節(jié)能環(huán)保環(huán)境下電力市場(chǎng)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)分析

梁 科

(廣州供電局有限公司 番禺供電局，廣東 廣州511400)

為增加電力企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)電力企業(yè)與燃料供應(yīng)企業(yè)之間良好的合作關(guān)系，緩解電煤供應(yīng)緊張的局面，同時(shí)減少由此帶來(lái)的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)資源的優(yōu)化配置。文中在節(jié)能環(huán)保的前提下，對(duì)該環(huán)節(jié)下電力市場(chǎng)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)進(jìn)行分析，重點(diǎn)討論基于燃料供應(yīng)的電力市場(chǎng)優(yōu)化和基于節(jié)能減排的電力市場(chǎng)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)策略，為節(jié)能環(huán)保環(huán)境下電力市場(chǎng)的最優(yōu)化提供參考。

1 節(jié)能環(huán)保下電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)調(diào)度現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)的電力市場(chǎng)調(diào)度方式是基于對(duì)各類型發(fā)電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)進(jìn)行平均分配而建立起來(lái)的。這種方法在一定程度上可有效調(diào)動(dòng)資金進(jìn)入電力生產(chǎn)項(xiàng)目的積極性，從而促進(jìn)我國(guó)電力工業(yè)的迅速發(fā)展。但在電力工業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)也伴隨著高污染、高能耗的問(wèn)題，尤其一些小型火電機(jī)組的運(yùn)行小時(shí)數(shù)幾乎與大型高效環(huán)保節(jié)能機(jī)組運(yùn)行小時(shí)數(shù)相當(dāng)。國(guó)家電網(wǎng)在調(diào)度的過(guò)程中并沒(méi)有通過(guò)調(diào)度的方式來(lái)激勵(lì)電力企業(yè)設(shè)置更多的環(huán)保節(jié)能機(jī)組，從而不能保證低能耗、清潔發(fā)電機(jī)組得到充分的利用，導(dǎo)致了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)與環(huán)境污染?；诖?，政府于2007年8月10日發(fā)布了“國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委等部門(mén)《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法(試行)》的通知”，其中對(duì)國(guó)家進(jìn)行節(jié)能環(huán)保發(fā)電調(diào)度、發(fā)電企業(yè)強(qiáng)制節(jié)能減排、減少能源消耗以及降低污染物排放等作出了強(qiáng)制規(guī)定。

所謂的節(jié)能環(huán)保發(fā)電調(diào)度是指在確保電力可靠供應(yīng)的前提之下，根據(jù)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的原則，對(duì)那些由可再生資源產(chǎn)生的電能進(jìn)行優(yōu)先調(diào)度，優(yōu)先級(jí)別通常根據(jù)發(fā)電機(jī)組的能耗以及污染物的排放水平進(jìn)行確定，以達(dá)到最大程度減少能源消耗、污染排放以及資源消耗。為最大限度地實(shí)現(xiàn)降低能耗，當(dāng)前電力運(yùn)營(yíng)工作的重點(diǎn)是鼓勵(lì)污染物排放少、能源消耗低以及節(jié)約用水型的發(fā)電機(jī)組多運(yùn)營(yíng)，改革傳統(tǒng)的發(fā)電計(jì)劃形成方式，盡快將傳統(tǒng)的發(fā)電調(diào)度轉(zhuǎn)變成為環(huán)保、節(jié)能以及經(jīng)濟(jì)調(diào)度。

2 基于燃料供應(yīng)的電力市場(chǎng)優(yōu)化決策

電力行業(yè)的整個(gè)供應(yīng)鏈建立在燃料供應(yīng)、發(fā)電、輸電、售電及用電等諸多環(huán)節(jié)上。其具有的產(chǎn)銷同時(shí)性決定了電力行業(yè)供應(yīng)鏈對(duì)整個(gè)電力生產(chǎn)過(guò)程的完整性、協(xié)調(diào)性以及信息共享等方面所提出的高要求。而一個(gè)新的電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)方式產(chǎn)生的目的是要形成一個(gè)相對(duì)完整的電力市場(chǎng)供應(yīng)環(huán)節(jié)、合理高效的電力協(xié)調(diào)部門(mén)、協(xié)調(diào)機(jī)制體系以及廣泛、快速的信息共享平臺(tái)。在確保電力行業(yè)供應(yīng)鏈安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上，對(duì)電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行優(yōu)化，將傳統(tǒng)的以計(jì)劃為主、缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的一體化供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)變成為以市場(chǎng)為主導(dǎo)，不但能在供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)展市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈進(jìn)行整合。

