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分析

刘泽

（重庆涪陵电力实业股份有限公司，重庆涪陵408000）

1引言

电力二氧化碳的排放源头基本是大型火力发电厂，由于它具有源头不多而排放量高的特点，因此可以利用先进的发电技术以及碳捕集手段，提高减排水平。目前的经济发展造成了严重的资源环境危机，市场化建设越来越成熟，人们对电能的质量提出了更高的要求，这些对于电力企业的发展来说，既是挑战，同时也是机遇。

低碳电力调度方式利用原先调度方式的公平性、经济性，以及节能性，然后以此为前提，探析各电源二氧化碳的排放特性，研究减排的最佳方案，全面分析外部成本，其具体概念组成如图1所示。

2电源的电碳调度特性分析

对于低碳电力调度方式，一方面要重视发电计划的安排，另一方面要致力于二氧化碳的排放问题。所以低碳调度方式需要一项重要的基础工作，就是研究调度过程中每种电源发电和碳排放之间的关系，这种关系被称为“电碳调度特性”。用g表示一种电源的发电量，用E表示发电时二氧化碳排放量，将它们之间的关系写成E=f（g），来表达此电源的电碳调度特性。各种类的电源拥有各自的电碳调度特性，按照实际情况且分成三种。

2.1近零碳排放电源

水电、核电等这些都是清洁的电源，在发电过程中，这些电源几乎不产生二氧化碳或量十分微小，所以将它们列为近零碳排放电源，其特征函数如下：

E=f（g）=0（1）2.2普通化石燃料类电源

该类电源处在利用煤炭、石油等资源的火力发电厂，在生产发电时，碳基在氧气中燃烧生成二氧化碳进入了空气，所以将它们列为普通化石燃料类。

对于不同类别的火电厂，其电碳特征函数将因其燃料类别与发电技术而异。而对于选定了某类燃料的特定发电机组而言，其发电效率η往往会随着机组发电水平的变化而在一个较小的区间内波动。为了简化分析，在本文的建模中运用了合理的简化，认为特定发电机组的η在运行中将一直保持为一定的常数，具体如图2所示。

2.3碳捕集电厂

在传统火电厂原有发电设备的基础上，引入单独的碳捕集

系，统即形成碳捕集电厂。因此，可以等效为减少了电厂的CO

2排放量。捕集CO

2

需要耗费不菲的能量，从而降低了电厂对外

的输出功率。不妨定义α为电厂为捕集单位CO

2

排放所损失的

能量，E

c

为电厂所捕集的CO

2

总量，则电厂等效的碳排放量E′可表示为：

E′=E-E c=Ff-E c

此时碳捕集电厂对外的输出功率g′为：

g′=g-αE c=Fqη-αE c

综合这两式，则碳捕集电厂的电碳特征函数为：

E′=f

qη

g′+（fα

qη

-1）E

c

（2）

上式中，当电厂不实施CO

2

捕集时，E

c

取最小值0，式（2）将

简化为式（1），当电厂对所排放的全部CO

2

实施碳捕集时，E

c

将

取最大值E

c

max

。即：

0≤E

c

≤E

c

max

E

c

max

=γE

g min≤g≤g max

≤

≤

≤

≤

≤

≤

≤

≤

≤

≤≤

≤

（3）将式（1）代入式（3），得出：

E

c

max

=γf

q

1

η

g（4）式中：g min和g max分别为电厂的最小和最大发电出力；γ为

碳捕集电厂的CO

2

捕集率，取值一般在80~95%之间。在一定的

发电水平g下，碳捕集电厂可通过调整E

c

来改变其CO

2

排放

量。因此，通过调整g和E

c

，碳捕集电厂可能运行在不同的“发

电—碳排放”状态下；所有可行的运行状态集合，即构成其运行

区间，如图3所示。

摘要：对于低碳电力调度方式，要求把产生的二氧化碳也作为调度资源之一，这就使电力系统的经济效益发生变化，所以在研究调度方式时一方面要考虑电能生产，另一方面必须考虑二氧化碳的排放，仔细分析并掌握它们之间的关系，才能够保证“电平衡”和“碳平衡”的协调，详细阐述了各种电源的电碳调度特性，在此基础上探讨了低碳电力调度的研究模型。

