云南節能發電調度運行問題及思考

王達達，仇英輝，平安，劉超

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

環境保護、氣候變化已越來越成為世界關注的焦點，因此提高能源效率、發展可再生能源已經成為世界各國的基本能源政策。我國同樣提出了建設資源節約型、環境友好型社會的宏偉目標。電力工業是節能降耗和污染減排的重要領域。資料顯示，全國的發電用原煤超過了12億t，占全國煤炭消費總量的一半，排放的SO2占全國排放總量的54%，火電用水占工業用水的40%，煙塵排放占全國排放量的20%，因此產生的灰渣也占了70%。由此可見，加強電力行業節能減排工作，減少煤炭等的能源消耗具有重要戰略意義。

1 國內外節能調度機制狀況對比

國外使用的節能調度方式可以歸納為經濟調度，常采用的方式是將機組劃分為可競爭型和不可競爭型。對于不具有商業推廣能力的能源發電（如太陽能等）一般會采取一定保護措施以促進其發展。而其他機組則要根據發電成本進行市場實時報價，再由調度交易機構根據安全約束經濟調度進行發電的安排。機組發電上網價格一般由市場競爭機制決定，其實際過程與安全約束經濟調度緊密聯系，首先，通過安全約束經濟調度要求根據報價確定各機組的發電安排。再根據發電出力點的位置和報價情況，通過邊際成本定價方法計算出發電價格。這樣可以較好地激勵發電部門按實際成本報價，以此確保調度優化結果的真實合理性。但這項機制會使得一些成本較高的高效率機組運行滯后，反而給一些低成本低效率的機組較高的優先級[1]。

國內的節能調度機制的不同機組類型調度優先級由發展改革委、環保總局、電監會和能源辦聯合下發的《節能發電調度辦法》試行規定，具體如下：

1）無調節能力的風能、太陽能、海洋能、水能等可再生能源發電機組。

2）有調節能力的水能、生物質能、地熱能等可再生能源發電機組和滿足環保要求的垃圾發電機組。

3）核能發電機組。

4）按“以熱定電”方式運行的燃煤熱電聯產機組，余熱、余氣、余壓、煤研石、洗中煤、煤層氣等資源綜合利用發電機組。

5）天然氣、煤氣化發電機組。

6）其他燃煤發電機組。

7）燃油發電機組。

同類型的機組就根據其耗能等級分配優先級，即耗能低的機組其優先級高于耗能高的機組。在能耗等級相同時，根據廢料的排出量分配，“高排則低優”。相應參數從原本的根據廠商數據確定過渡至實際測量確定，廢料排放水平也以最新的規定為準。

2 節能調度同現行發電調度的區別

現行調度方式在綜合考慮了各個發電廠的運行特性、電廠在系統中的地位和作用、系統正常運行、系統調峰、調頻以及負荷與事故備用的基礎上，并且經過了檢修容量計劃的考慮，再對各類型的機組運行位置和發電量進行安排。現行調度方式下制定發電方案需要考慮的主要因素包括:系統的安全穩定運行；電網的輸送能力約束；系統的調峰、調頻，電網的經濟性和可靠性等。而節能發電調度是國家為促進電力工業節能減排，是為保證我國國民經濟能夠持續、快速、健康發展而出臺的一項新政策。所謂“節能發電調度”，簡單地說就是:優先安排可再生能源、核電、以熱定電的熱電聯產機組、天然氣發電機組，然后再把處于電網范圍內的所有剩余煤電機組（包括未帶熱負荷的熱電聯產機組）按照其發電的煤耗由高到低進行排序，然后通過電網調度機構按照排定的順序依次安排發電。這樣可以使得節能、環保、高效率的大機組將得到更好的發展，而能耗高、污染大、效率低的小火電機組將受到抑制，最終逐步淘汰。也就是說，開展節能發電調度運行后，各類發電機組按照政府給定節能排序序位，同類型火力發電機組按照能耗水平由低到高排序，節能的機組得到較高的優先級，這將徹底改變現有電網發電調度的方式。由于擔負啟停調峰的小機組的逐步關停、煤耗低的大機組多在遠端、風電快速發展等新問題的出現，將會對系統的安全穩定運行，電網的輸送能力約束，系統的調峰、調頻，以及電網的經濟性和可靠性產生一定的影響，但這也使得電網調峰運行面臨著新的問題[2-3]。

