《電子技術(shù)應(yīng)用》
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特高壓電網(wǎng)效益評價指標(biāo)體系研究綜述
2018智能電網(wǎng)增刊
劉杰鋒,李 冰,張 帆,崔寒松,段春明,王 帥,林宇龍
國網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院,北京 100038
摘要: 根據(jù)特高壓電網(wǎng)的功能定位,特高壓電網(wǎng)主要實現(xiàn)大容量、遠距離送電。特高壓電網(wǎng)形成后,除了能夠獲得輸送電量所能帶來的直接售電收益以外,還可獲得多方面的社會效益。分析了特高壓電網(wǎng)的經(jīng)濟效益,也從利益社會的高度將特高壓電力工程的綜合效益分成為節(jié)省投資的效益、節(jié)省煤炭消耗的效益、減少電力網(wǎng)絡(luò)損耗的效益、減少短路電流危害的效益、資源和環(huán)境可持續(xù)性的效益、其他社會效益六個部分。并在之前相關(guān)研究基礎(chǔ)上對其計算模型進行了進一步的優(yōu)化。從節(jié)省電源裝機、提高水電和風(fēng)電利用、節(jié)省煤耗成本、土地、環(huán)保、就業(yè)和交通運輸?shù)冉嵌?,深入分析特高壓電網(wǎng)綜合效益的組成,并分析各類效益的估算方法。
中圖分類號: TM715
文獻標(biāo)識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2018.S1.086
Abstract:
Key words :

0  引言

    電網(wǎng)的經(jīng)濟效益主要通過售電收益來體現(xiàn),對特定的電壓等級由該電壓等級的過網(wǎng)增售電量和過網(wǎng)電價共同確定[1]。通過構(gòu)建特高壓電網(wǎng),輸送容量增強,供電量增大,在滿足人民群眾日益增長的用電需求的同時,也為企業(yè)帶來相應(yīng)的售電收益。電網(wǎng)的綜合效益主要通過對國民經(jīng)濟的整體影響來體現(xiàn),包括擴大風(fēng)電、水電消納范圍、節(jié)省煤耗、節(jié)省裝機、土地環(huán)保效益等方面。特高壓電網(wǎng)形成后,除了能夠獲得輸送電量所能帶來的直接售電收益以外,還可獲得多方面的社會效益。

    目前,特高壓電網(wǎng)發(fā)展處于比較成熟的階段,已有多項特高壓工程建成投產(chǎn),也有一些特高壓交、直流工程正在開展前期工作。對于特高壓同步電網(wǎng)形成后,為社會帶來的效益尚無完整的描述和定義,缺乏科學(xué)、全面的劃分方法。特高壓大電網(wǎng)的形成,投資巨大,但是其效益組成有待進一步明確和完善,并且需要建立科學(xué)合理的評估方法和評價體系對其進行全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確的評估和測算,否則容易由于成本和效益評價的不對等而出現(xiàn)錯誤的經(jīng)濟性評價結(jié)論,對工程項目的分析決策產(chǎn)生錯誤的導(dǎo)向[2]。

    在本文中,將特高壓電網(wǎng)的效益評估分為經(jīng)濟效益和綜合效益。經(jīng)濟效益屬于傳統(tǒng)經(jīng)濟效益評估范疇,可直接定義為售電價乘以售電量,即售電收益;綜合效益也稱為廣義經(jīng)濟效益在本文中將進行重點分析和論述[3]

1  效益分析的原則

    效益分析遵循有無對比的原則得出。其中,以特高壓電網(wǎng)骨干網(wǎng)架規(guī)劃為有項目方案,以區(qū)域電網(wǎng)間500千伏交流弱聯(lián)、煤電在負荷中心就地建設(shè)方案為無項目方案,二者之間的效益差值為特高壓電網(wǎng)的綜合效益。效益分析采用定量分析與定性分析相結(jié)合,以定量分析為主,并且參照其他行業(yè)的效益分析方法[4]

