本发明属于煤改电供能方案规划技术领域，特别是一种基于社区年龄趋势分析的煤改电供能规划方法。
背景技术：
近年，京津冀及周边地区在秋冬季节经常出现雾霾和重度污染天气，严重影响人们的生活质量，威胁百姓健康。相关研究表明，北方城市及农村地区大量采取燃烧散煤取暖，使污染物未经治理直接排放至空气中，是造成京津冀及周边地区严重雾霾问题的重要因素之一。为解决相关大气污染问题，国家发改委颁发了《关于推进电能替代的指导意见》，环保部等颁发了《京津冀及周边地区2017-2018年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》，煤改电作为大气污染治理的重要手段，以进入全面落地实施阶段。
针对社区用能特点的不同，现有空气源热泵、电暖气、蓄热式电锅炉等多种技术可供选择，不同的技术类型对于配套的电网项目建设又提出了不同要求。现有煤改电方案规划，主要局限于对目标区域按照房屋采暖面积，选定电替代技术，进而完成电网规划；缺少对煤改电目标社区人群进行年龄构成分析及预测，未能充分考虑各社区电采暖需求的差异性。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种基于社区年龄趋势分析的煤改电供能规划方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于社区年龄趋势分析的煤改电供能规划方法，包括步骤如下：
第一步，社区人群年龄构成分析及预测
(1)首先对接社区居委会或当地派出所，获取社区目前常驻人口信息：
①常驻人口总数n、各年龄段人口数nt、18-45岁各年龄段育龄女性人口数zt及外来迁入各年龄段人口数
②获取当地统计局各年龄段人口死亡率dt，自然生育率bt，二胎生育意愿vt，以x表示年份，t表示年龄，计算社区内的指定年份指定年龄的人数，
(x+1)年(t+1)岁的人数＝x年t岁的人数×(1-x年t岁的死亡率)，即
以t1、t2代表两个特定年龄，由此在x年t1岁-t2岁的人口比例为：
(2)分别统计x年、x+1年、x+2年直至x+k年幼儿及学龄期人口比例
第二步、针对同一社区，不同采暖方式下煤改电供能方案的成本及费用
(1)煤改电供能方案中各参数的设定，
该社区户数m，户均采暖季补贴电量w补,采暖季峰段电价d峰，采暖季谷段电价d谷，采暖季每日谷段小时数h谷；
以空气源热泵为采暖方式户均采暖功率g热泵，以直热式电暖气为采暖方式户均采暖功率g电暖气，以蓄热式电锅炉为采暖方式户均采暖功率g电锅炉-采暖，户均低温运行功率g电锅炉-低温；
参照市政供暖规定，室内设计温度不低于f取暖℃，冬季采暖室外计算温度f室外℃，以采暖季120天进行分析，均衡考虑各月温度，季节性负荷系数为γ。对于处于幼儿期、学龄期、退休期的家庭采暖日负荷系数为ωs，对于处于上班工作期的家庭采暖日负荷系数为ωl，
单位新增采暖负荷(kw)引起的配网建设投资s配网，涉及户内电线改造及保护开关改造的户均改造费用为s户内线路，空气源热泵供能包括热泵设备购置、安装及户内水管网安装的单位负荷(kw)的建设成本为s热泵，直热式电暖气供能设备购置安装的单位负荷(kw)建设成本为s电暖气，蓄热式电锅炉供能包括电锅炉和保温水箱设备购置和安装、户内水管网安装、室外热力管网的单位负荷(kw)的建设成本为s电锅炉，
(2)煤改电供能方案中各供能方式的成本及费用计算
①以空气源热泵作为社区采暖供能方式
社区采暖运行负荷g热泵＝g热泵×γ×[m×(p0-18+p61-∞)×ωs+m×p19-60×ωl]
空气源热泵供能方案建设成本s热泵＝s热泵×g热泵+s配网×g热泵+s户内线路×m
空气源热泵采暖季运行成本
