低碳電力調(diào)度方法分析

摘 要：在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，電力調(diào)度起著舉足輕重的重大作用，是保證供電持續(xù)、穩(wěn)定的關(guān)鍵手段。近年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迎來了新常態(tài)，對(duì)電力系統(tǒng)供電質(zhì)量要求越來越高。而以往電力調(diào)度比較關(guān)注供電量的問題，忽視供電質(zhì)量管理，易造成資源浪費(fèi)。根據(jù)社會(huì)生產(chǎn)生活的供電需求及國家節(jié)能減排政策要求，電力系統(tǒng)采用低碳電力調(diào)度理念。文章從低碳電力調(diào)度提出的背景及內(nèi)涵入手，基于理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)常用的幾種低碳電力調(diào)度方法進(jìn)行了分析，僅供廣大同行參考借鑒。

關(guān)鍵詞：低碳電力調(diào)度；內(nèi)涵；背景；近零排放電源

21世紀(jì)，全球經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，進(jìn)入了全球化、區(qū)域化發(fā)展階段，為世界創(chuàng)造了巨大財(cái)富。但是，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，以全球變暖為特征的氣候問題日益嚴(yán)峻，引起世界各國廣泛關(guān)注，碳減排與發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)成為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主流，我國亦是如此。由于我國在過去很長一段時(shí)間內(nèi)采用粗放型經(jīng)濟(jì)增長方式，資源消耗巨大、環(huán)境污染嚴(yán)重，繼續(xù)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)。眾所周知，電力行業(yè)生產(chǎn)的碳排放量是較大的，面臨著巨大的節(jié)能減排挑戰(zhàn)。為適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，我國電力系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)當(dāng)采用低碳電力調(diào)度模式，盡可能降低碳排放量，創(chuàng)新電力行業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展模式。

1 低碳電力調(diào)度提出的背景及內(nèi)涵

1.1 背景

在我國，電力調(diào)度歷經(jīng)了三個(gè)發(fā)展階段，分別是“三公調(diào)度”、“經(jīng)濟(jì)調(diào)度”和“節(jié)能調(diào)度”。其中，“三公調(diào)度”講究公平性，以保證各類設(shè)備發(fā)電完成率均勻性為原則進(jìn)行發(fā)電計(jì)劃編制；“經(jīng)濟(jì)調(diào)度”講究經(jīng)濟(jì)性，以成本等微增率為原則進(jìn)行發(fā)電計(jì)劃編制，將電力生產(chǎn)與運(yùn)營中的“顯性”成本納入發(fā)電計(jì)劃中，明顯提升了電力調(diào)度經(jīng)濟(jì)性；“節(jié)能調(diào)度”講究節(jié)能性，以最大程度的減少能源消耗為原則進(jìn)行發(fā)電計(jì)劃編制。這種調(diào)度方式能有效降低二氧化碳的排放量，減少環(huán)境污染。從目前來看，我國電力調(diào)度處于從“經(jīng)濟(jì)調(diào)度”向“節(jié)能調(diào)度”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，進(jìn)入了低碳電力調(diào)度發(fā)展階段。隨著低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，低碳、生態(tài)等基于可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生的理念日漸深入人心，對(duì)各行各業(yè)生產(chǎn)方式產(chǎn)生巨大影響，具體到電力行業(yè)，催促了低碳電力調(diào)度方式的產(chǎn)生。無論是“三公調(diào)度”還是“經(jīng)濟(jì)調(diào)度”，都沒有考慮電能生產(chǎn)對(duì)環(huán)境、資源的影響，而低碳調(diào)度將能源消耗納入到電力調(diào)度中，實(shí)現(xiàn)發(fā)電計(jì)劃優(yōu)化決定，一方面滿足了供電需求，另一方面保護(hù)了環(huán)境，節(jié)約了資源，使外部成本內(nèi)部化。

1.2 內(nèi)涵

同其他調(diào)度方式相比，低碳電力調(diào)度具備以下內(nèi)涵：第一，其他調(diào)度方式集中考慮電能本身問題，忽視電能生產(chǎn)所造成的污染排放。但是低碳調(diào)度方式引入了碳交易和碳價(jià)，給予二氧化碳排放一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，使二氧化碳成為電能生產(chǎn)并存的一類資源。在電能生產(chǎn)不僅要考慮電能本身問題，更要注重二氧化碳與電能生產(chǎn)之間的關(guān)系，協(xié)調(diào)好二者之間的關(guān)系，保證電能生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)減少二氧化碳排放。第二，低碳電力調(diào)度由于引入了碳成本，改變了以往發(fā)電序位，優(yōu)化了發(fā)電計(jì)劃決策水平。經(jīng)濟(jì)調(diào)度采用基于發(fā)電序位表的排序方式，但是低碳電力調(diào)度由于引入了碳成本，改變了發(fā)電序位，對(duì)電力調(diào)度決策空間產(chǎn)生了重大影響，需要構(gòu)建新型電力調(diào)度的決策模型。由此可見，低碳電力調(diào)度改變了發(fā)電序位和決策模型，與以往的電力調(diào)度方式相差甚遠(yuǎn)。

