發購電計劃節能減排論文范文

本站小編為你精心準備了發購電計劃節能減排論文參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1發電調度計劃與電力市場對節能減排的考慮

1.1發電調度計劃對節能減排的考慮從節能減排的角度看，電力系統發電計劃調度模式主要包括節能發電調度計劃模式、環境經濟發電調度計劃模式以及含節能減排因素的經濟發電調度計劃模式[5-6]。其調度目標可分別簡述為火電機組的運行能耗最低、火電機組的運行費用和污染氣體排放綜合最低、火電機組運行費用最低等三個方面。1)節能發電調度計劃模式[5]。該模式是我國電力行業結合其自身特殊的電源結構，在原有的“三公”經濟發電調度計劃基礎上提出的。其主要原因在于目前我國電力行業以火電為主，且火電機組的煤耗率較高(或稱能耗水平較低)，其重點強調是降低一次能源的消耗問題，即節能問題。2)環境經濟發電調度計劃模式[6]。該模式主要由歐美等發達國家首先提出，由于這些國家火電機組的煤耗率較低以及其電源結構以清潔能源為主，其重點強調的是火電機組調度運行中的污染氣體排放(即減排問題)和經濟性的協調。3)含節能減排因素的經濟發電調度計劃模式[7]。該模式在經濟發電調度計劃模式的框架內將電力系統調度運行中各機組對應的能耗價值、環保價值以及對系統安全運行的影響等諸多因素采用可量化的貨幣價值，再利用傳統的經濟發電調度計劃模式進行發電調度。需指出的是，這種模式本質上是采用了市場化的方法將各機組的能耗、污染氣體以及對系統安全運行等的影響轉化到了統一的貨幣化度量平臺，其運行條件必須依賴于電力市場的成熟以及交易規則的完善。

1.2電力市場對節能減排的考慮基于市場化的手段考慮電力系統節能減排主要包括以下五種模式：節能電力市場模式、基于外部成本內置法的電力市場模式、基于排放權交易的電力市場模式、基于可再生能源電價政策的電力市場模式以及基于發電權交易的電力市場模式。1)節能電力市場模式[8]。該模式主要借鑒了節能發電調度計劃的思想，通過在電力市場中增加能耗懲罰或者能耗約束的方式，使得購電單位在滿足自身經濟效益最大化的同時，還要兼顧社會效益最大化，從而達到促進電力系統節能減排的目的。2)基于外部成本內置法的電力市場模式[9]。該模式采用了外部成本內置法的方法對火電機組的化石燃料外部環境成本進行測算和貨幣化，并將其計入到發電燃料的內部成本中。該方法本質上是對市場交易中各售電單位的原始報價進行了環境因素的修正，從而使得電力市場的交易主體在追求經濟效益最大化的過程中蘊含了環境污染最小化的思想。3)基于排放權交易的電力市場模式[10]。排放權交易是為減少溫室氣體排放而設立的，其本質思想是任何企業要排放溫室氣體，則其必須擁有相應數量的排放權。排放權不足的企業可以從排放權市場上購買排放權；而排放權剩余的企業可在市場上出售排放權，獲得收益。排放權的價格由市場供需決定，排放權交易產生的成本或者收益其實就是外部環境成本的貨幣化體現。4)基于可再生能源電價政策的電力市場模式[11]。該模式主要是為了促進可再生能源的發展，為避免可再生能源由于技術成本較高無法參與市場競爭的一種保護政策。該模式為可再生能源企業提供了有利的市場環境，可以更好地促進電力系統節能減排效益的最大化。5)基于發電權交易的電力市場模式[10]。發電權是指各類發電機組在政府下發的年度發電量計劃或者通過發電權交易競爭獲得的發電電量，而發電權交易是指發電企業將部分或全部發電權電量有償轉讓給有剩余發電能力的高效率機組。該交易作為現階段電力市場節能減排的重要品種，是通過市場化手段實現電力行業節能減排目標的重要手段，而實際中也取得了節能降耗和保護環境的雙重實效。