基于燃料供應(yīng)的電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式要利用協(xié)調(diào)控制和信息共享兩個(gè)途徑來(lái)對(duì)電力供應(yīng)鏈進(jìn)行集成控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的市場(chǎng)電力運(yùn)營(yíng)。而電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)的研究過(guò)程中需涉及到整個(gè)電力行業(yè)供應(yīng)鏈的業(yè)務(wù)流程，文中所設(shè)計(jì)的電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)體系圖

從圖1中可以看到，基于燃料供應(yīng)的電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)體系主要包括:發(fā)電側(cè)供電側(cè)兩個(gè)方面。其中，發(fā)電側(cè)包括燃料供應(yīng)市場(chǎng)、發(fā)電企業(yè)兩個(gè)方面;供電側(cè)則包括輸電網(wǎng)絡(luò)、電力用戶市場(chǎng)兩個(gè)方面。電力調(diào)度中心根據(jù)整個(gè)電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)狀況，針對(duì)用電需求基本預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上對(duì)電力的生產(chǎn)/購(gòu)電指令進(jìn)行下達(dá)與控制。在這些指令的控制下，以各個(gè)發(fā)電企業(yè)的價(jià)格信息確定各個(gè)發(fā)電企業(yè)的供電指標(biāo)，確定其配電額度。其中，供電指標(biāo)成為各大發(fā)電廠日常運(yùn)行的控制指令，而配電額度則是通過(guò)輸電網(wǎng)絡(luò)將發(fā)電企業(yè)所生產(chǎn)的電力輸送到各用電客戶，為客戶提供電力保證，滿足其用電需求。各個(gè)發(fā)電企業(yè)在電力生產(chǎn)運(yùn)行的過(guò)程中根據(jù)發(fā)電指標(biāo)進(jìn)行運(yùn)作，并根據(jù)電力生產(chǎn)的用煤需求對(duì)燃料市場(chǎng)上的燃煤進(jìn)行采購(gòu)。同時(shí)，電力調(diào)度中心以節(jié)能環(huán)保為原則，對(duì)各個(gè)發(fā)電機(jī)組的電能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從而確定各個(gè)發(fā)電機(jī)組的電力調(diào)度秩序。最終實(shí)現(xiàn)在電力調(diào)度中心集中控制的前提下的電力市場(chǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)作。

3 節(jié)能環(huán)保下電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)調(diào)度分析

3.1 影響節(jié)能環(huán)保電力市場(chǎng)調(diào)度的因素

對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)中機(jī)組的具體組合以及電力調(diào)度計(jì)劃的形成是一個(gè)復(fù)雜的決策過(guò)程。同時(shí)，電力行業(yè)還具有一定的公益性，其調(diào)度計(jì)劃在執(zhí)行的過(guò)程中還受到當(dāng)前的境界政策、環(huán)保需求以及經(jīng)濟(jì)投資環(huán)境等多個(gè)方面的影響。

通常，在確定具體的機(jī)組組合時(shí)，其優(yōu)先級(jí)別包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能、水能、生物質(zhì)能、核能等清潔能源發(fā)電后，然后再確定其他的常規(guī)火力發(fā)電調(diào)度計(jì)劃。電力調(diào)度中心在確定具體的發(fā)電調(diào)度時(shí)，所依據(jù)的是由國(guó)家發(fā)改委基于節(jié)能調(diào)度的原則而編制成的發(fā)電排序表。在確保供電網(wǎng)絡(luò)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，電網(wǎng)調(diào)度人員應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的基本特點(diǎn)，在發(fā)電調(diào)度的過(guò)程中除了必須參照各發(fā)電廠當(dāng)前的發(fā)電計(jì)劃之外，還需要根據(jù)季節(jié)、時(shí)段的不同對(duì)國(guó)家發(fā)改委所確定的發(fā)電廠排序表次序進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，這樣不但能夠滿足電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的目的。節(jié)能環(huán)保環(huán)境下電力市場(chǎng)的調(diào)度計(jì)劃制定過(guò)程中主要考慮的因素包括:(1)與國(guó)家電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策相吻合，以盡量降低整個(gè)電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組燃料消耗為主要目的;(2)按照市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀規(guī)律，盡量將電力生產(chǎn)成本降到最低;(3)以環(huán)境保護(hù)、減少污染排放為目的，優(yōu)先確保清潔能源的生產(chǎn);(4)在確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，還應(yīng)確保發(fā)電機(jī)組設(shè)備的安全穩(wěn)定、市場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行可靠性的需要;(5)結(jié)合電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，由于不同類型的發(fā)電機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)存在較大差別，諸如停機(jī)、啟動(dòng)速度，機(jī)組爬坡率以及機(jī)組檢修等，都需要達(dá)到對(duì)應(yīng)的條件。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇及指標(biāo)體系的構(gòu)建