    成本和效益分析是下一階段經(jīng)濟性評價的決策基礎(chǔ),因此也應(yīng)該遵循經(jīng)濟性評價的一般性原則,保證分析的客觀性、科學(xué)性、公正性,遵循市場經(jīng)濟規(guī)律,以技術(shù)上可行、符合國家能源和電力建設(shè)方針為前提,以國家整體利益為出發(fā)點,著眼于推動社會發(fā)展[5]。

科學(xué)、全面地研究特高壓電網(wǎng)的經(jīng)濟效益和綜合效益,明確效益的組成。已有的經(jīng)濟效益以售電收益來衡量,綜合效益除售電收益外,還應(yīng)衡量特高壓電網(wǎng)所帶來的所有巨大的潛在收益,如聯(lián)網(wǎng)效益、減少棄水、棄風(fēng)效益、外部環(huán)境成本效益等[6]。

2  特高壓電網(wǎng)的經(jīng)濟效益

2.1  中國電力環(huán)境與特高壓電網(wǎng)經(jīng)濟效益

    特高壓輸電經(jīng)濟效益直接關(guān)系到特高壓輸電線路投資是否能在合理范圍內(nèi)回收。在電力市場改革環(huán)境下,這個問題會引起更多關(guān)注。

    對于現(xiàn)狀來說,發(fā)電上網(wǎng)電價和受端地區(qū)售電價都是國家確定的,電網(wǎng)經(jīng)濟效益主要體現(xiàn)在不同地區(qū)發(fā)電上網(wǎng)電價、受端用電地區(qū)標(biāo)桿上網(wǎng)電價不同而造成的輸電經(jīng)濟效益;對于未來,電力市場下特高壓輸電經(jīng)濟效益的核心是輸電價形成機制,合理的輸電價能夠促進使用輸電的用戶(即發(fā)電廠和大用電戶)之間良性競爭,提供用戶正確的經(jīng)濟信息,優(yōu)化電力資源配置,提高網(wǎng)絡(luò)使用效率,為電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)提供正確的信息[7]。

2.2  輸電電價

    輸電價的計算要量化輸電用戶使用輸電線的程度,不同用戶輸電價是不同的。輸電用戶的確定也存在不同情況,要根據(jù)電力系統(tǒng)的市場規(guī)則確定,如果輸電是獨立的管理投資主體,那么發(fā)電商和購電商協(xié)商選擇輸電線路并共同承擔(dān)輸電成本,如果電網(wǎng)及其供電即電網(wǎng)公司(輸配一體)是獨立主體,獨立主體向電廠買電,那么輸電線路的投資成本回收屬于電網(wǎng)公司的內(nèi)部評估,不接受市場的檢驗,即自己依據(jù)自身標(biāo)準(zhǔn)評估輸電成本是否能回收[8]。

2.3  輸電分?jǐn)?/strong>

    輸電分?jǐn)偸怯脕泶_定負荷或者發(fā)電對輸電設(shè)備的利用份額。目前,電網(wǎng)中常用的輸電用戶分?jǐn)傆嬎阒饕朽]票法、合同路徑法和潮流追蹤法[9]。

    輸電成本分?jǐn)傂纬傻妮旊妰r加上發(fā)電上網(wǎng)電價等于到網(wǎng)電價。目前電力環(huán)境下,電網(wǎng)公司可以通過測算輸電到網(wǎng)電價間接評估電網(wǎng)輸電的經(jīng)濟性,可以使用到網(wǎng)電價電價競爭力進一步分析。首先需要計算到網(wǎng)電價,對于交流電網(wǎng)來說,也就是計算受端地區(qū)各受電節(jié)點的到網(wǎng)電價,以后統(tǒng)稱為到網(wǎng)節(jié)點電價。

3  特高壓電網(wǎng)綜合效益分析

    國民經(jīng)濟評價要準(zhǔn)確反映項目的國民經(jīng)濟效益,在本文特指為特高壓電網(wǎng)構(gòu)建帶來的社會效益,也稱電網(wǎng)綜合效益。

