云南節(jié)能發(fā)電調(diào)度運(yùn)行問題及思考

王達(dá)達(dá)，仇英輝，平安，劉超

（1.云南電力試驗(yàn)研究院，云南昆明 650217；2.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

環(huán)境保護(hù)、氣候變化已越來越成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)，因此提高能源效率、發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為世界各國(guó)的基本能源政策。我國(guó)同樣提出了建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的宏偉目標(biāo)。電力工業(yè)是節(jié)能降耗和污染減排的重要領(lǐng)域。資料顯示，全國(guó)的發(fā)電用原煤超過了12億t，占全國(guó)煤炭消費(fèi)總量的一半，排放的SO2占全國(guó)排放總量的54%，火電用水占工業(yè)用水的40%，煙塵排放占全國(guó)排放量的20%，因此產(chǎn)生的灰渣也占了70%。由此可見，加強(qiáng)電力行業(yè)節(jié)能減排工作，減少煤炭等的能源消耗具有重要戰(zhàn)略意義。

1 國(guó)內(nèi)外節(jié)能調(diào)度機(jī)制狀況對(duì)比

國(guó)外使用的節(jié)能調(diào)度方式可以歸納為經(jīng)濟(jì)調(diào)度，常采用的方式是將機(jī)組劃分為可競(jìng)爭(zhēng)型和不可競(jìng)爭(zhēng)型。對(duì)于不具有商業(yè)推廣能力的能源發(fā)電（如太陽(yáng)能等）一般會(huì)采取一定保護(hù)措施以促進(jìn)其發(fā)展。而其他機(jī)組則要根據(jù)發(fā)電成本進(jìn)行市場(chǎng)實(shí)時(shí)報(bào)價(jià)，再由調(diào)度交易機(jī)構(gòu)根據(jù)安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度進(jìn)行發(fā)電的安排。機(jī)組發(fā)電上網(wǎng)價(jià)格一般由市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制決定，其實(shí)際過程與安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度緊密聯(lián)系，首先，通過安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度要求根據(jù)報(bào)價(jià)確定各機(jī)組的發(fā)電安排。再根據(jù)發(fā)電出力點(diǎn)的位置和報(bào)價(jià)情況，通過邊際成本定價(jià)方法計(jì)算出發(fā)電價(jià)格。這樣可以較好地激勵(lì)發(fā)電部門按實(shí)際成本報(bào)價(jià)，以此確保調(diào)度優(yōu)化結(jié)果的真實(shí)合理性。但這項(xiàng)機(jī)制會(huì)使得一些成本較高的高效率機(jī)組運(yùn)行滯后，反而給一些低成本低效率的機(jī)組較高的優(yōu)先級(jí)[1]。

國(guó)內(nèi)的節(jié)能調(diào)度機(jī)制的不同機(jī)組類型調(diào)度優(yōu)先級(jí)由發(fā)展改革委、環(huán)保總局、電監(jiān)會(huì)和能源辦聯(lián)合下發(fā)的《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法》試行規(guī)定，具體如下：

1）無調(diào)節(jié)能力的風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能、水能等可再生能源發(fā)電機(jī)組。

2）有調(diào)節(jié)能力的水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉窗l(fā)電機(jī)組和滿足環(huán)保要求的垃圾發(fā)電機(jī)組。

3）核能發(fā)電機(jī)組。

4）按“以熱定電”方式運(yùn)行的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，余熱、余氣、余壓、煤研石、洗中煤、煤層氣等資源綜合利用發(fā)電機(jī)組。

5）天然氣、煤氣化發(fā)電機(jī)組。

6）其他燃煤發(fā)電機(jī)組。

7）燃油發(fā)電機(jī)組。

同類型的機(jī)組就根據(jù)其耗能等級(jí)分配優(yōu)先級(jí)，即耗能低的機(jī)組其優(yōu)先級(jí)高于耗能高的機(jī)組。在能耗等級(jí)相同時(shí)，根據(jù)廢料的排出量分配，“高排則低優(yōu)”。相應(yīng)參數(shù)從原本的根據(jù)廠商數(shù)據(jù)確定過渡至實(shí)際測(cè)量確定，廢料排放水平也以最新的規(guī)定為準(zhǔn)。

