绿色低碳理念下的电力调度与决策模型分析

2018-06-05朱佳杰丁乾慧沈健

科技创新导报 2017年36期

朱佳杰丁乾慧沈健

摘要：绿色低碳理念下的电网调度，要求电力系统对电力生产与二氧化碳排放的关系进行相应平衡。文章以绿色低碳理念下电力调度与决策模型分析为研究对象，首先对绿色低碳理念下的电力调度概念及特性进行了具体的研究分析，随后分析研究了绿色低碳理念下电力调度模型以供参考。

关键词：绿色低碳理念电力调度决策模型分析

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（c）-0022-02

大型火力发电厂在进行发电时，会排出大量二氧化碳，对人类生存环境造成了极为不利的影响，在倡导绿色经济发展的今天，需要在对电力系统调度中引入低碳经济这一理念，将二氧化碳排放量也纳入电力调度中来，推进绿色低碳理念下电力调度顺利发展。

1 绿色低碳理念下的电力调度概念及特性

当下随着能源与供需矛盾日益突出，低碳经济得以迅猛发展。电力调度原本指的是在对负荷进行预测的前提下，通过对各种发电类电气设备的状态、运行方式进行相应决策并调用，从而形成一种较为科学经济的调度计划。而低碳理念下的电力调度对电力调度本身提出了更高的要求，既要考虑电力调度的经济性与安全性，还要分析各种低碳电源相关技术及运用对电力系统会造成哪些影响，并对电力系统二氧化碳排放量进行持续关注，从而真正实现电力调度的“绿色低碳”。

低碳理念下的电力调度不仅关注发电本身，更兼顾了二氧化碳的排放，其最终目的是有效实现“电平衡”与“碳平衡”，使得二者协调发展。为了使得电力调度中发电与碳排放关系可以更加明确，可以用以下公式来描述某类电源电碳调度特性：

E=f（g）

其中E表示的是发电过程产生的二氧化碳排放量。g表示发电量。因此可以根據不同类型电源，利用函数将不同点碳特性表达出来，分类如下：

近零碳排放类电源。该类电源顾名思义，基本是依靠纯绿色能源发电，因此碳排放量基本为零。例如太阳能发电、风能发电、核能发电等。其电碳特性可用函数表示为：

E=f（g）=0 （1）

化石燃料类电源。利用化石燃料类发电仍是当下我国主要的发电方式，主要是通过燃烧将化石能源转化为电能源。期间在转化过程中会产生大量的二氧化碳与其他有害起气体，化石能源的燃烧是导致大气污染及全球变暖主要因素之一。化石燃料主要包括：石油、煤炭、天然气等，其中二氧化碳排放量用公式表示如下：

E=Ff （2）

电源在燃烧过程中所消耗的燃料量用F表示，此类电源所用燃料二氧化碳排放因袭用f表示，简单来说f即是单位燃料在充分燃烧后所排放出的二氧化碳的量。那么可以得出该类电源发电量公式为：

g=Fqη （3）

在式（3）中，燃料单位发热值用q表示，η指的是电源能源转换效率，也就是单位能源燃烧后的发电率。因此可由式（2）、（3）式得出化石燃料类能源的电碳特性用函数表示如下：

（4）

由式（4）可以得知，在利用化石燃料电源发电时，可以用函数式一一对应的关系来表示此类电源发电在系统调度中发电与碳排放之间的关系。对于类别不同的发电厂来说，影响电碳特性函数变化的主要因素有两个：一种是燃料不同；一种是发电技术存在的差异。并且机组发电水平的变化，也会导致发电效率η会在某个小区间产生相应波动。基于此，为可以运用建模方式让分析更为简化。

碳补集电厂。简单来说就是在传统火电厂基础之上引入碳补集系统后形成的一种电厂，其与普通燃料发电厂不同的是在发电过程中可以自行调节二氧化碳排放量，调节手段为将二氧化碳从排放废气中分离出来，并进行安全密封保存，其本质没有减少二氧化碳的排放量，而是将其“捕捉”进行了封存。其电碳特性用函数表示如下：

（5）

其中EC表示电厂补集二氧化碳总含量，E'表示等效的二氧化碳排放量，g'表示碳补集场对外输出功率，α为电厂为了补集二氧化碳所消耗的能量。由式（5）可知，由于采用了碳补集技术对二氧化碳进行了捕捉，因此碳补集电厂的发电量与碳排放量不再是一一对应关系，可以对EC进行调整，即可对二氧化碳排放总量进行改变。

2 绿色低碳理念下电力调度模型

2.1 绿色低碳理念下电力调度模型与传统模型相比产生的变化

绿色低碳理念下电力调度模型与传统电力调度模型相比主要产生了以下3点变化，第一点是对模型的决策变量进行了扩充。随着碳补集等低碳技术的应用使得待决策电源品种得以增加，从而针对各类电源调度特性需要进一步考虑。将二氧化碳这一因素也作为一种调度资源引入电力调度决策中去，有效实现了决策变量的扩充。第二点对目标函数组成项进行了增加。当下随着碳税、碳价等政策的引入，为电力中的二氧化碳赋予了新的经济价值，需要在决策模型中对其予以高度重视。第三点是决策模型的约束条件得以增加。当下电力系统调度中引入了减排、减碳等具有强制性的目标要素，从而使得电力系统在具体进行调度时不得不考虑相应的要素，努力实现发电与二氧化碳之间的平衡，这也相当于增加了系统调度中的约束条件。

2.2 基于数学描述下对决策模型的分析

对发电成本与碳成本进行综合考虑，可以得出以下目标函数式：

（6）

式（6）中，电源k的发电成本用ck表示，时段t的碳价用πE，t表示，决策时段数量用TD表示，待决策电源数量用NU表示。

决策模型约束条件可分为6种，分别为负荷平衡约束、最大最小处出力约束、爬坡素率约束、水电发电量约束、碳排放约束及碳补集电厂运行约束。其数学描述公式分别如下：

负荷平衡约束：

（7）

式（7）中，时段系统的负荷电量用表示。

最大及最小出力约束：

（8）

式（8）中，电源最大出力及最小出力分别为与。

爬坡速率约束。