3 云南節能調度運行面臨的問題及建議

3.1 風電并網問題

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

風電作為近年重點發展的新興可再生能源，風機發電量在發電總量上的比重也會越來越高，同時結合其各種特點，必然會在發電節能調度機制中具有很高的優先級，且會出現大量風機優先接入電網。但要注意，風力發電機組是不可調峰、調頻和吸收大量無功的，因此大量的風機并網會給電網帶來諸多問題。風電場接入后，發出的多余電量需要經過1~2級變壓器升壓再送至主網，再形成電量的遠程輸送，風電的特性會加重了電網無功調節的負擔，可能會造成局部電壓振蕩。風力發電在電網事故中的反向調節作用必將降低電網事故處理效率，并加大故障恢復的難度[4-5]。

這就需要使用與云南電網環境相適應的無功補償機制，配置相應的無功補償設備。同時還要根據情況選擇適用的風機類型，以消除上述問題。

3.2 火電小型機組關停產生的影響

火電在節能發電調度機制中運行優先級較低，這對整個電網結構會有很大影響，特別是小型火電發電機組。小型機組發電量較小，而且相對污染較大，按照節能調度機制會給予小型機組較低優先級或直接關停。而無論是小型火電機組的直接關停還是上網電量的減少，都將帶來電網結構方面的一些變化。例如，小火電機組關停后，相應的關停地區負荷就需要電網從其他地方調度供給，這會增加承擔負荷轉移任務線路及變壓器的負擔，就會導致電網的潮流的變化，在小型火電機組分布較為密集的地區，如果負荷較小，關停后還會引起電網潮流的反向變化。部分偏遠地區，還可能會出現輸電距離過長的現象，導致末端電壓達不到要求。小機組的關停會打破電網原有的接線方式，導致一些區域供電可靠性降低。熱電聯產的小型火電自備電廠甚至可能由于發電限制迫使電網倒送電力。因此，小機組關停及其相應替代項目的建設都會對電網結構造成一定影響。

3.3 節能發電調度機制下的電力市場機制

節能調度機制在機組發電上網時要考慮的因素：發電量，發電效率和污染等因素。同時像風電這樣的可再生能源發電往往發電成本相對較高，考慮到這些因素，需要制定相應交易模式來平衡電力市場。

目前采用的兩部制電價，以電量電價報價排序上網，上網結算電價與發電公司效益聯動。該模式由于只按電廠申報的電價進行排序上網，因此控制變量直觀，市場規則簡潔。但是上網電價的報價容易受到發電廠的操縱和控制，從而導致貨幣形式的表面公平，但實質上是低效的資源配置，而且能耗與污染兩者很難同時兼顧。目前的發電市場交易調度的標準主要根據發電商報價排序上網，單一的標準不能有效地對能耗與排放進行控制以實施節能發電調度，因此必須根據能耗、網速、排污、阻塞等因素進行修正[6-8]。

在發電能耗方面，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推算電廠能源消耗是目前較為直接的辦法，但由于各個電廠位置等因素各有不同，如與煤產地的距離，燃料運輸費用等。這些就導致該法不能完整描述電廠的經濟特性，因此要注重電廠發電的成本特性，以機組發電的成本作為依據，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制條件

并根據上述特性對機組分配有功負荷功率Pi。

發電機組消耗化石燃料發電時，會排放大量諸如SO2等的有害氣體，隨著用電需求的增大，燃煤機組有害氣體排放量將會大幅增加。云南的燃煤機組容量小、技術落后、治污設施差，所以電力系統的污染主要來自于火電機組。因此，在節能發電調度中明確提出：按機組能耗和污染物排放水平由低到高排序，依次調用化石類發電資源，最大限度地減少能源、資源消耗和污染物排放。同類型火力發電機組按照能耗水平由低到高排序，節能、環保的機組優先。

對于火電機組，由于機組本身具有設計指標的限制，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，所以對機組安裝脫硫裝置成為了減少排放的有效方式。不同機組類型、機組容量、燃料類型（煤質）和發電出力，其污染物排放指數不盡相同，甚至可能差別很大。機組污染排放模型如下