2 節(jié)能調(diào)度同現(xiàn)行發(fā)電調(diào)度的區(qū)別

現(xiàn)行調(diào)度方式在綜合考慮了各個(gè)發(fā)電廠的運(yùn)行特性、電廠在系統(tǒng)中的地位和作用、系統(tǒng)正常運(yùn)行、系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻以及負(fù)荷與事故備用的基礎(chǔ)上，并且經(jīng)過了檢修容量計(jì)劃的考慮，再對(duì)各類型的機(jī)組運(yùn)行位置和發(fā)電量進(jìn)行安排。現(xiàn)行調(diào)度方式下制定發(fā)電方案需要考慮的主要因素包括:系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；電網(wǎng)的輸送能力約束；系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性等。而節(jié)能發(fā)電調(diào)度是國(guó)家為促進(jìn)電力工業(yè)節(jié)能減排，是為保證我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)能夠持續(xù)、快速、健康發(fā)展而出臺(tái)的一項(xiàng)新政策。所謂“節(jié)能發(fā)電調(diào)度”，簡(jiǎn)單地說就是:優(yōu)先安排可再生能源、核電、以熱定電的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、天然氣發(fā)電機(jī)組，然后再把處于電網(wǎng)范圍內(nèi)的所有剩余煤電機(jī)組（包括未帶熱負(fù)荷的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組）按照其發(fā)電的煤耗由高到低進(jìn)行排序，然后通過電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)按照排定的順序依次安排發(fā)電。這樣可以使得節(jié)能、環(huán)保、高效率的大機(jī)組將得到更好的發(fā)展，而能耗高、污染大、效率低的小火電機(jī)組將受到抑制，最終逐步淘汰。也就是說，開展節(jié)能發(fā)電調(diào)度運(yùn)行后，各類發(fā)電機(jī)組按照政府給定節(jié)能排序序位，同類型火力發(fā)電機(jī)組按照能耗水平由低到高排序，節(jié)能的機(jī)組得到較高的優(yōu)先級(jí)，這將徹底改變現(xiàn)有電網(wǎng)發(fā)電調(diào)度的方式。由于擔(dān)負(fù)啟停調(diào)峰的小機(jī)組的逐步關(guān)停、煤耗低的大機(jī)組多在遠(yuǎn)端、風(fēng)電快速發(fā)展等新問題的出現(xiàn)，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)的輸送能力約束，系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻，以及電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性產(chǎn)生一定的影響，但這也使得電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行面臨著新的問題[2-3]。

3 云南節(jié)能調(diào)度運(yùn)行面臨的問題及建議

3.1 風(fēng)電并網(wǎng)問題

云南省具有豐富的風(fēng)能資源，資源總儲(chǔ)量預(yù)計(jì)達(dá)到了122910 MW。且風(fēng)能資源分布廣泛，全省風(fēng)能資源可利用區(qū)域（年平均風(fēng)功率密度大于50 W/m2）的面積占了全省土地總面積的11.5%，風(fēng)能資源儲(chǔ)量則是2832 MW，約占全省風(fēng)能資源的23%；欠缺區(qū)(年平均風(fēng)功率密度小于50 W/m2)的風(fēng)能資源儲(chǔ)量則為94590 MW，占全區(qū)風(fēng)能資源儲(chǔ)量的77%。

風(fēng)電作為近年重點(diǎn)發(fā)展的新興可再生能源，風(fēng)機(jī)發(fā)電量在發(fā)電總量上的比重也會(huì)越來越高，同時(shí)結(jié)合其各種特點(diǎn)，必然會(huì)在發(fā)電節(jié)能調(diào)度機(jī)制中具有很高的優(yōu)先級(jí)，且會(huì)出現(xiàn)大量風(fēng)機(jī)優(yōu)先接入電網(wǎng)。但要注意，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是不可調(diào)峰、調(diào)頻和吸收大量無功的，因此大量的風(fēng)機(jī)并網(wǎng)會(huì)給電網(wǎng)帶來諸多問題。風(fēng)電場(chǎng)接入后，發(fā)出的多余電量需要經(jīng)過1~2級(jí)變壓器升壓再送至主網(wǎng)，再形成電量的遠(yuǎn)程輸送，風(fēng)電的特性會(huì)加重了電網(wǎng)無功調(diào)節(jié)的負(fù)擔(dān)，可能會(huì)造成局部電壓振蕩。風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)事故中的反向調(diào)節(jié)作用必將降低電網(wǎng)事故處理效率，并加大故障恢復(fù)的難度[4-5]。

這就需要使用與云南電網(wǎng)環(huán)境相適應(yīng)的無功補(bǔ)償機(jī)制，配置相應(yīng)的無功補(bǔ)償設(shè)備。同時(shí)還要根據(jù)情況選擇適用的風(fēng)機(jī)類型，以消除上述問題。