电量补贴峰段电量
以空气源热泵为供能方式的运行费用
②以空气源热泵与直热式电暖气综合供能方式
对于长期在家的幼儿期、学龄期、退休期的居民采用空气源热泵技术供暖；对于白天家中无人、正常上班的居民采用直热式电暖气利用谷电加热取暖,需要谷段周期以外h补个小时进行补充供热，
空气源热泵与直热式电暖气综合使用解决社区供暖，综合供能方案中社区空气源热泵的运行负荷
g热泵补＝g热泵×γ×m×(p0-18+p61-∞)×ωs
综合供能方案中社区直热式电暖气的运行负荷
g电暖气＝g电暖气×γ×m×p19-60×ωl
综合方案中社区采暖最大负荷
g热泵-电暖气＝g热泵补+g电暖气
空气源热泵-直热式电暖气综合供能方案的建设成本
s热泵-电暖气＝s热泵×g热泵补+s电暖气×g电暖气+s配网×g热泵-电暖气+s户内线路×m
综合供能方案中空气源热泵部分运行费用
综合供能方案中直热式电暖气部分运行费用
以空气源热泵和直热式电暖气为综合供能方式的运行费用
q热泵-电暖气＝q热泵补+q电暖气
③以蓄热式电锅炉作为社区采暖供能方式
以蓄热式电锅炉供能的社区采暖最大负荷
g电锅炉max＝g电锅炉-采暖×γ×m
蓄热式电锅炉供能建设成本
s电锅炉＝s电锅炉×g电锅炉max+s配网×g电锅炉max
蓄热式电锅炉采暖季运行费用
社区幼儿期、学龄期、退休期居民采暖用电量
社区幼儿期、学龄期、退休期居民冬季采暖运行费用
蓄热式电锅炉采暖社区工作期居民采暖用电量
暖时段电量
社区工作期居民冬季采暖运行费用
以蓄热式电暖气为供能方式的运行费用
第三步，得到k年内煤改电供能方案规划
k年内，以空气源热泵为供能方式的整体成本
k年内，以空气源热泵和直热式电暖气为综合供能方式的整体成本
k年内，以蓄热式电锅炉为供能方式的整体成本
对比一定年限内不同电采暖技术的冬季供能方案，以整体成本最小为最优条件即可得到k年内煤改电供能的最佳方案规划。
本发明的积极效果
1、本发明通过对社区人群年龄结构及不同年龄人口用能习惯的分析及趋势预测，以满足若干年内社区采暖需求为前提，实现建设投资和运行维护的经济性，有效促进政府、电力企业、社区采暖居民三者需求的协调优化，并解决现有技术中煤改电供能方案对社区用能特点难以精准匹配的问题。
2、本发明依据社区人群年龄构成的不同，会影响该社区的冬季采暖需求。根据各年份社区人群年龄比例，计算不同煤改电技术对应的k年内所需最大负荷，在满足近期最大负荷的基础上，比较各种煤改电方式的建设成本和运行成本，从而获得具有较高经济性的社区煤改电供暖方案规划。
具体实施方式
以下对本发明实施例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。
一种基于社区年龄趋势分析的煤改电供能规划方法，包括步骤如下：
第一步，社区人群年龄构成分析及预测
(1)首先对接社区居委会或当地派出所，获取社区目前常驻人口信息：
①常驻人口总数n、各年龄段人口数nt、18-45岁各年龄段育龄女性人口数zt及外来迁入各年龄段人口数
②获取当地统计局各年龄段人口死亡率dt，自然生育率bt，二胎生育意愿vt，以x表示年份，t表示年龄，计算社区内的指定年份指定年龄的人数，
(x+1)年(t+1)岁的人数＝x年t岁的人数×(1-x年t岁的死亡率)，即
以t1、t2代表两个特定年龄，由此在x年t1岁-t2岁的人口比例为：
(2)分别统计x年、x+1年、x+2年直至x+k年幼儿及学龄期人口比例
表1各年龄段人口比例
社区人群年龄构成的不同，会影响该社区的冬季采暖需求。依据上表各年份社区人群年龄比例，以下将计算不同煤改电技术对应的k年内所需最大负荷，在满足近期最大负荷的基础上，比较各种煤改电方式的建设成本和运行成本，从而获得具有较高经济性的社区煤改电供暖方案规划。
