綠色低碳理念下的電力調度與決策模型分析

朱佳杰 丁乾慧 沈健

摘 要：綠色低碳理念下的電網調度，要求電力系統對電力生產與二氧化碳排放的關系進行相應平衡。文章以綠色低碳理念下電力調度與決策模型分析為研究對象，首先對綠色低碳理念下的電力調度概念及特性進行了具體的研究分析，隨后分析研究了綠色低碳理念下電力調度模型以供參考。

關鍵詞：綠色低碳理念 電力調度 決策模型分析

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（c）-0022-02

大型火力發電廠在進行發電時，會排出大量二氧化碳，對人類生存環境造成了極為不利的影響，在倡導綠色經濟發展的今天，需要在對電力系統調度中引入低碳經濟這一理念，將二氧化碳排放量也納入電力調度中來，推進綠色低碳理念下電力調度順利發展。

1 綠色低碳理念下的電力調度概念及特性

當下隨著能源與供需矛盾日益突出，低碳經濟得以迅猛發展。電力調度原本指的是在對負荷進行預測的前提下，通過對各種發電類電氣設備的狀態、運行方式進行相應決策并調用，從而形成一種較為科學經濟的調度計劃。而低碳理念下的電力調度對電力調度本身提出了更高的要求，既要考慮電力調度的經濟性與安全性，還要分析各種低碳電源相關技術及運用對電力系統會造成哪些影響，并對電力系統二氧化碳排放量進行持續關注，從而真正實現電力調度的“綠色低碳”。

低碳理念下的電力調度不僅關注發電本身，更兼顧了二氧化碳的排放，其最終目的是有效實現“電平衡”與“碳平衡”，使得二者協調發展。為了使得電力調度中發電與碳排放關系可以更加明確，可以用以下公式來描述某類電源電碳調度特性：

E=f（g）

其中E表示的是發電過程產生的二氧化碳排放量。g表示發電量。因此可以根據不同類型電源，利用函數將不同點碳特性表達出來，分類如下：

近零碳排放類電源。該類電源顧名思義，基本是依靠純綠色能源發電，因此碳排放量基本為零。例如太陽能發電、風能發電、核能發電等。其電碳特性可用函數表示為：

E=f（g）=0 （1）

化石燃料類電源。利用化石燃料類發電仍是當下我國主要的發電方式，主要是通過燃燒將化石能源轉化為電能源。期間在轉化過程中會產生大量的二氧化碳與其他有害起氣體，化石能源的燃燒是導致大氣污染及全球變暖主要因素之一。化石燃料主要包括：石油、煤炭、天然氣等，其中二氧化碳排放量用公式表示如下：

E=Ff （2）

電源在燃燒過程中所消耗的燃料量用F表示，此類電源所用燃料二氧化碳排放因襲用f表示，簡單來說f即是單位燃料在充分燃燒后所排放出的二氧化碳的量。那么可以得出該類電源發電量公式為：

g=Fqη （3）

在式（3）中，燃料單位發熱值用q表示，η指的是電源能源轉換效率，也就是單位能源燃燒后的發電率。因此可由式（2）、（3）式得出化石燃料類能源的電碳特性用函數表示如下：

（4）

由式（4）可以得知，在利用化石燃料電源發電時，可以用函數式一一對應的關系來表示此類電源發電在系統調度中發電與碳排放之間的關系。對于類別不同的發電廠來說，影響電碳特性函數變化的主要因素有兩個：一種是燃料不同；一種是發電技術存在的差異。并且機組發電水平的變化，也會導致發電效率η會在某個小區間產生相應波動。基于此，為可以運用建模方式讓分析更為簡化。

碳補集電廠。簡單來說就是在傳統火電廠基礎之上引入碳補集系統后形成的一種電廠，其與普通燃料發電廠不同的是在發電過程中可以自行調節二氧化碳排放量，調節手段為將二氧化碳從排放廢氣中分離出來，并進行安全密封保存，其本質沒有減少二氧化碳的排放量，而是將其“捕捉”進行了封存。其電碳特性用函數表示如下：

（5）

其中EC表示電廠補集二氧化碳總含量，E'表示等效的二氧化碳排放量，g'表示碳補集場對外輸出功率，α為電廠為了補集二氧化碳所消耗的能量。由式（5）可知，由于采用了碳補集技術對二氧化碳進行了捕捉，因此碳補集電廠的發電量與碳排放量不再是一一對應關系，可以對EC進行調整，即可對二氧化碳排放總量進行改變。

2 綠色低碳理念下電力調度模型

2.1 綠色低碳理念下電力調度模型與傳統模型相比產生的變化

綠色低碳理念下電力調度模型與傳統電力調度模型相比主要產生了以下3點變化，第一點是對模型的決策變量進行了擴充。隨著碳補集等低碳技術的應用使得待決策電源品種得以增加，從而針對各類電源調度特性需要進一步考慮。將二氧化碳這一因素也作為一種調度資源引入電力調度決策中去，有效實現了決策變量的擴充。第二點對目標函數組成項進行了增加。當下隨著碳稅、碳價等政策的引入，為電力中的二氧化碳賦予了新的經濟價值，需要在決策模型中對其予以高度重視。第三點是決策模型的約束條件得以增加。當下電力系統調度中引入了減排、減碳等具有強制性的目標要素，從而使得電力系統在具體進行調度時不得不考慮相應的要素，努力實現發電與二氧化碳之間的平衡，這也相當于增加了系統調度中的約束條件。

2.2 基于數學描述下對決策模型的分析

對發電成本與碳成本進行綜合考慮，可以得出以下目標函數式：

（6）

式（6）中，電源k的發電成本用ck表示，時段t的碳價用πE，t表示，決策時段數量用TD表示，待決策電源數量用NU表示。

決策模型約束條件可分為6種，分別為負荷平衡約束、最大最小處出力約束、爬坡素率約束、水電發電量約束、碳排放約束及碳補集電廠運行約束。其數學描述公式分別如下：

負荷平衡約束：

（7）

式（7）中，時段系統的負荷電量用表示。

最大及最小出力約束：

（8）

式（8）中，電源最大出力及最小出力分別為與。

爬坡速率約束。

（9）

在式（9）中，電源的上爬坡率及下爬坡率極限分別為與。

水電發電量的約束。

針對于具有調節能力的水電廠，在綠色低碳理念下的電力調度會對其日總發電量進行約束，用以下公式表示：

（10）

在式（10）中，水電廠在t時段的發電總量用gw，t表示，日總發電量約束用表示。

碳排放的約束。

（11）

在式（11）中，決策周期內的允許最大的二氧化碳排放總量用表示。

通過對上述決策模型利用數學描述分析，為了使得模型求解方式更加簡化，因此可以將ck當作整體工況的平均數，將發電成本隨機組出力的波動忽略掉。這一模型是最為典型的線性規劃模型，因此在求解算法方面，并不具備相應的特殊性。

3 結語

綠色低碳理念下電力調度在國家發展倡導綠色經濟的大背景之下具有廣闊的發展前景，同時也為傳統的電能調度帶來了新的挑戰，文章在敘述了綠色低碳理念下電力調度之下主要對不同類別的電源調度特性進行了分析，并進一步分析了電力決策調度模型。

參考文獻

[1] 夏麗莉.低碳電力調度方式及其決策模型[J].電工技術：理論與實踐，2015（12）：229.

[2] 胡維，雷漢樟.淺談低碳電力調度方式及其決策模型[J]. 低碳世界，2015（33）：58-59.

[3] 鄭宇寧.低碳電力調度方式及其決策模型[J].山東工業技術，2017（2）：174.