低碳电力调度方式及其决策模型

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：

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