第二步、针对同一社区，不同采暖方式下煤改电供能方案的成本及费用
(1)煤改电供能方案中各参数的设定，
该社区户数m，户均采暖季补贴电量w补,采暖季峰段电价d峰，采暖季谷段电价d谷，采暖季每日谷段小时数h谷；
以空气源热泵为采暖方式户均采暖功率g热泵，以直热式电暖气为采暖方式户均采暖功率g电暖气，以蓄热式电锅炉为采暖方式户均采暖功率g电锅炉-采暖，户均低温运行功率g电锅炉-低温；
参照市政供暖规定，室内设计温度不低于f取暖℃，冬季采暖室外计算温度f室外℃，以采暖季120天进行分析，均衡考虑各月温度，季节性负荷系数为γ。对于处于幼儿期、学龄期、退休期的家庭采暖日负荷系数为ωs，对于处于上班工作期的家庭采暖日负荷系数为ωl，
单位新增采暖负荷(kw)引起的配网建设投资s配网，涉及户内电线改造及保护开关改造的户均改造费用为s户内线路，空气源热泵供能包括热泵设备购置、安装及户内水管网安装的单位负荷(kw)的建设成本为s热泵，直热式电暖气供能设备购置安装的单位负荷(kw)建设成本为s电暖气，蓄热式电锅炉供能包括电锅炉和保温水箱设备购置和安装、户内水管网安装、室外热力管网的单位负荷(kw)的建设成本为s电锅炉，
(2)煤改电供能方案中各供能方式的成本及费用计算
①以空气源热泵作为社区采暖供能方式
社区采暖运行负荷g热泵＝g热泵×γ×[m×(p0-18+p61-∞)×ωs+m×p19-60×ωl]
空气源热泵供能方案建设成本s热泵＝s热泵×g热泵+s配网×g热泵+s户内线路×m
空气源热泵采暖季运行成本
电量补贴峰段电量
以空气源热泵为供能方式的运行费用
②以空气源热泵与直热式电暖气综合供能方式
对于长期在家的幼儿期、学龄期、退休期的居民采用空气源热泵技术供暖；对于白天家中无人、正常上班的居民采用直热式电暖气利用谷电加热取暖,需要谷段周期以外h补个小时进行补充供热，
空气源热泵与直热式电暖气综合使用解决社区供暖，综合供能方案中社区空气源热泵的运行负荷
g热泵补＝g热泵×γ×m×(p0-18+p61-∞)×ωs
综合供能方案中社区直热式电暖气的运行负荷
g电暖气＝g电暖气×γ×m×p19-60×ωl
综合方案中社区采暖最大负荷
g热泵-电暖气＝g热泵补+g电暖气
空气源热泵-直热式电暖气综合供能方案的建设成本
s热泵-电暖气＝s热泵×g热泵补+s电暖气×g电暖气+s配网×g热泵-电暖气+s户内线路×m
综合供能方案中空气源热泵部分运行费用
综合供能方案中直热式电暖气部分运行费用
以空气源热泵和直热式电暖气为综合供能方式的运行费用
q热泵-电暖气＝q热泵补+q电暖气
③以蓄热式电锅炉作为社区采暖供能方式
以蓄热式电锅炉供能的社区采暖最大负荷
g电锅炉max＝g电锅炉-采暖×γ×m
蓄热式电锅炉供能建设成本
s电锅炉＝s电锅炉×g电锅炉max+s配网×g电锅炉max
蓄热式电锅炉采暖季运行费用
社区幼儿期、学龄期、退休期居民采暖用电量
社区幼儿期、学龄期、退休期居民冬季采暖运行费用
蓄热式电锅炉采暖社区工作期居民采暖用电量
社区工作期居民冬季采暖运行费用
以蓄热式电暖气为供能方式的运行费用
第三步，得到k年内煤改电供能方案规划
k年内，以空气源热泵为供能方式的整体成本
k年内，以空气源热泵和直热式电暖气为综合供能方式的整体成本
k年内，以蓄热式电锅炉为供能方式的整体成本
不同电采暖技术的使用年限各有不同，以至同一种电采暖技术的不同产品的产品寿命和产品价格也不相同，利用本专利阐述的规划方法，就可以对比一定年限内，以不同电采暖技术乃至不同型号产品为核心技术的冬季供能方案，在一个社区内实施的技术经济性，以该方案整体成本最小为最优。