3.2 火電小型機(jī)組關(guān)停產(chǎn)生的影響

火電在節(jié)能發(fā)電調(diào)度機(jī)制中運(yùn)行優(yōu)先級(jí)較低，這對(duì)整個(gè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)會(huì)有很大影響，特別是小型火電發(fā)電機(jī)組。小型機(jī)組發(fā)電量較小，而且相對(duì)污染較大，按照節(jié)能調(diào)度機(jī)制會(huì)給予小型機(jī)組較低優(yōu)先級(jí)或直接關(guān)停。而無論是小型火電機(jī)組的直接關(guān)停還是上網(wǎng)電量的減少，都將帶來電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方面的一些變化。例如，小火電機(jī)組關(guān)停后，相應(yīng)的關(guān)停地區(qū)負(fù)荷就需要電網(wǎng)從其他地方調(diào)度供給，這會(huì)增加承擔(dān)負(fù)荷轉(zhuǎn)移任務(wù)線路及變壓器的負(fù)擔(dān)，就會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的潮流的變化，在小型火電機(jī)組分布較為密集的地區(qū)，如果負(fù)荷較小，關(guān)停后還會(huì)引起電網(wǎng)潮流的反向變化。部分偏遠(yuǎn)地區(qū)，還可能會(huì)出現(xiàn)輸電距離過長(zhǎng)的現(xiàn)象，導(dǎo)致末端電壓達(dá)不到要求。小機(jī)組的關(guān)停會(huì)打破電網(wǎng)原有的接線方式，導(dǎo)致一些區(qū)域供電可靠性降低。熱電聯(lián)產(chǎn)的小型火電自備電廠甚至可能由于發(fā)電限制迫使電網(wǎng)倒送電力。因此，小機(jī)組關(guān)停及其相應(yīng)替代項(xiàng)目的建設(shè)都會(huì)對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)造成一定影響。

3.3 節(jié)能發(fā)電調(diào)度機(jī)制下的電力市場(chǎng)機(jī)制

節(jié)能調(diào)度機(jī)制在機(jī)組發(fā)電上網(wǎng)時(shí)要考慮的因素：發(fā)電量，發(fā)電效率和污染等因素。同時(shí)像風(fēng)電這樣的可再生能源發(fā)電往往發(fā)電成本相對(duì)較高，考慮到這些因素，需要制定相應(yīng)交易模式來平衡電力市場(chǎng)。

目前采用的兩部制電價(jià)，以電量電價(jià)報(bào)價(jià)排序上網(wǎng)，上網(wǎng)結(jié)算電價(jià)與發(fā)電公司效益聯(lián)動(dòng)。該模式由于只按電廠申報(bào)的電價(jià)進(jìn)行排序上網(wǎng)，因此控制變量直觀，市場(chǎng)規(guī)則簡(jiǎn)潔。但是上網(wǎng)電價(jià)的報(bào)價(jià)容易受到發(fā)電廠的操縱和控制，從而導(dǎo)致貨幣形式的表面公平，但實(shí)質(zhì)上是低效的資源配置，而且能耗與污染兩者很難同時(shí)兼顧。目前的發(fā)電市場(chǎng)交易調(diào)度的標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)發(fā)電商報(bào)價(jià)排序上網(wǎng)，單一的標(biāo)準(zhǔn)不能有效地對(duì)能耗與排放進(jìn)行控制以實(shí)施節(jié)能發(fā)電調(diào)度，因此必須根據(jù)能耗、網(wǎng)速、排污、阻塞等因素進(jìn)行修正[6-8]。

在發(fā)電能耗方面，火電廠的燃料消耗特性如下

式中，PG為有功功率。以燃料消耗特性為依據(jù)推算電廠能源消耗是目前較為直接的辦法，但由于各個(gè)電廠位置等因素各有不同，如與煤產(chǎn)地的距離，燃料運(yùn)輸費(fèi)用等。這些就導(dǎo)致該法不能完整描述電廠的經(jīng)濟(jì)特性，因此要注重電廠發(fā)電的成本特性，以機(jī)組發(fā)電的成本作為依據(jù)，采用等耗量微增量原則。將成本特性記作C（P），用拉格朗日算子求極值有機(jī)制條件

并根據(jù)上述特性對(duì)機(jī)組分配有功負(fù)荷功率Pi。

發(fā)電機(jī)組消耗化石燃料發(fā)電時(shí)，會(huì)排放大量諸如SO2等的有害氣體，隨著用電需求的增大，燃煤機(jī)組有害氣體排放量將會(huì)大幅增加。云南的燃煤機(jī)組容量小、技術(shù)落后、治污設(shè)施差，所以電力系統(tǒng)的污染主要來自于火電機(jī)組。因此，在節(jié)能發(fā)電調(diào)度中明確提出：按機(jī)組能耗和污染物排放水平由低到高排序，依次調(diào)用化石類發(fā)電資源，最大限度地減少能源、資源消耗和污染物排放。同類型火力發(fā)電機(jī)組按照能耗水平由低到高排序，節(jié)能、環(huán)保的機(jī)組優(yōu)先。

