新能源气象预报预测产品体系,以及源网荷储一体化的能源电力气象灾害预警服务体系,对风能太阳能发电场站规划选址、资源调度、防灾减灾、气候评估等具有支撑作用。

结论

1.在低温年的冬季,冷空气活动频繁,伊春市气温略低,降雪略少。冬季平均气温易低于气候值-20.1℃,夏季平均气温易高于气候值19.2℃。冬季降雪量较历年略少8.6%。

2.冬季伊春市电力负荷的峰谷值与日平均温度的变化有较为明显规律,当温度下降时,电力负荷升高,且其相关性均通过了显著检验。

3.应用本文研究结论,可针对电力负荷做进一步预测,气象部门可制定专业气象服务产品,精准预测未来7天乃至更长周期的电力负荷,建立部门间合作,联合制定标准实现数据共享。

参考文献:

[1]李彦国,张艳艳,关昊,陈敏,管林.廊坊市气象因素对电力负荷的影响分析[J].电气工程与自动化,2012,3(007):14-16.

[2]刘健,陈星,彭恩志,周学车.气候变化对江苏省城市系统用电量变化趋势的影响[J].长江流域资源与环境,2005,14(5):546-550.

[3]张东海,孙照渤,郑艳,等.温度变化对南京城市电力负荷的影响[J].大气科学学报,2009,32(4):5376-542.

[4]冯瑶,金顺梅,董元元,李田.长春市电力负荷与气象要素相关分析[J].气象灾害防御,2017,24(1):15-20.

[5]卢珊,浩宇,王百朋,张宏芳.引入积温效应预测夏季西安市电力气象负荷[J].气象科技,2017,45(6):1090-1094.