2 低碳電力調(diào)度方法分析

2.1 近零排放電源

所謂的近零排放，就是指采用水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電及核發(fā)電等具備可再生性的電力生產(chǎn)方式。從表面上看，采用以上發(fā)電源不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等污染物，污染排放量接近于零，對(duì)環(huán)境污染的影響較小。這種電源對(duì)應(yīng)的特性函數(shù)關(guān)系，如下所示：

公式1：E=f（g）=0

其中，公式1中的f表示電源所用二氧化碳燃料所排放的污染因子；g表示近零排放電源的實(shí)際發(fā)電量。從公式就可以看出來，近零排放電源的碳排放量接近于零。

2.2 化石燃料電源

化石燃料電源，其實(shí)是以石油、煤炭、天然氣等為主要燃料進(jìn)行發(fā)電的一種電力生產(chǎn)方式。發(fā)電廠使用這種方式生產(chǎn)電力能源時(shí)，只有煤炭可以生產(chǎn)二氧化碳，當(dāng)排放出來的二氧化碳進(jìn)入大氣后，對(duì)環(huán)境有一定影響。這種電源產(chǎn)生的二氧化碳排放量函數(shù)如下所示：

公式2：E=Ff

其中，公式2中的F表示電能生產(chǎn)燃料消耗的具體數(shù)值。在化石燃料電源模式下，實(shí)際發(fā)電量的數(shù)學(xué)公式如下所示：

公式3：g=Fq？濁

其中，公式3中的q表示電能生產(chǎn)燃料單位體積發(fā)熱值；η表示能量轉(zhuǎn)換效率。通過公式2和公式3可以得到化石燃料電源對(duì)應(yīng)的特性函數(shù)關(guān)系，如下所示：

公式4：E=■■g

根據(jù)公式4可以得到化石燃料電源的電碳關(guān)系。但是對(duì)于不同種類的發(fā)電廠，即使同樣采用化石燃料，其對(duì)應(yīng)的特性函數(shù)也會(huì)有所差異。因此，從固定發(fā)電機(jī)組方面看，化石燃料電源的能量轉(zhuǎn)換效率會(huì)出現(xiàn)一定變化，而發(fā)電水平?jīng)Q定著變化的大小。若發(fā)電機(jī)組采用特定的某類燃料，其能源轉(zhuǎn)換效率將在一個(gè)相對(duì)小的區(qū)間內(nèi)變化。為簡化分析，對(duì)化石燃料電源的電碳特性函數(shù)關(guān)系模型做了合理簡化，認(rèn)為特定發(fā)電機(jī)組G在運(yùn)行中一直保持著常數(shù)變化。

2.3 碳捕集電廠

發(fā)電廠在既有發(fā)電設(shè)備基礎(chǔ)上引入碳捕集系統(tǒng)，將電能生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳分離開來，并輸送到事先設(shè)定好的指定地點(diǎn)，避免二氧化碳進(jìn)入大氣環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)長期隔離。這種方式不僅能保證了電能生產(chǎn)質(zhì)量，還降低二氧化碳帶來的環(huán)境污染。但是捕集二氧化碳需要消耗大量的能源，一定程度上降低了發(fā)電廠對(duì)外輸出功率。假設(shè)發(fā)電廠為捕集單位二氧化碳排放所消耗的能量為a，補(bǔ)集的二氧化碳總量為E1，那么，發(fā)電廠等效的碳排放量E2的表示公式如下所示：

公式5：E2=E-E1=Ef-E1

這種情況下，發(fā)電廠對(duì)外輸出功率g1的計(jì)算公式如下所示：

公式6：g1-g-aE1=Fq？濁-aE1

根據(jù)公式5和公式6，可以得到碳捕集電廠的電碳特性函數(shù)關(guān)系，如下所示：

公式7：E2=■g1+■-1E

當(dāng)公式7中的E2為零時(shí)，表示發(fā)電廠沒有實(shí)施二氧化碳捕集措施，此時(shí)公式7可以簡化成為公式4。反而，如果發(fā)電廠實(shí)施二氧化碳捕集，E2不可能為零值。當(dāng)E2取最大值E2i時(shí)，可以得到對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式，如下所示：

公式8：E2i=b■■g

其中，公式8中的b表示碳捕集率。根據(jù)公式4和公式7的對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)碳捕集電廠的電碳特性不再是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。在碳捕集電廠發(fā)電水量達(dá)到g時(shí)，便可以通過E調(diào)整來改變二氧化碳的排放量。由于g與E的不同調(diào)整。

3 結(jié)束語

綜上所述，低碳電力調(diào)度是我國電力調(diào)度發(fā)展的主要趨勢(shì)，它的推出與應(yīng)用，促進(jìn)了我國傳統(tǒng)電力調(diào)度方式改革，也提高了電力調(diào)度水平。通過低碳電力調(diào)度方法，不僅保證了電力能源生產(chǎn)質(zhì)量與供電質(zhì)量，也減少了電力能源生產(chǎn)所產(chǎn)生的的污染問題，經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值和巨大。在今后電力調(diào)度中，可以采用近零排放電源、化石燃料電源碳捕集電廠等調(diào)度方法，優(yōu)化電力能源調(diào)度技術(shù)含量，適應(yīng)我國電力行業(yè)節(jié)能減排工作。

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