低碳电力调度方式及其决策模型

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低碳电力调度方式及其决策模型

【摘要】随着科学技术的快速发展,电力二氧化碳排放已经被广泛应用于大规模的火力发电厂。在这过程中,二氧化碳排放具有显著的特性,也就是小的排放源应对大的排放量的过程,为了保障整个经济生态环境高效持续发展,实行低碳的电力调度逐渐成为当今电力调度的重要趋势。本文结合我国低碳电力调度,对电源低碳调度特性以及决策模型进行了简要的探究和阐述。

【关键词】低碳电力;调度方式;决策模型

在电力系统中,电力调度是在负荷预测的基础上,对发电机在内的各种电器元件运行方式、状态以及控制进行的科学监测,在这过程中也可以制定行之有效的调度计划,进一步保障系统运行的可靠性和安全性。随着低碳意识不断增强,除了经济性和安全性外,电力系统二氧化碳排放逐渐成为研究的重点。随着环境资源危机加重,市场化建设逐渐成熟,对电能质量要求也越来越高,这对电力部门来说,既是机遇,也是挑战。电力二氧化碳主要来源于大型的发电厂,由于它具有排放量不高、源头不多的特点,所以通常利用先进的碳捕集方法或者发电技术,进一步降低减排水平。

一、低碳电力调度特性

在电源调度特性中,g表示电源发电量,e表示发电过程中二氧化碳的排放量,它们的关系是e=f(g),也就是电源调度特性。根据不同类型的低碳电源调度特性,可以分成三种情况。

(一)近零排放电源

(二)化石燃料电源

(三)碳捕集电厂

二、低碳电力调度决策模型以及算例分析

(一)低碳电力调度决策模型

1、决策模型框架

要实施低碳电力调度方式,之前的决策模型就会随着改变,主要表现在:模型扩充的变量决策、目标函数的组成项以及模型的约束条件。

随着碳捕集等低碳电力调度技术的引进,不仅拓宽了等待决策的电源品种,通过分析各种电源调度特性,也将二氧化碳作为重要的资源引入电力调度决策中,进而得到决策变量的扩充系数。

随着碳价、碳交易、碳税等相关政策的引入,电力二氧化碳排放也被赋予了对应的经济价值,并且逐渐成为低碳电力调度决策模型的重要内容。

2、数学描述

在数学描述中,决策变量主要包括二氧化碳和发电量的排放量。在这过程中,对于近零碳排放量,二氧化碳排放一直为零;对于化石燃料电源,二氧化碳发电量和排放一直处于对应的状态,并且不需要任何单独的变量决策;对于碳捕集,二氧化碳和发电量通常以单独的决策变量呈现。

在目标函数中,必须综合分析碳成本和发电成本的关系,再根据标准函数将其表示出现。在约束条件中,通过目标函数关系可以得

到平衡负荷、最小最大出力约束、速率约束、发电量、碳捕集运行约束等(如表一、所示)。

(二)低碳电力调度算例分析

在某电力系统实际数据构造中,其中4台600mw的燃煤机需要进行对应的碳捕集改造,并且将电力调度用于日常发电计划中。

1、算例描述

为了更加客观的反映出传统电力调度和低碳电力调度的不同,该电力系统根据上述模型定义,简化成和低碳相关的因素,减小低碳模型计算规模以及复杂程度,有效减少对低碳模型过大的影响。

在组团式归并中,以其中一组单元作为决策单元,例如:100mw、200mw、600mw、300mw的燃煤机决策单元中,水电通常被分成无调节能力与有调节能力的决策单元。在系统的可用发电量,除了检修机组,通常将必开机组和阻塞出力等非决策量归结在特定单元,并且规定合理的日发电计划。一般以整个机组的出力情况为决策目标,在96点曲线背景中进行分析。

2、计算结果

在基准场景中,虽然没有排放约束条件,但是在低碳电力调度中,也能得到最优发电计划。通过低碳电力调度方式中,600mw的碳捕集、燃煤电厂以及可用调节的水电发电计划,其他容量的水电都可以运行在最小的出力状态中;对于不能调节的水电,并且没有弃水的现象,一般运行在固定的出力点。当调峰电源为可以调节的水电时,碳捕集的发电序位是临界位置,也可以在调峰上进行贡献,对

于600mw的燃煤机只需要在低谷负荷时,就能进行段压运行。

在这过程中,由于基准场景下的碳价不高,不能达到碳捕集运输、运行以及成本封存,所以在碳捕集装置捕集中一直处于关闭的状态。经过精细的计算,二氧化碳排放强度可以达到0.55kg/kw.h,总碳排放量可以达到55万吨。

3、比较分析

在高碳价场景中,如果碳价为160元每吨,较高的碳价会直接促使碳捕集装置运行在最大水平,进而获得更多的二氧化碳,让碳捕集调度运行比600mw的燃煤机组更加方便经济。因此,时常将600mw 的机组参与到调峰中,碳捕集则只在低谷负荷中运行。

在碳排放约束场景中,一旦引入碳排放约束,在原有强度基础上就可以下调10%左右,通过设定二氧化碳排放强度,得到低碳电力调度最佳发电计划。在这过程中,虽然实施二氧化碳没有任何利益,但是为了满足约束条件,必须适当运行,并且参与调峰。

表一、约束条件示意表

三、结束语

随着低碳经济的快速发展,对传统电力方式带来了更多的挑战,它要求低碳电力满足经济目标、新型要素以及高效的调度方式。因此,在实际工作中,必须以实际系统为依据,明确电力系统调度决策的复杂度与新的内容,在调度决策中,正确分析二氧化碳和电能生产关系,兼顾二者的排放状态;在碳平衡和电平衡衔接、协调发展的过程中,保障电力系统正常运行以及经济效益。

参考文献:

[1] 陈启鑫,康重庆,夏清等.低碳电力调度方式及其决策模型[j].电力系统自动化,2010,34(12):18-23.

[2] 王洪旭.低碳电力调度方式及其决策模型分析[j].城市建设理论研究(电子版),2012,(27).

[3] 刘泽.低碳电力调度方式及其决策模型分析[j].广东科技,2013,22(2):54-55.

[4] 黎灿兵,刘玙,曹一家等.低碳发电调度与节能发电调度的一致性评估[j].中国电机工程学报,2011,31(31):94-101

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