2考慮節能減排的發購電計劃研究述評

2.1考慮節能減排的發電調度計劃研究述評節能發電調度計劃是實現節能降耗的重要手段，現有文獻無論從國家層面還是結合節能發電調度計劃試點運行均產生了大量研究成果。如2007年8月，文獻[5]從國家層面制定的《節能發電調度辦法(試行)》成為指導節能發電調度計劃工作開展的綱領性文件。在此背景下，文獻[12-14]分別結合廣東、四川和貴州節能發電的實施情況建立了節能發電調度計劃模型。其中文獻[12]重點考慮了網絡約束、時段耦合和網損等3個問題，并提出了啟發式的2階段算法求解所建模型，該算法能夠較好地處理“尋優”與“時段耦合”之間的關系。文獻[13]重點從實時節能調度的角度建立線性化的增量交易模型，并基于等微增率原理最優次序法求解所建模型，該算法具有計算快速、魯棒性好的優點。文獻[14]重點考慮網損對節能調度計劃的影響，該模型采用了2階段算法求解。然而，上述文獻均在日或實時調度的時間范疇內研究節能發電問題，為了實現節能效益時間尺度上的統籌，也有一些文獻在月度范疇內建立了節能發電調度計劃模型并給出了求解算法。如文獻[15]定性提出了建立月度節能發電調度計劃模型的基本框架，并給出了其與日發電調度計劃的協調方法和求解該類問題的通用算法，即將模型中的約束條件適當轉化后利用標準的非線性優化軟件包求解。文獻[16-17]則利用機組有序啟停方式建立了月度節能發電調度計劃模型，以實現在“三公調度”基礎上系統煤耗最小，所建模型采用啟發式算法求解。上述文獻重點從發電側節能降耗的角度開展研究，沒有考慮需求側對發電調度計劃節能降耗的影響，而實際中通過需求側管理也能在一定程度上實現節能降耗。由此，文獻[18-19]提出一種基于需求側節能降耗的節能發電調度計劃模型；文獻[20-21]則建立了考慮采暖需求管理的節能發電調度計劃模型。上述模型均采用了成熟的非線性規劃軟件包求解。