    特高壓電網(wǎng)的構(gòu)建,增強了電網(wǎng)在大范圍優(yōu)化資源配置的能力,一方面有利于實現(xiàn)規(guī)模大、距離遠、效率高的輸電,促進燃煤發(fā)電、水利發(fā)電、核能發(fā)電以及風(fēng)電、太陽能等大型可再生能源發(fā)電基地的可持續(xù)性、集約化開發(fā)和發(fā)展,從而保障電力需求的高速增長得到滿足[10];另一方面,隨著特高壓電網(wǎng)的大力建設(shè),區(qū)域間電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)模和電力輸送、交換的能力增強,擴大了水、風(fēng)、太陽能、潮汐、地?zé)岬惹鍧崱⒖稍偕娏δ茉吹妮斔湍芰拖{能力,減少棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象,促進電力能源供應(yīng)體系和結(jié)構(gòu)向優(yōu)質(zhì)化、科技化、清潔化方向轉(zhuǎn)變,降低其對生態(tài)環(huán)境的影響,從而降低電力工業(yè)的總成本,可以獲得非常大的社會效益。

    本文全面考慮了特高壓電網(wǎng)形成后帶來的經(jīng)濟、社會、生態(tài)各方面的綜合效益。站在利益社會的高度從節(jié)省投資的效益、節(jié)省煤炭消耗的效益、減少電力網(wǎng)絡(luò)損耗的效益、減少短路電流危害的效益、資源和環(huán)境可持續(xù)性的效益、其他社會效益六個角度[11],基于各主要元素的影子價格計算,深入分析特高壓輸電網(wǎng)綜合效益構(gòu)成,并提供了各類效益模型和計算方法。

3.1  節(jié)省投資的效益

    根據(jù)電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)可知華北、華中和華東三個區(qū)域電網(wǎng)的電力負荷規(guī)模和負荷特性不相同,由于工業(yè)運行、家用電氣(包括空調(diào)負荷等)及氣候等環(huán)境的不同,其出現(xiàn)最大負荷的時間點和持續(xù)時間也不相同,因此聯(lián)網(wǎng)后電網(wǎng)間可更好的支援和優(yōu)化,利用其明顯的峰、谷時間差,削峰填谷,產(chǎn)生削峰填谷效益。另外通過大規(guī)模聯(lián)網(wǎng),可降低最大電力負荷,獲得節(jié)省投資效益[12]。

    首先,根據(jù)地區(qū)電源及負荷特性,華北電網(wǎng)與華中電網(wǎng)具有十分突出的資源互補特性。通過華北與華中聯(lián)網(wǎng),夏季豐水期由華中向華北送電,減少華中為調(diào)峰引起的棄水電量,同時也為華北電網(wǎng)火電機組提供檢修空間,減少機組備用;冬季由華北向華中支援電力,解決華中電網(wǎng)枯水期的電力需求問題。 

    從另一方面來講,節(jié)省投資的效益取得的主要原因在于電網(wǎng)負荷的同時率小于1。聯(lián)合系統(tǒng)的負荷備用與事故備用較單個系統(tǒng)可相應(yīng)減少,通過聯(lián)網(wǎng)可保證各網(wǎng)實際獲得的備用容量規(guī)模降低。節(jié)省投資效益可按下式進行估算:

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3.2  節(jié)省煤炭消耗的效益

    我國煤炭資源中西部儲量豐富、東部比較匱乏,而電力能源需求則是東部地區(qū)很大,中西部地區(qū)很少,呈現(xiàn)出嚴(yán)重的逆向分布格局。加上東部地區(qū)土地資源稀缺珍貴,環(huán)境治理費用高,很難走當(dāng)?shù)卮笠?guī)模建火電廠的傳統(tǒng)之路,所以能夠承載距離遠、規(guī)模和容量大的特高壓輸電技術(shù)應(yīng)運而生,使得全國的資源和能源得到優(yōu)化配置。因此,國家電網(wǎng)公司在這些年中大力推進中西部地區(qū)、北部和東北地區(qū)的燃煤發(fā)電、水利發(fā)電、核能發(fā)電以及風(fēng)電、太陽能等大型可再生能源發(fā)電基地的可持續(xù)性、集約化開發(fā)、建設(shè)和發(fā)展。加大清潔能源和可再生能源戰(zhàn)略布局,鼓勵優(yōu)先發(fā)展水力發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等項目、優(yōu)化發(fā)展火力發(fā)電機組,節(jié)省煤炭資源。