火電廠的污染物排放指數可以通過實際測量、安裝煙氣排放量在線實時檢測系統，或通過實驗建立上述模型進行模擬得出。再根據上述結論設置機組優先級。

在競價方面則采用價格優先原則，即在競標總電量確定的條件下，標書價格低的將獲得競爭的電量。競標能使發電競爭的總電量的平均電價比較低，從而獲得經濟效益。根據發電機組競價的上網電量，按日計算，機組上網電量在合同電量（Qc）之內的部分按合同電價（ρc）結算，超出合同電量的部分按競爭電價的平均值（ρp）結算；上網電量小于合同電量時，其差額電量按合同電價減去機組變動成本電價（ρv）予以補償。即使用發電超基數競價。發電公司某機組應得的發電收入為：式中，Q為某機組的實際發電量，Ra為輔助收入[3]。

3.4 效益評價指標

云南發電以水電為主，用反映節能發電調度增發水電，以減少化石能源消耗產生效益的絕對數量，則省內增加水力發電節能效益的計算方法如下：

式中，Q表示區域內火電平均發電煤耗；Esd表示區域內水電增發電量；Ek表示區域中單個水電廠的發電電量。

用Cb表示火電機組按照消耗排序，減少化石能源消耗產生效益的絕對數量，表達式如下：

Cb=Σ（某可用機組容量×當日可用機組平均負荷率×24×該臺機組發電標準煤耗率）-當日省區內實際燃煤機組消耗標煤量）

式中，M為火電機組消耗實際煤量。

式中，3.67是碳轉化為CO2的增重比例。

式中，0.8是硫燃燒時的SO2轉化率；系數2是硫轉化為SO2的增重比例。

根據電煤種類的不同，含硫率也不盡相同，目前云南電煤含硫率暫取1.2%，數據按月更新。

4 結語

節能發電調度的實施，對實現發電的節能降耗、降污減排以及保護生態環境都將發揮十分重要的作用。本文分析了節能發電調度辦法與現行發電調度方法不同之處，提出實施節能發電調度后可能帶來的新問題。針對云南電力系統狀況，分析了節能調度政策下的電網結構和電力市場上可能出現的問題并提出建議，旨在促進節能發電調度能更好地實現其功能。

[1] 周華鋒，李鵬，胡榮，等.南方電網調度智能化關鍵技術研究[J].南方電網技術，2011，5（1）:14-17.ZHOU Hua-feng，LI Peng，HU Rong，et al.Research on the key technologies of intelligent dispatching system for China southern power grid[J].Southern Power System Technology，2011，5（1）:14-17（in Chinese）.

[2]王庭飛，孫斌，郭翔，等.節能發電調度技術研究及實踐與效果分析[J].南方電網技術，2009，3（1）:1-7.WANG Ting-fei，SUN Bin，GUO Xiang，et al.Study of the technology of energy-conservation power generation dispatch&analysis on the practice and effect[J].Southern Power System Technology，2009，3（1）:1-7（in Chinese）.

[3] 陳柔伊.節能發電調度低碳潛力的預測方法[J].南方電網技術，2011，5（6）:47-50.CHEN Rou-yi.The forecast method of low-carbon potential of energy-conservation based dispatch[J].Southern Power System Technology，2011，5（6）:47-50（in Chinese）.

[4] 衣立東.統籌兼顧推動電網與清潔能源協調可持續發展[J].電網與清潔能源，2010，26（7）:12-14.YILi-dong.Strivingforbalancedandsustainabledevelopment of power grids and clean energy accommodating the interests of all sides[J].Power System and Clean Energy，2010，26（7）:12-14（in Chinese）.

[5] 童家麟，葉學民，毛杰譽，等.引風機和增壓風機合并運行節能效果分析[J].電力科學與工程，2011，27（5）:52-55.TONG Jia-lin，YE Xue-min，MAO Jie-yu，et al.Energysaving analysis on integrated operation of induced draft fan and booster fan[J].Electric Power Science and Engineering，2011，27（5）:52-55（in Chinese）.

[6]李廣懷，栗然.分布式調度運行管理系統的研究與開發[J].電力科學與工程，2007，27（31）:46-51.LI Guang-huai，LI Ran.Development and research of distributed dispatch system of running and management[J].Electric Power Science and Engineering，2007，27（31）:52-55（in Chinese）.

[7]李娟.基于Delphi的電力調度生產管理系統設計與實現[J].電力科學與工程，2007，23（1）:52-54.LI Juan.Design of dispatch system of electric power management based on delphi[J].Electric Power Science and Engineering，2007，23（1）:52-54（in Chinese）.

[8] 李川.市場環境下節能發電調度的運用與研究 [D].長沙：湖南大學，2009.