鑒于上述文獻的優化空間均在一個省網內，其優化空間有限，為了在更大的空間范疇實現發電調度計劃節能降耗的統籌，文獻[22]提出了建立考慮空間尺度協調的節能發電調度計劃基本框架；文獻[23-25]則重點引入了經濟學中高低匹配的思想在跨省的區域電力市場范疇內建立了節能發電調度計劃模型，其中文獻[24-25]還給出了基于撮合交易的啟發式算法求解所建模型的思路。考慮到采用集中式的節能發電調度計劃時發電企業的自主權受到較大約束，從而影響了節能發電調度的深入開展，文獻[26]通過授予發電企業較大自主權的方式，更有效地將發電指標從能耗高機組向能耗低機組的轉移，從而實現了發電調度計劃的節能降耗。而文獻[27]則進一步考慮發電側、用戶和調度中心的三方互動，初步構建了智能電網環境下互動式節能發電調度計劃體系的基本框架。目前該類問題還處于定性探索性研究階段，未見具體的模型和求解算法的研究文獻報道。上述文獻均沒有考慮污染氣體排放對節能發電調度計劃的影響，為了兼顧污染氣體排放的控制，文獻[28-30]從節能和減排2個角度建立節能發電調度計劃多目標模型。其中，文獻[28]采用了拉格朗日松弛算法求解模型；文獻[29]通過對煤耗微增率特性曲線分段線性化后，采用線性規劃法求解所建模型；文獻[30]采用了非線性多目標加權模糊優化算法求解所建模型。在環境經濟發電調度計劃中，文獻[31-32]提出了在經濟發電調度計劃中考慮污染氣體排放管理的基本思想。文獻[33-35]建立了純火電系統的環境經濟發電調度計劃模型。前者采用了混沌遺傳混合優化算法求解；后兩者均采用經典的非支配排序遺傳算法解。文獻[36]重點研究了水火電力混合系統的環境經濟發電調度計劃模型，采用了多目標差分進化算法求解所建模型。文獻[37]建立了考慮含熱電聯產機組的環境經濟發電調度計劃模型，模型采用了經典的遺傳算法求解。另外，也有文獻重點在市場環境下展開了對環境經濟發電調度計劃模型的研究。如文獻[38]在排污權交易的市場背景下建立了環境經濟發電調度計劃模型；文獻[39]則強調了更廣域的市場環境下實現節能減排來建立環境經濟發電調度計劃模型，所建模型采用了基于電網分解與協調原理的分布式并行算法求解。顯然，上述文獻均沒有考慮風電出力、負荷功率的隨機性對發電調度計劃節能減排的影響，無法滿足未來大規模綠色能源接入以及負荷需求多樣化的需要。考慮風電出力，負荷隨機性的節能減排發電調度模型，其重點在于強調如何兼顧風電良好的節能減排特性和出力隨機性之間的矛盾，以使得所建立的發電調度計劃模型能夠確保在風電出力和負荷功率隨機性造成電網運行條件惡化的環境下，盡可能實現電力系統發電調度計劃節能減排和經濟效益的綜合最優化。考慮風電出力隨機性對節能發電調度計劃的影響，文獻[40-41]在日調度周期內分別建立了負荷分配和機組組合節能發電調度模型。前者采用了遺傳算法求解，后者采用了量子遺傳算法求解。文獻[30]綜合考慮風電、水電的隨機性，采用MonteCarlo隨機模擬的方法首先模擬出風電、水電電量，再以此作為已知值建立節能發電調度計劃模型。由于在建立模型前，模型中的風電和水電等數據是已知的模擬值，故本質上該模型仍屬于確定性的模型范疇。同時還需指出的是，由于該模型研究的是月度時間范疇，忽略負荷隨機性有待商榷。電力市場環境下考慮風電等隨機性的環境經濟發電調度計劃，其基本思想是將各類機組的環境價值、能耗價值以及對電網安全運行的正面或者負面影響，均折算成經濟價值，再進行經濟發電調度計劃的決策。如文獻[43]就是這一思路的最好佐證。

