低碳电力调度方式及其决策模型 乌鹏涛

低碳电力调度方式及其决策模型乌鹏涛

摘要：在我国大力发展低碳经济的形势下，电力调度方式面临着前所未有的机

遇和挑战。伴随低碳因素引入到电力调度，电力调度的决策模型也发生了许多的

改变，碳的成本、低碳引起的电力调度的约束条件的增多、目标因素的复杂化，

这些都导致整个决策模型扩大，做到碳电平衡、严格控制好碳的引入成本，是电

碳调度方式高效开展的保证。本文对低碳电力调度方式的特点分析，并阐述低碳

电力调度决策模型。

关键词：低碳经济；电力调度方式；决策模型

1 低碳电力调度概述

低碳调度是现阶段促进可持续的电力发展,将生态效益同经济效益进行有机结合,实现科学有效的电力调节的手段之一。根据火电厂二氧化碳的排放规律,运用

原调度的方式,对于其排放形式做出具体的规定。在这一过程中要将电力运行的生

态效益与经济利益相结合,实现矛盾的对立统一,加强低碳排放模式的普及,将现代

化技术融入其中,实现低碳环保的电力供应系统。低碳排放的电力调度模式,不仅

可以维持生态环境的健康发展,在保护居民身体健康、提供更适宜的生活环境、促

进电力行业的快速发展等方面,也起着十分重要的作用。

2 低碳电力调度方式的特点分析

2.1 碳捕集电厂。该新型发电厂建立在传统电厂基础上，新增了碳捕集系统。碳捕集系统的应用对于减少二氧化碳排放起到了巨大作用，对二氧化碳的捕集超

过9成，这对于传统电厂在电能生产中高二氧化碳排放的问题是一种解决。但需

要指出的是，该电厂能源消耗较大，会影响发电厂输出功率，降低电能产量，因

此处理好发电水平和碳捕集总量之间的平衡问题是该厂能否普及的关键。

2.2 排放电源近0碳。在低碳电力调度生产中，CO2 的排放量较少，就性质

而言可视为近0碳排放电源，而它的前提是需要满足CO2不排或少排，这一条

件必须要满足。低碳电力调度中会用到一些可再生能源，如风电、水电等，属于

0排放发电方式。以下为近0碳排放电源的函数式：E=f（g）=0 在该函数式中，

电能生产中CO2排放总量用E表示，电源发电量表示为g，发电量的函数关系为

f（g）。由于低碳电力调度发电中的CO2排放趋近于0，因此这一结果就可以用

0 来表示。

2.3 普通化石燃料类电源。所谓普通化石燃料类电源就是指煤炭等资源，该

类发电厂用煤炭作为资源来完成运作，该发电厂在运作的过程中还排出大量的二

氧化碳，不仅发电效率变化较为剧烈，能量转换的波动也较为剧烈，并且这些二

氧化碳直接排放到空气中，用公式表达为E=fF。

3 电源电碳调控的特性分析

3.1 普通化石燃料的碳排放。低碳电力调度所使用的电源与传统的电力调度模

式电源都包括化石燃料。化石燃料作为一种不可再生资源,在火力发电领域的应用

极为广泛,包括石油和煤炭等化石类型。而转化的过程中,只要环境中包含氧气,就

会出现碳排放的现象。而碳排放的总量是由发电燃烧的总化石燃料的数量决定的,

化石燃烧的总量越多,二氧化碳的排放总量就越大,对于环境造成的负面影响程度

也就越强。

3.2 近零碳的排放。低碳电力调度具有近零碳的排放特点,是指在火力发电的

过程中,二氧化碳的排放量无限趋近于零,实现对碳排放的有效控制。近零碳的低

碳电力调度主要使用的发电能源为清洁的可再生能源,如风能、水能等,在供电过

程中实现了二氧化碳的排放的完全治理,对于建立生态节约型社会有着极为重要的

作用。

3.3 碳捕集电厂。在电厂进行火力发电时,将碳捕集的程序添加到原有的系统中,从源头将碳排放的总量抑制到可控范围内,从而实现对二氧化碳排量的有效控制。因为碳捕集的系统依托于火力发电设备,使其在系统运行的时候,会提高能源

的消耗率,火电设备进行发电的过程中对能源的要求无法得到满足,其结果会导致

供电系统的输出功率有所降低。在碳捕集实施低碳电力调控时,对于碳排放的捕集

率一般在80%以上。

4 低碳电力调度决策模型分析

4.1 决策模型的数学描述。1）确定决策变量。决策变量主要指的是发电量和

二氧化碳排放量，二者之间具有一定的关系。对于近零碳排放的电源而言，其二

氧化碳的排放量很少，几乎为0。比如，我国的水力发电企业主要通过水力发电，水力属于一种近零碳的电源；对于普通的化石燃料电源而言，二氧化碳的排放量

较大，其与发电量成正比，随着发电量的增大，二氧化碳的排放量也会增大。在

发电量等决策变量确定的过程中，电源一般用K 表示，发电量用g表示，时间用

t 表示，二氧化碳的排放总量用E 表示。2）目标函数的分析。目标函数中主要涉

及到的要素为发电成本和碳成本。随着低碳经济的深入发展，对生产过程中二氧

化碳的排放量提出了更高的要求。目标函数中的碳成本决定了二氧化碳的排放量

较少，相应的碳化物成分也较少。目标函数向着低碳电力调度的方向发展，可促

进电力调度决策模型的优化，使低碳科技不断创新和发展。3）模型约束条件。

目前，许多发电厂都不重视二氧化碳的排放量，导致在实际生产过程中二氧化碳

的排放量巨大。针对此现状，政府下达了强制减少二氧化碳排放量的命令，这已

成为许多大型发电厂运作的约束条件。然而，要实现二氧化碳排放量与发电总量

的平衡，只依靠政府的努力是不够的，还需要电力企业改进自身的电力调度方式

和决策模型。

4.2 决策模型的主要框架。1）决策变量的扩充。在所有的电力调度方式中，

碳捕集技术是相对而言比较先进的技术，该技术可实现最大限度地降低二氧化碳

排放量。在决策变量中，必须考虑到电源的类型，并将二氧化碳的相关因素引入

其中。只有这样，才能使低碳电力调度方式取得更大的成效。2）在低碳电力调

度中加入目标函数随着低碳电力调度方式的不断应用，二氧化碳的排放量得到了

很大限度的抑制，这在一定程度上促进了低碳电力调度决策模型的优化。对于目

标函数的组成项而言，增加碳价、碳税等要素可使二氧化碳的排放具有更高的经

济价值。3）增加约束条件。作为一种新型的低碳经济模型，其模型约束条件还

不够全面，在二氧化碳的排放量方面的约束条件还有所欠缺，这就要求将强制减

排目标和碳减排承诺等要素引入决策模型中。一般而言，低碳电力调度的决策模

型中应包含低碳技术约束、负荷平衡约束、网络传输约束和机组运行约束等约束

条件。低碳技术要素是决策模型中的关键要素，该要素主要由碳排放计划和低碳

技术约束组成。

低碳化电力调度方式的发展与传统电力调度相比较而言，具有明显的优势，

兼顾了电力调度的节能效益与经济效益，突破传统电力调度的局限性，获得了长

足发展。伴随低碳因素引入到电力调度，电力调度的决策模型也发生了许多的改变，碳的成本、低碳引起的电力调度的约束条件的增多、目标因素的复杂化，这

些都导致整个决策模型扩大，做到碳电平衡、严格控制好碳的引入成本，是电碳

调度方式高效开展的保证。