盧穎

（沈陽工程學(xué)院 電力學(xué)院 遼寧 沈陽 110136）

1.引言

目前研究節(jié)能減排的電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度問題大部分都是針對于發(fā)電廠排放出的污染物的總量。但是排出的空氣污染物總量多不一定代表著對人類生產(chǎn)生活影響就大。如果發(fā)電廠在城市的下風(fēng)向，發(fā)電廠排出的污染物氣體大部分?jǐn)U散到人煙稀少的空曠地方，那么這些發(fā)電廠在其排出的污染物滿足一定空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的前提下，可以適當(dāng)多發(fā)一些電；而那些在城市上風(fēng)向的發(fā)電廠，發(fā)電廠排放的污染物氣體大部分?jǐn)U散到人口密集城市中，那么這些發(fā)電廠就需要適當(dāng)少發(fā)一些電，來滿足城市空氣質(zhì)量的約束。

鑒于上述問題，就要求清楚氣體污染物的擴(kuò)散運動是受哪些因素影響和其擴(kuò)散運動的特點，從而建立污染物氣體的擴(kuò)散模型，進(jìn)而對電力的負(fù)荷分配提供環(huán)境因素的參考。

2.影響氣體擴(kuò)散的因素

火力發(fā)電廠排放的污染物在空氣中的擴(kuò)散運動主要與以下因素相關(guān)：

（1）排放污染物的性質(zhì)

影響氣體擴(kuò)散的基本條件就是其本身的狀態(tài)和屬性，比如污染物的存在狀態(tài)、排放的總量、污染物排放后與空氣接觸而發(fā)生的物態(tài)變化、發(fā)電廠煙囪處的幾何尺寸等，這些都是影響氣體擴(kuò)散運動的基本因素。不同的污染物氣體對人體的危害程度是隨著接觸時間變化而變化的，所以各種氣體的限值濃度也不同。

（2）地理情況

地表的開闊平坦或者高低起伏等地形的差異會使氣體擴(kuò)散運動狀態(tài)不同。地表作為熱的不良導(dǎo)體，所以近底層的冷卻和加熱作用從白天到晚上，變化都是非常快的。例如山谷中，起風(fēng)了就會形成區(qū)域的閉塞環(huán)流，大氣會一直在這個封閉的區(qū)域內(nèi)滯留，不利于擴(kuò)散。湖波或海洋卻會因為其表面被風(fēng)或者是自然對流氣流所擾動，使得熱量上下混合從而變化慢得多。海洋的特性也會對氣體的擴(kuò)散運動產(chǎn)生一定的影響，海陸風(fēng)會形成局部的區(qū)域環(huán)流，抑制污染物向遠(yuǎn)方擴(kuò)散，使其只能在局部區(qū)域內(nèi)存在，使得污染物的濃度降低不明顯，造成嚴(yán)重污染。

（3）大氣因素

發(fā)電廠排放的污染物氣體在空氣中的擴(kuò)散與大氣穩(wěn)定度有著密切的關(guān)系。大氣穩(wěn)定度是指在大氣中的某一個氣團(tuán)在垂直方向上是否容易發(fā)生對流的程度。大氣中的一團(tuán)氣體受到某種外力作用而產(chǎn)生下降或上升運動。

3.高斯數(shù)學(xué)擴(kuò)散模型

研究火電廠污染物擴(kuò)散特性的模型需要具有實時性強，計算比較準(zhǔn)確的特點，這樣才能及時調(diào)整發(fā)電計劃，達(dá)到限制污染物排放濃度的標(biāo)準(zhǔn)。本文中采用的高斯煙團(tuán)擴(kuò)散模型[14]（Gaussian puff diffusion model）符合這些要求。

在不考慮存在污染物背景值濃度的情況下，高斯煙團(tuán)擴(kuò)散模型可以寫成

式中 Gi(t,t' ;x,y)——第i個發(fā)電廠，t時間段排放的單位質(zhì)量的污染物，在t' 時間段，(x,y)地理位置的(傳1)遞函數(shù)；

C(t' ;x,y)——在t' 時間段，(x,y)地理位置的污染物濃度；

x，y——監(jiān)測點的地理坐標(biāo)；

Qi(t)——第i個發(fā)電廠，t時間段產(chǎn)生的污染物總質(zhì)量；

t' ——測量污染物濃度的時間段；

t——發(fā)電廠排放出污染物的時間段；

N——發(fā)電廠的個數(shù)。

傳遞函數(shù)G(·)呈正態(tài)分布,表達(dá)式為

式中 σx(t,t')，σy(t,t')，σz(t,t')——x，y，z方向上的擴(kuò)散系數(shù)；

xc(t, )，yc(t, )，zc(t, )——t時間段排放出的污染物煙團(tuán)在t' 時間段時，該煙團(tuán)中心的空間位置，見圖1。

其中t和t' 之間可以分成若干時間區(qū)間Δk（例如Δk=1小時，k=1,2…）。這樣污染物煙團(tuán)中心的空間坐標(biāo)位置變化可以表示為

式中 wx(k)，wy(k)，wz(k)——在時間區(qū)間Δk內(nèi)，空間坐標(biāo)x，y，z正方向上的風(fēng)速平均值；

xs，ys，zs——發(fā)電廠煙囪口的空間坐標(biāo)。

當(dāng)在t至 之間的時間段里，如果大氣比較穩(wěn)定，那么可以近似認(rèn)為擴(kuò)散系數(shù)σ的對數(shù)與 和t之差的對數(shù)之間呈線性關(guān)系。關(guān)系式可以表示為

4.結(jié)論

本文在討論影響氣體污染物擴(kuò)散運動的因素的基礎(chǔ)上，論述了氣體污染物的擴(kuò)散運動受污染物本身的性質(zhì)、地理條件、大氣因素和風(fēng)速風(fēng)向影響，其中以風(fēng)速風(fēng)向影響為主。對比了4種擴(kuò)散模型的優(yōu)缺點后，選擇了實時性強，計算速度快，適合應(yīng)用到電力系統(tǒng)中的高斯擴(kuò)散模型。

[1]霍志磊.火電二氧化硫排放預(yù)測建模與減排對策研究[D].成都：成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012：1-2.

[2]范玉宏，張維，韓文長.區(qū)域電網(wǎng)節(jié)能發(fā)電調(diào)度模式研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，16(7)：107-111.

[3]艾琳，華棟.電力系統(tǒng)節(jié)能發(fā)電調(diào)度研究[J].華東電力，2008，36(9)：85-89.

[4]王超.四川電網(wǎng)節(jié)能減排發(fā)電實時調(diào)度優(yōu)化模型的研究[J].四川電力技術(shù)，2008，31(1)：66-69.

[5]焦莉，陳藝華.日發(fā)電計劃環(huán)節(jié)中落實節(jié)能調(diào)度的思路[J].陜西電力，2008，38(3)：10-13.

盧穎，女，1970年，副教授，遼寧沈陽人，主要從事電力系統(tǒng)自動化相關(guān)研究工作。