    本文中將節(jié)省煤耗效益分為兩部分:一部分為將減少的棄風(fēng)發(fā)電量、棄水發(fā)電量折算為節(jié)省煤耗效益,具體計算方法為:將減少棄風(fēng)量和棄水量之和,乘以煤電上網(wǎng)影子電價與輸電影子電價之差得到。另一部分為我國煤炭資源豐富的內(nèi)蒙、中西部等地區(qū)火電機組比較集中地帶集約化開發(fā)利用煤炭資源帶來的節(jié)省煤耗效益。和在各負荷中心建廠發(fā)電相比,在煤炭電力基地建廠發(fā)電并通過特高壓輸電網(wǎng)架向負荷中心送電,發(fā)電煤耗成本會大大降低。本文中通過將發(fā)電煤耗成本降低量折算為降低煤耗成本效益來進行綜合效益評估。

    節(jié)省棄風(fēng)效益EWind為:

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3.3  減少電力網(wǎng)絡(luò)損耗的效益

    減少網(wǎng)損對于提高電網(wǎng)的經(jīng)濟性具有重要意義。對特高壓電網(wǎng)來說,主要是通過提高電網(wǎng)的運行電壓水平來獲得減少網(wǎng)損的效益(而其他一些減少網(wǎng)損策略,是適用于特高壓電網(wǎng)與超高壓及以下電網(wǎng))。計算節(jié)省網(wǎng)損效益時,首先需要計算普通電壓等級電網(wǎng)輸送單位電能的損耗平均量與特高壓電網(wǎng)輸送單位電能的損耗平均量之間的差值;然后再乘以特高壓輸電容量,即為減少的網(wǎng)損電能;最后,將減少的網(wǎng)損電能量再乘一個受端的影子電價即可得到這部分效益。

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    公式中,q1表示普通電力網(wǎng)絡(luò)單位電能傳輸?shù)膿p耗量平均值;q2表示特高壓電力網(wǎng)絡(luò)單位電能傳輸?shù)膿p耗量平均值;S表示特高壓電力網(wǎng)絡(luò)的輸電規(guī)模;pssp為電力網(wǎng)絡(luò)受端的影子電價平均值。

3.4  減少短路電流危害的效益

    電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大,使得電力系統(tǒng)運行中短路電流發(fā)生概率和規(guī)模也不斷增加,威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行,可能導(dǎo)致斷路器的開斷能力不足以有效地切除線路故障,使得故障擴大,從而危及到整個電力系統(tǒng)的正常運行。

    當(dāng)前500 kV高壓電網(wǎng)存在由于電力密度過大導(dǎo)致短路電流過大的問題、輸電能力相對還較低以及安全穩(wěn)定性相對較差等系統(tǒng)安全問題,更高電壓等級電網(wǎng),也就是特高壓電網(wǎng)的構(gòu)建,可以從根本上解決500 kV電網(wǎng)短路電流水平過高的問題。通過構(gòu)建特高壓電網(wǎng),對500 kV電網(wǎng)合理解環(huán)分區(qū),可有效降低500 kV輸電網(wǎng)的短路電流水平,從而減少或避免因短路電流過大而更換電力設(shè)備,從而減少500 kV及以下電網(wǎng)的改造費用。

    經(jīng)以往資料可知,因短路電流過大而需要更換的電氣設(shè)備占變電站投資額的10%~15%,據(jù)此,可以算出特高壓電網(wǎng)減少高壓電網(wǎng)短路電流的綜合效益ESC。