基于上述思路的延續，文獻[44]進一步考慮了風電備用容量補償成本及風電場“負效率”運行的影響，建立了基于風電場極限穿透功率懲罰成本的經濟發電調度計劃模型。考慮所建模型是一個復雜的非線性問題，該模型采用了遺傳算法求解。文獻[45]則通過加入備用罰函數、風電盈余罰函數和污染評估罰函數來建立考慮風電成本的發電調度模型，該模型也采用了遺傳算法求解。文獻[46]通過分析風電出力可能被高估和低估的概率，對風電接入將導致系統維持穩定運行的成本增加風險加以考慮，構建了含風電機組的電力系統環境經濟發電調度計劃模型，所建模型采用了非劣排序微分進化的多目標優化算法求解。文獻[47]則重點通過引入利潤備用容量懲罰成本構建含風電機組的經濟發電調度計劃模型，由于所建模型是在含機會約束的隨機規劃框架內建模，該模型采用了MonteCarlo和遺傳算法相結合的智能算法求解。鑒于目前全球溫室效應突出，考慮節能減排的環境經濟發電調度計劃中，也有重點從溫室氣體CO2排放的角度研究低碳發電調度。本質上而言，該類模型是節能減排發電調度模型的具體化(即將多種排放氣體的控制改變為直接針對CO2)。如文獻[48-49]均將CO2的排放作為一類可調度的資源，在綜合考慮低碳電力技術、碳成本和碳約束等要素的基礎上，建立了低碳電力調度模型以協調“電平衡”與“碳平衡”。一般而言，考慮節能減排的發電調度計劃模型會在一定程度上增大系統網損，而在隨機環境下發電調度的系統網損會變得愈加明顯，基于這一思考，文獻[50]建立考慮交流潮流安全約束的環境經濟發電調度計劃模型，從而確保了優化結果的最優性。該模型采用了細菌覓食算法(BacterialForagingAlgorithm)求解。鑒于風電出力隨機性較大，傳統文獻中只考慮上旋轉備用的發電調度計劃模型已不能夠滿足發電調度的需要，由此，含風電出力隨機性的發電調度模型需要考慮上下兩種旋轉備用。其中，上旋轉備用用來應對風電場出力突然較少或者火電機組強迫停運；下旋轉備用用于應對負荷突然減少或風電場出力突然增加。基于這一客觀事實，文獻[51]重點考慮系統上、下旋轉備用容量的影響，構建了含風電場的環境經濟發電調度計劃模型，所建模型采用了差分進化算法求解。文獻[52]通過計算下一個調度日風電場實際出力的條件期望與計劃出力的差值，確定了風電對系統上、下旋轉備用的需求來建立環境經濟發電調度模型，所建模型采用了粒子群算法求解。文獻[53]則提出了考慮風電滲透功率的增、減出力旋轉備用量化模型，所建模型采用了粒子群算法求解。文獻[54]通過定義風電功率間歇波動引起系統備用緊張程度指標以規范化風電備用風險，從而建立了一體化制定經濟發電與旋轉備用的經濟發電調度計劃模型。所建模型采用分解交替迭代求解策略，即將原問題分解為經濟發電和旋轉備用2個混合優化子問題求解。為應對風電隨機性導致的電網運行安全問題，也有文獻將風電出力作為“可控”的優化變量。如文獻[41,55]認為在風電預測出力范圍之內其出力可向下調整，從而避免了風電出力隨機性可能帶來的網絡安全問題。本質上而言，這種思路在風電出力無法不滿足電網運行安全要求時，采用了“棄風”手段來確保調度方案的可行性。這在風電等隨機性綠色能源的滲透率較高，以及其隨機性較大時的電網系統中具有一定實用價值。

嚴格意義上講火電機組的出力存在“閥點效應”，為了使得建立的發電調度計劃節能減排模型更具合理性，應該考慮火電機組閥點效應對發電調度計劃節能減排的影響。基于這一認識，文獻[56-57]建立了含火電機組閥點效應的發電調度計劃模型。但需指出的是，閥點效應的考慮改變了機組能耗與出力之間函數關系的單調性，大幅增加了模型的求解難度。基于此，上述文獻均采用了智能算法中的粒子群算法求解。文獻[57-59]考慮風電出力、負荷功率的隨機性，建立了多場景環境經濟發電調度計劃模型。這類模型的優點在于充分描述了風電出力和負荷隨機性對環境經濟發電調度計劃的影響，但其優化結果的準確性依賴于場景數的多少。當場景數較大時模型求解非常困難；當場景數較少時其優化結果的最優性又得不到保證。上述模型均采用了改進的粒子群算法求解，以提高模型求解效率和優化結果的最優性。縱觀發電調度計劃節能減排優化方法的研究現狀，節能發電調度計劃、環境經濟發電調度計劃以及到考慮節能減排因素的經濟發電調度計劃三者本質上均是在追求在滿足機組和電網安全等各種約束條件下，如何兼顧節能減排以及經濟效益最大化問題。現有文獻重點研究了各類隨機因素對發電調度計劃內在運行條件的影響，如旋轉備用、電網安全、網損等因素。但是，針對發電調度計劃中節能減排問題，現有文獻均停留在含確定性的節能減排評估指標優化模型的研究范疇，特別是還缺乏節能減排的風險防范和管理意識。

