朱佳杰 丁乾慧 沈健

摘 要：綠色低碳理念下的電網(wǎng)調(diào)度，要求電力系統(tǒng)對電力生產(chǎn)與二氧化碳排放的關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)平衡。文章以綠色低碳理念下電力調(diào)度與決策模型分析為研究對象，首先對綠色低碳理念下的電力調(diào)度概念及特性進(jìn)行了具體的研究分析，隨后分析研究了綠色低碳理念下電力調(diào)度模型以供參考。

關(guān)鍵詞：綠色低碳理念 電力調(diào)度 決策模型分析

中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（c）-0022-02

大型火力發(fā)電廠在進(jìn)行發(fā)電時(shí)，會排出大量二氧化碳，對人類生存環(huán)境造成了極為不利的影響，在倡導(dǎo)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的今天，需要在對電力系統(tǒng)調(diào)度中引入低碳經(jīng)濟(jì)這一理念，將二氧化碳排放量也納入電力調(diào)度中來，推進(jìn)綠色低碳理念下電力調(diào)度順利發(fā)展。

1 綠色低碳理念下的電力調(diào)度概念及特性

當(dāng)下隨著能源與供需矛盾日益突出，低碳經(jīng)濟(jì)得以迅猛發(fā)展。電力調(diào)度原本指的是在對負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測的前提下，通過對各種發(fā)電類電氣設(shè)備的狀態(tài)、運(yùn)行方式進(jìn)行相應(yīng)決策并調(diào)用，從而形成一種較為科學(xué)經(jīng)濟(jì)的調(diào)度計(jì)劃。而低碳理念下的電力調(diào)度對電力調(diào)度本身提出了更高的要求，既要考慮電力調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性與安全性，還要分析各種低碳電源相關(guān)技術(shù)及運(yùn)用對電力系統(tǒng)會造成哪些影響，并對電力系統(tǒng)二氧化碳排放量進(jìn)行持續(xù)關(guān)注，從而真正實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度的“綠色低碳”。

低碳理念下的電力調(diào)度不僅關(guān)注發(fā)電本身，更兼顧了二氧化碳的排放，其最終目的是有效實(shí)現(xiàn)“電平衡”與“碳平衡”，使得二者協(xié)調(diào)發(fā)展。為了使得電力調(diào)度中發(fā)電與碳排放關(guān)系可以更加明確，可以用以下公式來描述某類電源電碳調(diào)度特性：

E=f（g）

其中E表示的是發(fā)電過程產(chǎn)生的二氧化碳排放量。g表示發(fā)電量。因此可以根據(jù)不同類型電源，利用函數(shù)將不同點(diǎn)碳特性表達(dá)出來，分類如下：

近零碳排放類電源。該類電源顧名思義，基本是依靠純綠色能源發(fā)電，因此碳排放量基本為零。例如太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、核能發(fā)電等。其電碳特性可用函數(shù)表示為：

E=f（g）=0 （1）

化石燃料類電源。利用化石燃料類發(fā)電仍是當(dāng)下我國主要的發(fā)電方式，主要是通過燃燒將化石能源轉(zhuǎn)化為電能源。期間在轉(zhuǎn)化過程中會產(chǎn)生大量的二氧化碳與其他有害起氣體，化石能源的燃燒是導(dǎo)致大氣污染及全球變暖主要因素之一?；剂现饕ǎ菏汀⒚禾?、天然氣等，其中二氧化碳排放量用公式表示如下：

E=Ff （2）

電源在燃燒過程中所消耗的燃料量用F表示，此類電源所用燃料二氧化碳排放因襲用f表示，簡單來說f即是單位燃料在充分燃燒后所排放出的二氧化碳的量。那么可以得出該類電源發(fā)電量公式為：

g=Fqη （3）

在式（3）中，燃料單位發(fā)熱值用q表示，η指的是電源能源轉(zhuǎn)換效率，也就是單位能源燃燒后的發(fā)電率。因此可由式（2）、（3）式得出化石燃料類能源的電碳特性用函數(shù)表示如下：

（4）

由式（4）可以得知，在利用化石燃料電源發(fā)電時(shí)，可以用函數(shù)式一一對應(yīng)的關(guān)系來表示此類電源發(fā)電在系統(tǒng)調(diào)度中發(fā)電與碳排放之間的關(guān)系。對于類別不同的發(fā)電廠來說，影響電碳特性函數(shù)變化的主要因素有兩個：一種是燃料不同；一種是發(fā)電技術(shù)存在的差異。并且機(jī)組發(fā)電水平的變化，也會導(dǎo)致發(fā)電效率η會在某個小區(qū)間產(chǎn)生相應(yīng)波動?；诖?，為可以運(yùn)用建模方式讓分析更為簡化。

碳補(bǔ)集電廠。簡單來說就是在傳統(tǒng)火電廠基礎(chǔ)之上引入碳補(bǔ)集系統(tǒng)后形成的一種電廠，其與普通燃料發(fā)電廠不同的是在發(fā)電過程中可以自行調(diào)節(jié)二氧化碳排放量，調(diào)節(jié)手段為將二氧化碳從排放廢氣中分離出來，并進(jìn)行安全密封保存，其本質(zhì)沒有減少二氧化碳的排放量，而是將其“捕捉”進(jìn)行了封存。其電碳特性用函數(shù)表示如下：