3.5  資源環(huán)境可持續(xù)效益

3.5.1  土地利用效益

    根據(jù)我國地域分布特點,中東部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達、人口稠密,土地利用經(jīng)濟價值高;西部地區(qū)經(jīng)濟欠發(fā)達,人口密度低,土地利用經(jīng)濟價值相對較低。中東部地區(qū)面臨著土地資源日益緊缺的問題,可謂寸土寸金。在西部建廠發(fā)電,可利用西部地區(qū)較為低價土地資源,代替東部地區(qū)比較稀缺珍貴的土地資源。節(jié)省的東部土地資源可更好的發(fā)展高科技和高附加值的產(chǎn)業(yè),優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局。因此,該文中的土地效益采用送端土地和受端土地的價差產(chǎn)生的效益來估算。

    送受端土地價差效益的計算為西北地區(qū)替代性的節(jié)省了東南地區(qū)的土地面積,再乘以東南地區(qū)土地平均影子價格與西北地區(qū)平均影子價格之差。為體現(xiàn)土地所產(chǎn)生的效益,粗略的以不同地區(qū)的平均地價來代表不同地區(qū)土地效益。送受端土地價差效益具體計算方法如下:

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3.5.2  環(huán)保效益

    燃煤電廠大氣污染排放的環(huán)境損失主要由二氧化硫等氣體導(dǎo)致,其損害大小與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)達程度、人口密集度等因素有關(guān),經(jīng)濟越發(fā)達,人口密集度越大、則造成的損害就越大。根據(jù)國家環(huán)境規(guī)劃研究院的研究結(jié)論,西部地區(qū)經(jīng)濟相對落后、人口密度小,排放二氧化硫的環(huán)境損失為800元/噸;中東部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達、人口稠密,排放二氧化硫的環(huán)境損失達3600元/噸,排放單位二氧化硫造成的經(jīng)濟損失是西部地區(qū)的4.5倍。因此,應(yīng)在環(huán)境治理成本低的西部地區(qū)更多的建燃煤電廠,在環(huán)境治理成本高的中東部地區(qū)控制燃煤電廠建設(shè)規(guī)模。另外,利用“集聚效應(yīng)”,通過大力推進西部地區(qū)煤炭發(fā)電基地進一步集約化、優(yōu)化開發(fā)和發(fā)展,關(guān)停、改造環(huán)保效益差的機組并給發(fā)電機組加裝高效脫硫裝置,可以明顯的提高西部和中東部地區(qū)的環(huán)境保護效益。

    根據(jù)大氣環(huán)境污染數(shù)據(jù),可知二氧化硫氣體排放是造成環(huán)境損害和降低環(huán)境保護效益的主要因素,所以本文采用基于二氧化硫氣體排放的影子價格來估算環(huán)保效益的,其估算公式如下所示:

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3.6  其他社會效益

3.6.1  就業(yè)效益

    特高壓輸電工程建設(shè)對就業(yè)水平的影響有直接效益與間接效益兩部分,直接效益部分指特高壓輸電工程建設(shè)投資和運營維護直接帶來的就業(yè)人數(shù)的增加或者就業(yè)人數(shù)總收入的增加;間接效益部分表現(xiàn)為特高壓輸電工程投資首先對影響就業(yè)的因素產(chǎn)生影響,從而間接促進就業(yè)機會增加??梢酝ㄟ^敏感性分析方法篩選、確定對就業(yè)影響敏感性較高的影響因素,通過研究這些因素與就業(yè)和投資的關(guān)系可以推算出這部分間接效益[13-15]。