2.2市場環境下考慮節能減排的購電計劃研究述評在西方發達國家，由于建立了嚴格的環境監管體系、提高了排放稅收額度、引入了大氣排放物(主要是CO和NOX)的額度交易等措施，其考慮節能減排的市場機制較為成熟，從而使得電力行業中的發電企業不得不將環保上的成本和效益體現在發電報價中，通過市場機制執行了政府在節能和環保上的導向作用。所以，在西方發達國家，現有的市場環境下的購電計劃模型，在考慮節能減排因素后依然適用。在我國，由于電力市場還處于發展的初級階段，且還面臨節能減排的巨大壓力，故非常有必要結合我國電力系統節能減排的實際情況，再借鑒成熟電力市場的研究經驗來研究基于市場化手段的電力系統節能減排問題。基于以上認識，有學者針對我國電力系統節能減排的實際情況提出了節能電力市場的概念，并對其進行了探索性研究。文獻[60]提出了采用市場機制的節能發電調度計劃安排原則及節能發電的調度模式，為節能減排與電力市場的結合打下了基礎。文獻[8]定性探討了節能優先、能耗電價和能耗約束三種節能電力市場模式的初步方案。文獻[61]則明確提出了兼顧節能減排和電力市場的初步方案，但對于如何進行節能減排與電力市場的深度結合還需作深入研究。文獻[62]明確提出了節能發電調度計劃與電力市場兩個層面的節能降耗模型，在節能發電調度計劃的技術層面中考慮煤耗、網損、排污等因素確定調度優先級；而在電力市場層面則根據交易雙方的報價水平以及引起網損的變化來確定交易優先級。延續上述研究思路，文獻[63]結合我國湖北省在電力市場開展節能減排的實際情況，初步設計了涵蓋年度與月度電力市場的節能減排交易模式，其核心思路是首先確保新能源、清潔機組分配到合理的發電空間，然后再以購電費用最小(社會福利最大)為原則安排火電等機組的電能交易。文獻[64]明確提出了準市場化的節能發電調度計劃模式。文獻[65]提出了能耗權交易和能耗折價標準的概念，實現了能量、能耗、排污三者統一的市場評價標準。在此基礎上再按照社會綜合成本最小化的目標來優化調度發電機組。在上述研究成果基礎上，文獻[66]進一步提出了細分節能電力市場模式的概念，但市場細分后由于各市場的競爭者較少，該市場模式存在市場力干擾的可能性極大。上述文獻還處于對節能電力市場模式設計的初步階段，具體表現在：這些節能電力市場模式以定性研究為主，沒有形成完整的節能電力市場模式；沒有涉及到市場主體在節能電力市場環境下購電方法的研究；沒有考慮綠色能源和負荷需求隨機性對市場交易節能減排的影響。另一方面，就區域電力市場環境下的購電計劃模型來看，文獻[67]只考慮了電量的優化分配問題，也沒有考慮綠色能源、負荷需求等隨機性因素的影響，其研究成果無法滿足我國廣域電力市場環境下通過跨省交易實現節能減排的需要。

3電力系統節能減排還需深入研究的問題

如前論述，電力系統節能減排問題是全球學術界和工程界共同關注的重大問題，然而在智能電網和電力市場的建設中，現有研究無法滿足電力系統節能減排的諸多訴求，提煉目前的發購電計劃研究現狀，主要有如下3個問題還需要作深入研究。1)從隨機環境下發購電計劃節能減排角度來看，現有文獻均停留在含確定性的節能減排度量指標的優化模型研究范疇，特別是還缺乏節能減排的風險管理和防范意識。由此，在隨機環境下，如何實現發購電計劃節能減排的風險管理還需要深入研究。2)從廣域電力市場環境下發購電計劃節能減排角度來看，現有文獻在電網結構較為薄弱或者系統峰谷差較大的環境下，可能無法滿足特高壓環境下跨省發/購電節減排的需要。由此，如何計及系統調峰和網絡潮流安全約束，實現廣域電力市場發購電計劃節能減排的優化及風險管理還需作深入研究。3)從智能電網和電力市場的建設進程來看，現有發購電計劃研究中沒有考慮電動汽車、超級儲能裝置、源荷互動等對電力系統節能減排的影響，而上述環節的研究和發展方興未艾。由此，如何計及上述因素對發購電計劃節能減排的影響及其風險管理還需作深入研究。

作者：文旭郭琳王俊梅單位：國網重慶市電力公司電力科學研究院國網重慶電網電力交易中心