試論低碳電力調度方式及其決策模型

王靜

摘 要：對于電力企業而言，其對環境造成的污染是比較嚴重的。因此，必須貫徹落實低碳經濟的發展理念，并改進電力企業的調度方式和決策模型。

關鍵詞：電力調度；決策模型；經濟效益；環境效益

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.111

火力發電廠是大多數城市電能的主要來源。隨著城市人口的劇增，火力發電廠的數量也進一步增加。從火力發電廠的生產過程看，主要排放的廢氣是二氧化碳。眾所周知，二氧化碳是一種溫室氣體，過多的二氧化碳聚集在一起易導致全球升溫，這與可持續發展的理念是背道而馳的。因此，電力企業應采取適當的措施阻止過多的二氧化碳排放到大氣中。比如，可采取低碳電力調度的方式，注重分析其經濟性和節能性。本文對低碳電力調度方式及其決策模型進行了分析和探討。

1 低碳電力調度的發展現狀

縱觀國內外的電力調度方式，低碳電力調度已逐漸取代了傳統的電力調度方式，成為大多數電力企業的主要電力調度方式。與傳統的電力調度方式相比，該方式具有明顯的優勢，主要體現在以下2方面：①傳統的電力調度方式中僅重視電能生產，忽視了對環境的保護。而低碳電力調度方式既重視電能的最大程度生產，同時，也考慮了二氧化碳的排放，盡可能地減小了單位電能的溫室氣體排放量，從而同時獲得經濟效益和環境效益。②低碳電力調度方式考慮到了企業成本的投入，堅持以節約成本為原則，通過調節電序位，使碳約束在電力調度的決策模型方面發揮自身的作用。

2 低碳電力調度的重要性

2.1 是實現可持續發展的必然要求

隨著我國城市化進程的不斷加快，各方面資源的使用量也越來越大，尤其是在煤炭資源的使用方面。煤炭資源為我國的電力企業、水利企業等提供了主要的生產動力。然而，煤炭資源在使用過程中會排放大量的二氧化碳等污染物質，對我國的環境造成了嚴重污染。在可持續發展理念的指導之下，企業必須減少對煤炭資源的利用，這就要求改革電力調度方式，盡量采用低碳的電力調度模式，從而實現企業的可持續發展。

2.2 是實現企業長久發展的必然要求

對于電力企業而言，其生產過程中消耗的煤炭資源是較多的，這必然造成企業成本的增加。要想節約企業成本，就必須對電力調度方式進行改進。采用低碳電力調度的方式有利于減少煤炭資源的使用量，從而節約企業成本，有利于企業的健康、長久發展。

3 低碳電力調度的特點

3.1 碳捕集電廠的特點

碳捕集電廠是一種新型的發電廠，其主要發電設施仍然是傳統電廠中采用的發電設施，其與傳統電廠的主要區別在于碳捕集系統。由于傳統發電廠不具備該系統，在電能生產的過程中，二氧化碳的排放量巨大，而碳捕集電廠能顯著減少二氧化碳的排放量，其對二氧化碳的捕集率高達95%左右，然而，該電廠的缺點是能源消耗量比較大，尤其是在捕集二氧化碳的過程中，由于能源的消耗量大，發電廠的輸出功率會大幅度降低，最終導致電能產量降低。因此，要想大范圍普及碳捕集電廠，就必須找到發電水平與碳捕集總量之間的平衡點。

3.2 近零碳的排放電源

由于低碳電力調度生產過程中排放的二氧化碳較少，從性質上看，可將其歸為近零碳排放電源，其必須滿足不排放或少排放二氧化碳的前提條件。低碳電力調度中用到的主要是風電、水電等一些自然界含量豐富的可再生性能源。目前，我國水力發電企業的規模不斷擴大，水力發電屬于一種零碳排放的發電方式，對實現我國低碳電力調度的目標具有重要作用。近零碳排放電源的函數式為：