    本文中就業(yè)效益評估分為建設(shè)投資期和運營期。分別按其直接效益和間接效益兩部分進行評估。建設(shè)投資期直接效益部分指投資帶來的直接就業(yè)人數(shù)的增加及就業(yè)總工資的增加;其間接效益部分首先評估特高壓總投資對GDP的貢獻(通過特高壓總投資與投資對GDP的拉動系數(shù)k的乘積來評估),然后通過其與總就業(yè)規(guī)模跟總GDP比例的乘積來間接評估就業(yè)人數(shù)的增加及就業(yè)總工資的增加。運營期直接效益部分指特高壓建設(shè)帶來的運營維護和管理人員的增加人數(shù)及相應(yīng)就業(yè)總工資的增加值;間接效益部分首先通過特高壓帶來的總用電量增加值與總GDP跟全社會總用電量的比例關(guān)系乘積來評估運營期對GDP的貢獻值,然后通過其與總就業(yè)規(guī)模跟總GDP比例的乘積來間接評估就業(yè)人數(shù)的增加及就業(yè)總工資的增加。具體就業(yè)效益表示關(guān)系式如下:

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3.6.2  交通運輸效益

    通過特高壓工程將電力從內(nèi)蒙、山西、西北等中國煤炭電力基地送到東部沿海負荷中心比以往把煤炭從煤炭基地運輸?shù)綎|部沿海地區(qū)能更好的減少交通輸送壓力和運輸成本,而且可以使得更多的清潔能源和可再生新能源能通過特高壓線路并網(wǎng),變相的減少了煤炭運輸,提高了交通運輸效益、能源利用率和環(huán)保效益。

    現(xiàn)在主要考慮輸電代替輸煤所帶來的緩解交通壓力的效益,西北地區(qū)給東南地區(qū)輸送的煤電量乘以單位電量煤耗量,再乘以煤炭運輸?shù)挠白映杀?,即為煤電總的輸電成本。由于輸電替代了輸煤所以要減去輸送這些電量的輸電成本,即可得到特高壓項目緩解交通壓力所帶來的較為真實的效益。 

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    其中,ΔQwe表示由于特高壓的建設(shè)煤炭電力基地向東部沿海負荷中心輸送的電能增量;r表示燃煤發(fā)電比例;Wcoal表示煤炭單位發(fā)電量的平均消耗量;Cstr表示單位重量煤炭的平均運輸影子價格;SLCC表示輸送電能的單位全壽命周期成本。從而可以計算得到交通運輸效益。

3.6.3  促進技術(shù)升級效益

    特高壓電網(wǎng)在保障電能安全供應(yīng)、帶來良好的經(jīng)濟效益的同時,也將推動我國技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。建設(shè)特高壓電網(wǎng),將涉及信息、通信、裝備制造、電力電子等多個領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)[16]

3.6.4  保障電力市場效益

    特高壓電網(wǎng)的構(gòu)建,為吸納更多形式的能源上網(wǎng)提供了可能和渠道,也保障了“西電東送,北電南送”工程方案的更加經(jīng)濟高效的運行,從而中國電力將以更快的速度和更大的規(guī)模增長,這有力的保障了電力市場的供應(yīng),做到電力逐步的按國家與人民的需求大幅度邁入新的臺階[17]。當(dāng)然這也促使了根據(jù)特高壓輸電的特性產(chǎn)生的新的更加合理的電價制定模式,這些新的電價制定模式也會更好的為電力市場服務(wù),保障電力市場的正常需求與運營。

4  結(jié)論

    本文以特高壓交、直流骨干網(wǎng)架的統(tǒng)一的大電網(wǎng)為研究對象,全面考慮特高壓電網(wǎng)具有的經(jīng)濟、社會、生態(tài)三方面的綜合效益,站在利益社會的高度從節(jié)省投資的效益、節(jié)省煤炭消耗的效益、減少電力網(wǎng)絡(luò)損耗的效益、減少短路電流危害的效益、資源和環(huán)境可持續(xù)性的效益、其他社會效益等角度著手,結(jié)合影子價格計算方法,深入分析特高壓電網(wǎng)節(jié)省裝機、水火互濟、促進風(fēng)電開發(fā)、節(jié)省煤耗成本及土地資源、促進環(huán)境保護等綜合效益計算模型,并給出各類效益的估算方法。為特高壓經(jīng)濟效益的更加合理的評估提供了理論依據(jù)。

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作者信息:

劉杰鋒,李  冰,張  帆,崔寒松,段春明,王  帥,林宇龍

(國網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院,北京 100038)

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