電網(wǎng)公司根據(jù)發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況，以對(duì)應(yīng)的指標(biāo)數(shù)據(jù)為根據(jù)，將各指標(biāo)評(píng)價(jià)體系中各指標(biāo)之間的關(guān)系予以考慮，經(jīng)過(guò)反復(fù)選擇和分析之后，初步選擇與節(jié)能環(huán)保密切相關(guān)的6個(gè)指標(biāo)，形成基于節(jié)能環(huán)保的電力調(diào)度指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，如圖2所示。以之作為電力運(yùn)營(yíng)調(diào)度優(yōu)化的起點(diǎn)，對(duì)電力公司的電力調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行分析。

圖2 電力運(yùn)營(yíng)調(diào)度指標(biāo)評(píng)價(jià)體系圖

從圖2可以看到，整個(gè)運(yùn)營(yíng)調(diào)度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括減排指標(biāo)體系以及節(jié)能指標(biāo)體系兩個(gè)部分，分別由廠用電率、供電煤耗、油耗、水耗、SO2排放量以及CO26個(gè)指標(biāo)構(gòu)成了具體的指標(biāo)體系，由它們共同來(lái)完成電力調(diào)度過(guò)程中對(duì)各個(gè)機(jī)組以及能耗水平的評(píng)價(jià)工作。

3.3 基于環(huán)保節(jié)能的發(fā)電調(diào)度優(yōu)化建模

一個(gè)完整的電力系統(tǒng)包括發(fā)電廠、輸配電系統(tǒng)以及電力負(fù)荷等。電力調(diào)度環(huán)保節(jié)能的目的是在確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定的前提下，盡量提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量以及電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，充分利用現(xiàn)有能源與設(shè)備，以最小的燃料及能量消耗、最少的運(yùn)行費(fèi)用、最少的環(huán)境污染為用戶提供可靠的供電保證。因此，環(huán)保節(jié)能電力運(yùn)營(yíng)的重要工作就是要合理的調(diào)整電網(wǎng)功率負(fù)荷在發(fā)電設(shè)備及發(fā)電廠的分配。

3.3.1 模型假設(shè)

當(dāng)前我國(guó)絕大部分的發(fā)電機(jī)組都是燃煤機(jī)組，為降低發(fā)電機(jī)組的燃煤消耗量，達(dá)到降低發(fā)電廠生產(chǎn)成本，減少污染物排放等目的。假設(shè)每組發(fā)電機(jī)組的燃煤消耗量特性曲線用下列二次函數(shù)予以表示

其中，ai，bi，ci分別表示發(fā)電機(jī)組i的燃煤消耗系數(shù)，pit則表示發(fā)電機(jī)組在第i時(shí)段內(nèi)的輸出功率。

假設(shè)有M組發(fā)電機(jī)組，其總的燃煤消耗量為F，則

我國(guó)發(fā)電廠是以煤炭作為主要的燃料，這種長(zhǎng)時(shí)間以燃煤為主要燃料的電力能源結(jié)構(gòu)對(duì)我國(guó)環(huán)境具有較大的污染。其污染物主要包括粉塵、CO2、NOX、CO、SOX等，并占到了燃燒過(guò)程中所排放污染物總量的96%以上。

設(shè)Ei(pit)是i段時(shí)間內(nèi)的污染物排放量，其符合一次函數(shù)的形式

式(3)中，βi為發(fā)電機(jī)組i的污染物排放系數(shù)。則發(fā)電廠有M臺(tái)發(fā)電機(jī)組時(shí)，其總污染物排放量為E，則

3.3.2 節(jié)能環(huán)保電力運(yùn)營(yíng)的優(yōu)化模型

以上述相關(guān)的公式為優(yōu)化目標(biāo)，將優(yōu)化模型表述如下

在確保滿足安全穩(wěn)定約束條件的前提下，使得式(5)～式(7)中滿足電力電量平衡的約束方程，即整個(gè)電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組所提供的電量能夠與系統(tǒng)功率符合與網(wǎng)絡(luò)損耗之和相持平。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中在對(duì)當(dāng)前節(jié)能環(huán)保環(huán)境下電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)調(diào)度現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了基于燃料供應(yīng)的電力市場(chǎng)優(yōu)化決策方案，并分析了節(jié)能環(huán)保環(huán)境下電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)調(diào)度的相關(guān)影響因素，建立了電力市場(chǎng)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)的基本模型，為電力市場(chǎng)優(yōu)化提供參考。

［1］ 賴紹元.節(jié)能減排環(huán)境下電力市場(chǎng)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)研究［D］.長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2010.

［2］LAMOUREUS M A.Electricity energy policy［J］.IEEE Power Engineering Review，2002(7):12－27.

［3］ 國(guó)務(wù)院辦公廳.國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法(試行)》的通知［EB/OL］.(2007－8－10)［2012－09－08］www.china5e.com.

［4］ 鐘龍平，馬智杰，徐欣歌，等.一種線性恒流的LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2011，19(2):116－118.