E=f（g）=0. （1）

式（1）中：E為電能生產過程中二氧化碳的排放總量；g為電源的發電量；f（g）為發電量所滿足的函數關系。

在低碳電力調度中，由于發電過程排放的二氧化碳量趨近于零，因此，結果可用“0”表示。

3.3 普通化石燃料類電源

普通化石燃料是指利用煤炭等資源的火力發電廠，這類發電廠在生產過程中排放的二氧化碳總量較大，且排放出的二氧化碳直接進入空氣中，其公式為：

E=Ff. （2）

式（2）中：F為電能生產過程中所需的燃料總量；f為二氧化碳的排放量。

采用這類電源的發電廠的發電效率在生產過程中的變化較大，能量轉換率的波動也比較大。

4 低碳電力調度決策模型分析

4.1 決策模型的數學描述

4.1.1 確定決策變量

決策變量主要指的是發電量和二氧化碳排放量，二者之間具有一定的關系。對于近零碳排放的電源而言，其二氧化碳的排放量很少，幾乎為0. 比如，我國的水力發電企業主要通過水力發電，水力屬于一種近零碳的電源；對于普通的化石燃料電源而言，二氧化碳的排放量較大，其與發電量成正比，隨著發電量的增大，二氧化碳的排放量也會增大。在發電量等決策變量確定的過程中，電源一般用K表示，發電量用g表示，時間用t表示，二氧化碳的排放總量用E表示。

4.1.2 目標函數的分析

目標函數中主要涉及到的要素為發電成本和碳成本。隨著低碳經濟的深入發展，對生產過程中二氧化碳的排放量提出了更高的要求。目標函數中的碳成本決定了二氧化碳的排放量較少，相應的碳化物成分也較少。目標函數向著低碳電力調度的方向發展，可促進電力調度決策模型的優化，使低碳科技不斷創新和發展。

4.1.3 模型約束條件

目前，許多發電廠都不重視二氧化碳的排放量，導致在實際生產過程中二氧化碳的排放量巨大。針對此現狀，政府下達了強制減少二氧化碳排放量的命令，這已成為許多大型發電廠運作的約束條件。然而，要實現二氧化碳排放量與發電總量的平衡，只依靠政府的努力是不夠的，還需要電力企業改進自身的電力調度方式和決策模型。

4.2 決策模型的主要框架

4.2.1 決策變量的擴充

在所有的電力調度方式中，碳捕集技術是相對而言比較先進的技術，該技術可實現最大限度地降低二氧化碳排放量。在決策變量中，必須考慮到電源的類型，并將二氧化碳的相關因素引入其中。只有這樣，才能使低碳電力調度方式取得更大的成效。

4.2.2 在低碳電力調度中加入目標函數

隨著低碳電力調度方式的不斷應用，二氧化碳的排放量得到了很大限度的抑制，這在一定程度上促進了低碳電力調度決策模型的優化。對于目標函數的組成項而言，增加碳價、碳稅等要素可使二氧化碳的排放具有更高的經濟價值。

4.2.3 增加約束條件

作為一種新型的低碳經濟模型，其模型約束條件還不夠全面，在二氧化碳的排放量方面的約束條件還有所欠缺，這就要求將強制減排目標和碳減排承諾等要素引入決策模型中。一般而言，低碳電力調度的決策模型中應包含低碳技術約束、負荷平衡約束、網絡傳輸約束和機組運行約束等約束條件。低碳技術要素是決策模型中的關鍵要素，該要素主要由碳排放計劃和低碳技術約束組成。

5 結束語

在國內外低碳經濟的趨勢下，我國的傳統電力調度正面臨著巨大的挑戰。要想實現低碳經濟的發展目標，就必須將低碳要素引入電力調度方式中，并不斷改進和優化電力調度的決策模型，從而使電力企業的綜合效益得以提升。

參考文獻

[1]王洪旭.低碳電力調度方式及其決策模型分析[J].城市建設理論研究（電子版），2012（27）.

[2]劉澤.低碳電力調度方式及其決策模型分析[J].廣東科技，2013，22（2）.

〔編輯：張思楠〕