低碳電力調度方法分析

摘 要：在電力系統運行中，電力調度起著舉足輕重的重大作用，是保證供電持續、穩定的關鍵手段。近年來，我國經濟發展迎來了新常態，對電力系統供電質量要求越來越高。而以往電力調度比較關注供電量的問題，忽視供電質量管理，易造成資源浪費。根據社會生產生活的供電需求及國家節能減排政策要求，電力系統采用低碳電力調度理念。文章從低碳電力調度提出的背景及內涵入手，基于理論和實踐經驗對常用的幾種低碳電力調度方法進行了分析，僅供廣大同行參考借鑒。

關鍵詞：低碳電力調度；內涵；背景；近零排放電源

21世紀，全球經濟迅猛發展，進入了全球化、區域化發展階段，為世界創造了巨大財富。但是，世界經濟發展的同時，以全球變暖為特征的氣候問題日益嚴峻，引起世界各國廣泛關注，碳減排與發展低碳經濟成為世界經濟發展的主流，我國亦是如此。由于我國在過去很長一段時間內采用粗放型經濟增長方式，資源消耗巨大、環境污染嚴重，繼續發展低碳經濟。眾所周知，電力行業生產的碳排放量是較大的，面臨著巨大的節能減排挑戰。為適應當前經濟發展需要，我國電力系統生產應當采用低碳電力調度模式，盡可能降低碳排放量，創新電力行業生產及發展模式。

1 低碳電力調度提出的背景及內涵

1.1 背景

在我國，電力調度歷經了三個發展階段，分別是“三公調度”、“經濟調度”和“節能調度”。其中，“三公調度”講究公平性，以保證各類設備發電完成率均勻性為原則進行發電計劃編制；“經濟調度”講究經濟性，以成本等微增率為原則進行發電計劃編制，將電力生產與運營中的“顯性”成本納入發電計劃中，明顯提升了電力調度經濟性；“節能調度”講究節能性，以最大程度的減少能源消耗為原則進行發電計劃編制。這種調度方式能有效降低二氧化碳的排放量，減少環境污染。從目前來看，我國電力調度處于從“經濟調度”向“節能調度”轉型的關鍵時期，進入了低碳電力調度發展階段。隨著低碳經濟時代的到來，低碳、生態等基于可持續發展產生的理念日漸深入人心，對各行各業生產方式產生巨大影響，具體到電力行業，催促了低碳電力調度方式的產生。無論是“三公調度”還是“經濟調度”，都沒有考慮電能生產對環境、資源的影響，而低碳調度將能源消耗納入到電力調度中，實現發電計劃優化決定，一方面滿足了供電需求，另一方面保護了環境，節約了資源，使外部成本內部化。

1.2 內涵

同其他調度方式相比，低碳電力調度具備以下內涵：第一，其他調度方式集中考慮電能本身問題，忽視電能生產所造成的污染排放。但是低碳調度方式引入了碳交易和碳價，給予二氧化碳排放一定的經濟價值，使二氧化碳成為電能生產并存的一類資源。在電能生產不僅要考慮電能本身問題，更要注重二氧化碳與電能生產之間的關系，協調好二者之間的關系，保證電能生產質量的同時減少二氧化碳排放。第二，低碳電力調度由于引入了碳成本，改變了以往發電序位，優化了發電計劃決策水平。經濟調度采用基于發電序位表的排序方式，但是低碳電力調度由于引入了碳成本，改變了發電序位，對電力調度決策空間產生了重大影響，需要構建新型電力調度的決策模型。由此可見，低碳電力調度改變了發電序位和決策模型，與以往的電力調度方式相差甚遠。

2 低碳電力調度方法分析

2.1 近零排放電源

所謂的近零排放，就是指采用水力發電、風力發電及核發電等具備可再生性的電力生產方式。從表面上看，采用以上發電源不會產生二氧化碳等污染物，污染排放量接近于零，對環境污染的影響較小。這種電源對應的特性函數關系，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際發電量。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，其實是以石油、煤炭、天然氣等為主要燃料進行發電的一種電力生產方式。發電廠使用這種方式生產電力能源時，只有煤炭可以生產二氧化碳，當排放出來的二氧化碳進入大氣后，對環境有一定影響。這種電源產生的二氧化碳排放量函數如下所示：

公式2：E=Ff

其中，公式2中的F表示電能生產燃料消耗的具體數值。在化石燃料電源模式下，實際發電量的數學公式如下所示：

公式3：g=Fq？濁

其中，公式3中的q表示電能生產燃料單位體積發熱值；η表示能量轉換效率。通過公式2和公式3可以得到化石燃料電源對應的特性函數關系，如下所示：

公式4：E=■■g

根據公式4可以得到化石燃料電源的電碳關系。但是對于不同種類的發電廠，即使同樣采用化石燃料，其對應的特性函數也會有所差異。因此，從固定發電機組方面看，化石燃料電源的能量轉換效率會出現一定變化，而發電水平決定著變化的大小。若發電機組采用特定的某類燃料，其能源轉換效率將在一個相對小的區間內變化。為簡化分析，對化石燃料電源的電碳特性函數關系模型做了合理簡化，認為特定發電機組G在運行中一直保持著常數變化。

2.3 碳捕集電廠

發電廠在既有發電設備基礎上引入碳捕集系統，將電能生產過程中產生的二氧化碳分離開來，并輸送到事先設定好的指定地點，避免二氧化碳進入大氣環境中，實現長期隔離。這種方式不僅能保證了電能生產質量，還降低二氧化碳帶來的環境污染。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電廠對外輸出功率。假設發電廠為捕集單位二氧化碳排放所消耗的能量為a，補集的二氧化碳總量為E1，那么，發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，發電廠對外輸出功率g1的計算公式如下所示：

公式6：g1-g-aE1=Fq？濁-aE1

根據公式5和公式6，可以得到碳捕集電廠的電碳特性函數關系，如下所示：

公式7：E2=■g1+■-1E

當公式7中的E2為零時，表示發電廠沒有實施二氧化碳捕集措施，此時公式7可以簡化成為公式4。反而，如果發電廠實施二氧化碳捕集，E2不可能為零值。當E2取最大值E2i時，可以得到對應的計算公式，如下所示：

公式8：E2i=b■■g

其中，公式8中的b表示碳捕集率。根據公式4和公式7的對比分析，可以發現碳捕集電廠的電碳特性不再是一一對應的關系。在碳捕集電廠發電水量達到g時，便可以通過E調整來改變二氧化碳的排放量。由于g與E的不同調整。

3 結束語

綜上所述，低碳電力調度是我國電力調度發展的主要趨勢，它的推出與應用，促進了我國傳統電力調度方式改革，也提高了電力調度水平。通過低碳電力調度方法，不僅保證了電力能源生產質量與供電質量，也減少了電力能源生產所產生的的污染問題，經濟價值與社會價值和巨大。在今后電力調度中，可以采用近零排放電源、化石燃料電源碳捕集電廠等調度方法，優化電力能源調度技術含量，適應我國電力行業節能減排工作。

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