关键词：低碳经济；电力调度；方式；决策模型

图1低碳电力调度方式的概念组成

图2普通化石燃料类电源的典型电碳特征函数关系

图3碳捕集电厂的典型电碳运行空间

电力建设

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广东科技２０１３．１．第２期

3低碳电力调度的决策模型

3.1决策模型的框架

要实施低碳电力调度方式，先前的调度决策模型会出现明显的改变，总体来说体现在：

3.1.1扩充模型的决策变量

碳捕集等低碳技术的引入，增加了待决策的电源品种，并需进一步考虑各类电源的电碳调度特性，将CO

2

排放作为一类重要的可调度资源引入决策，从而使得模型的决策变量得到扩充。

3.1.2增加目标函数的组成项

碳交易、碳价或碳税等政策要素的引入，赋予了电力CO

2排放相应的经济价值，并将成为决策模型目标函数中的一个重要组成部分[1]。

3.1.3增加模型的约束条件

碳减排承诺与强制减排目标等要素的引入，将增加系统调度中的约束条件，使得调度决策需同时协调“电平衡”与“碳平衡”的关系。

大致上，低碳电力调度决策模型的模型框图如图4所示。图中带阴影模块代表传统电力调度决策的模型框图，虚线模块代表由于引入低碳元素所带来的新内容。

3.2数学描述

3.2.1决策变量

发电量及二氧化碳排放量是两种决策变量。近零碳排放这类的电源，二氧化碳排放量始终是零；普通化石燃料这类电源，二氧化碳排放量和发电量之间是相互关联的，文中提出了其电碳特征函数关系；碳捕集电厂，二氧化碳排放量和发电量要各

自作为决策变量，那么就用E

k，t

代表电源于时间t内二氧化碳

排放量，用g

kt 代表发电量。[2]

3.2.2目标函数

仔细分析发电成本还有碳成本，其目标函数如下：

min

T

D

t-1

ΣN U

k-1

Σ（c k g k，t+πE，t E k，t）

式中：c

k

代表发电成本；π

E，t

代表碳价；T

D

代表待决策时段

的数量；N

U

代表待决策电源数量。

3.2.3约束条件

各约束条件如表1所示：

为简化模型求解，取电厂发电成本c

k

作为整个运行工况的

平均数，即忽略发电成本随机组出力的波动，则该模型为典型

线性规划模型，其求解算法不具有特殊性。

4结束语

全球电力企业的发展趋势是朝着安全经济，低碳环保的目

标迈进，低碳电力调度方式的提出既是电力企业的挑战，同时

也是机遇，低碳电力符合了可持续发展观念，它能够对低碳经

济以及电网的自动化建设作出一定贡献。

参考文献：

[1]康重庆，陈启鑫，夏清.应用于电力系统的碳捕集技术及其带来的变

革[J].电力系统自动化，2010（01）：20~21.

[2]陈启鑫，周天睿，康重庆，夏清.节能发电调度的低碳化效益评估模型

及其应用[J].电力系统自动化，2009（16）：10~11.

图4低碳电力调度决策模型框图

表1约束条件

约束条件公式式中各符号的含义

负荷平衡约束

N

U

k-1

Σg k，t=D D t，t=1，2，…，T D式中：D D t为时段t系统的负

荷电量。

最大最小出力约束g min

k

≤g

k，t

≤g max

k

式中：t=1，2…，T

D

；k-1，2…，

N U；g max

k

和g min

k

分别为电源k

的最大和最小出力。

爬坡速率约束g D

R，k

≤g

k，t+1

-g

k，t

≤g U

R ，k

式中：t=1，2…，T

D

；k1，2…，

N U；g U

R，k

和g D

R，k

分别为电源k

的上、下爬坡速率极限。

水电发电量约束（对于

有调节能力的水电厂，

在调度中一般赋予其一

定的日总发电量约束）

T

D

t-1

Σg w，t≤g Cap w

式中：g

w，t

为水电厂在时段t

的发电量；g Cap

w

为日总发电量

约束。

碳排放约束

T

D

t-1

ΣN U

k-1

ΣE k，t≤E Cap式中：E Cap为决策周期内的最

大允许二氧化碳排放总量。

碳捕集电厂的运行约束

碳捕集电厂应运行在其可行

区间内，发电量与二氧化碳排

放之间具有一定的制约关系，

需遵循式（2）式（4）的规定。

4.3废石场、拦渣坝运行和管理措施

（1）平时应做好拦渣坝及防洪、排水设施的维护保养工作，对渣场内的废石土进行定期清理并加以综合利用。

（2）切实作好防汛排洪工作；汛期前，必须对防洪、排水设施进行全面检查，严防堵塞，发现问题应及时处理；洪水过后，应对防洪、排水设施的薄弱环节处进行及时修复或加固。

（3）在渣库运行区要进行监测和巡查。

（4）废石场服役期满后，应制定必要的停用安全方案和后期复土和植被恢复方案。

（5）矿山应严格遵守国家和地方政府关于矿山安全的有关规章制度，自觉接受相关部门的安全监督和检查。5结束语

晋宁磷矿扩大矿区范围矿山为露天开采的小型矿山，一般建设项目；地质环境条件复杂，地质灾害危险性评估确定为二级评估。因此，开采时应注意以下几点：①矿山开采设计应注重岩体风化带的研究，合理确定帮（边）坡坡率，做到采矿工程和地质灾害防治工作同时设计，同时施工，同时验收，同时投入便用。②采场截洪沟工程应在采场使用前竣工，并保障其运行畅通；采场风化带帮坡，台阶边坡局部极不稳定地段应采用喷锚等护坡措施。③加强地质灾害，地质环境保护监管工作，及时预测和发现地质灾害发生和发展情况，及时采取有效防治措施加以处理。

≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤（上接第79页）

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