對(duì)于火電機(jī)組，由于機(jī)組本身具有設(shè)計(jì)指標(biāo)的限制，因此一般在出力確定的情況下其污染物排放水平基本上是確定的，所以對(duì)機(jī)組安裝脫硫裝置成為了減少排放的有效方式。不同機(jī)組類型、機(jī)組容量、燃料類型（煤質(zhì)）和發(fā)電出力，其污染物排放指數(shù)不盡相同，甚至可能差別很大。機(jī)組污染排放模型如下

火電廠的污染物排放指數(shù)可以通過實(shí)際測(cè)量、安裝煙氣排放量在線實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，或通過實(shí)驗(yàn)建立上述模型進(jìn)行模擬得出。再根據(jù)上述結(jié)論設(shè)置機(jī)組優(yōu)先級(jí)。

在競(jìng)價(jià)方面則采用價(jià)格優(yōu)先原則，即在競(jìng)標(biāo)總電量確定的條件下，標(biāo)書價(jià)格低的將獲得競(jìng)爭(zhēng)的電量。競(jìng)標(biāo)能使發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)的總電量的平均電價(jià)比較低，從而獲得經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)發(fā)電機(jī)組競(jìng)價(jià)的上網(wǎng)電量，按日計(jì)算，機(jī)組上網(wǎng)電量在合同電量（Qc）之內(nèi)的部分按合同電價(jià)（ρc）結(jié)算，超出合同電量的部分按競(jìng)爭(zhēng)電價(jià)的平均值（ρp）結(jié)算；上網(wǎng)電量小于合同電量時(shí)，其差額電量按合同電價(jià)減去機(jī)組變動(dòng)成本電價(jià)（ρv）予以補(bǔ)償。即使用發(fā)電超基數(shù)競(jìng)價(jià)。發(fā)電公司某機(jī)組應(yīng)得的發(fā)電收入為：式中，Q為某機(jī)組的實(shí)際發(fā)電量，Ra為輔助收入[3]。

3.4 效益評(píng)價(jià)指標(biāo)

云南發(fā)電以水電為主，用反映節(jié)能發(fā)電調(diào)度增發(fā)水電，以減少化石能源消耗產(chǎn)生效益的絕對(duì)數(shù)量，則省內(nèi)增加水力發(fā)電節(jié)能效益的計(jì)算方法如下：

式中，Q表示區(qū)域內(nèi)火電平均發(fā)電煤耗；Esd表示區(qū)域內(nèi)水電增發(fā)電量；Ek表示區(qū)域中單個(gè)水電廠的發(fā)電電量。

用Cb表示火電機(jī)組按照消耗排序，減少化石能源消耗產(chǎn)生效益的絕對(duì)數(shù)量，表達(dá)式如下：

Cb=Σ（某可用機(jī)組容量×當(dāng)日可用機(jī)組平均負(fù)荷率×24×該臺(tái)機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率）-當(dāng)日省區(qū)內(nèi)實(shí)際燃煤機(jī)組消耗標(biāo)煤量）

式中，M為火電機(jī)組消耗實(shí)際煤量。

式中，3.67是碳轉(zhuǎn)化為CO2的增重比例。

式中，0.8是硫燃燒時(shí)的SO2轉(zhuǎn)化率；系數(shù)2是硫轉(zhuǎn)化為SO2的增重比例。

根據(jù)電煤種類的不同，含硫率也不盡相同，目前云南電煤含硫率暫取1.2%，數(shù)據(jù)按月更新。

4 結(jié)語

節(jié)能發(fā)電調(diào)度的實(shí)施，對(duì)實(shí)現(xiàn)發(fā)電的節(jié)能降耗、降污減排以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境都將發(fā)揮十分重要的作用。本文分析了節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法與現(xiàn)行發(fā)電調(diào)度方法不同之處，提出實(shí)施節(jié)能發(fā)電調(diào)度后可能帶來的新問題。針對(duì)云南電力系統(tǒng)狀況，分析了節(jié)能調(diào)度政策下的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電力市場(chǎng)上可能出現(xiàn)的問題并提出建議，旨在促進(jìn)節(jié)能發(fā)電調(diào)度能更好地實(shí)現(xiàn)其功能。

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