（5）

其中EC表示電廠補(bǔ)集二氧化碳總含量，E'表示等效的二氧化碳排放量，g'表示碳補(bǔ)集場對外輸出功率，α為電廠為了補(bǔ)集二氧化碳所消耗的能量。由式（5）可知，由于采用了碳補(bǔ)集技術(shù)對二氧化碳進(jìn)行了捕捉，因此碳補(bǔ)集電廠的發(fā)電量與碳排放量不再是一一對應(yīng)關(guān)系，可以對EC進(jìn)行調(diào)整，即可對二氧化碳排放總量進(jìn)行改變。

2 綠色低碳理念下電力調(diào)度模型

2.1 綠色低碳理念下電力調(diào)度模型與傳統(tǒng)模型相比產(chǎn)生的變化

綠色低碳理念下電力調(diào)度模型與傳統(tǒng)電力調(diào)度模型相比主要產(chǎn)生了以下3點(diǎn)變化，第一點(diǎn)是對模型的決策變量進(jìn)行了擴(kuò)充。隨著碳補(bǔ)集等低碳技術(shù)的應(yīng)用使得待決策電源品種得以增加，從而針對各類電源調(diào)度特性需要進(jìn)一步考慮。將二氧化碳這一因素也作為一種調(diào)度資源引入電力調(diào)度決策中去，有效實(shí)現(xiàn)了決策變量的擴(kuò)充。第二點(diǎn)對目標(biāo)函數(shù)組成項(xiàng)進(jìn)行了增加。當(dāng)下隨著碳稅、碳價(jià)等政策的引入，為電力中的二氧化碳賦予了新的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，需要在決策模型中對其予以高度重視。第三點(diǎn)是決策模型的約束條件得以增加。當(dāng)下電力系統(tǒng)調(diào)度中引入了減排、減碳等具有強(qiáng)制性的目標(biāo)要素，從而使得電力系統(tǒng)在具體進(jìn)行調(diào)度時(shí)不得不考慮相應(yīng)的要素，努力實(shí)現(xiàn)發(fā)電與二氧化碳之間的平衡，這也相當(dāng)于增加了系統(tǒng)調(diào)度中的約束條件。

2.2 基于數(shù)學(xué)描述下對決策模型的分析

對發(fā)電成本與碳成本進(jìn)行綜合考慮，可以得出以下目標(biāo)函數(shù)式：

（6）

式（6）中，電源k的發(fā)電成本用ck表示，時(shí)段t的碳價(jià)用πE，t表示，決策時(shí)段數(shù)量用TD表示，待決策電源數(shù)量用NU表示。

決策模型約束條件可分為6種，分別為負(fù)荷平衡約束、最大最小處出力約束、爬坡素率約束、水電發(fā)電量約束、碳排放約束及碳補(bǔ)集電廠運(yùn)行約束。其數(shù)學(xué)描述公式分別如下：

負(fù)荷平衡約束：

（7）

式（7）中，時(shí)段系統(tǒng)的負(fù)荷電量用表示。

最大及最小出力約束：

（8）

式（8）中，電源最大出力及最小出力分別為與。

爬坡速率約束。

（9）

在式（9）中，電源的上爬坡率及下爬坡率極限分別為與。

水電發(fā)電量的約束。

針對于具有調(diào)節(jié)能力的水電廠，在綠色低碳理念下的電力調(diào)度會對其日總發(fā)電量進(jìn)行約束，用以下公式表示：

（10）

在式（10）中，水電廠在t時(shí)段的發(fā)電總量用gw，t表示，日總發(fā)電量約束用表示。

碳排放的約束。

（11）

在式（11）中，決策周期內(nèi)的允許最大的二氧化碳排放總量用表示。

通過對上述決策模型利用數(shù)學(xué)描述分析，為了使得模型求解方式更加簡化，因此可以將ck當(dāng)作整體工況的平均數(shù)，將發(fā)電成本隨機(jī)組出力的波動忽略掉。這一模型是最為典型的線性規(guī)劃模型，因此在求解算法方面，并不具備相應(yīng)的特殊性。

3 結(jié)語

綠色低碳理念下電力調(diào)度在國家發(fā)展倡導(dǎo)綠色經(jīng)濟(jì)的大背景之下具有廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也為傳統(tǒng)的電能調(diào)度帶來了新的挑戰(zhàn)，文章在敘述了綠色低碳理念下電力調(diào)度之下主要對不同類別的電源調(diào)度特性進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步分析了電力決策調(diào)度模型。

參考文獻(xiàn)

[1] 夏麗莉.低碳電力調(diào)度方式及其決策模型[J].電工技術(shù)：理論與實(shí)踐，2015（12）：229.

[2] 胡維，雷漢樟.淺談低碳電力調(diào)度方式及其決策模型[J]. 低碳世界，2015（33）：58-59.

[3] 鄭宇寧.低碳電力調(diào)度方式及其決策模型[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（2）：174.