試論低碳電力調(diào)度方式及其決策模型

王靜

摘 要：對(duì)于電力企業(yè)而言，其對(duì)環(huán)境造成的污染是比較嚴(yán)重的。因此，必須貫徹落實(shí)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念，并改進(jìn)電力企業(yè)的調(diào)度方式和決策模型。

關(guān)鍵詞：電力調(diào)度；決策模型；經(jīng)濟(jì)效益；環(huán)境效益

中圖分類(lèi)號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.111

火力發(fā)電廠是大多數(shù)城市電能的主要來(lái)源。隨著城市人口的劇增，火力發(fā)電廠的數(shù)量也進(jìn)一步增加。從火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過(guò)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(guò)多的二氧化碳聚集在一起易導(dǎo)致全球升溫，這與可持續(xù)發(fā)展的理念是背道而馳的。因此，電力企業(yè)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┳柚惯^(guò)多的二氧化碳排放到大氣中。比如，可采取低碳電力調(diào)度的方式，注重分析其經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性。本文對(duì)低碳電力調(diào)度方式及其決策模型進(jìn)行了分析和探討。

1 低碳電力調(diào)度的發(fā)展現(xiàn)狀

縱觀國(guó)內(nèi)外的電力調(diào)度方式，低碳電力調(diào)度已逐漸取代了傳統(tǒng)的電力調(diào)度方式，成為大多數(shù)電力企業(yè)的主要電力調(diào)度方式。與傳統(tǒng)的電力調(diào)度方式相比，該方式具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下2方面：①傳統(tǒng)的電力調(diào)度方式中僅重視電能生產(chǎn)，忽視了對(duì)環(huán)境的保護(hù)。而低碳電力調(diào)度方式既重視電能的最大程度生產(chǎn)，同時(shí)，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(shí)獲得經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。②低碳電力調(diào)度方式考慮到了企業(yè)成本的投入，堅(jiān)持以節(jié)約成本為原則，通過(guò)調(diào)節(jié)電序位，使碳約束在電力調(diào)度的決策模型方面發(fā)揮自身的作用。

2 低碳電力調(diào)度的重要性

2.1 是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然要求

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，各方面資源的使用量也越來(lái)越大，尤其是在煤炭資源的使用方面。煤炭資源為我國(guó)的電力企業(yè)、水利企業(yè)等提供了主要的生產(chǎn)動(dòng)力。然而，煤炭資源在使用過(guò)程中會(huì)排放大量的二氧化碳等污染物質(zhì)，對(duì)我國(guó)的環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。在可持續(xù)發(fā)展理念的指導(dǎo)之下，企業(yè)必須減少對(duì)煤炭資源的利用，這就要求改革電力調(diào)度方式，盡量采用低碳的電力調(diào)度模式，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 是實(shí)現(xiàn)企業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展的必然要求

對(duì)于電力企業(yè)而言，其生產(chǎn)過(guò)程中消耗的煤炭資源是較多的，這必然造成企業(yè)成本的增加。要想節(jié)約企業(yè)成本，就必須對(duì)電力調(diào)度方式進(jìn)行改進(jìn)。采用低碳電力調(diào)度的方式有利于減少煤炭資源的使用量，從而節(jié)約企業(yè)成本，有利于企業(yè)的健康、長(zhǎng)久發(fā)展。

3 低碳電力調(diào)度的特點(diǎn)

3.1 碳捕集電廠的特點(diǎn)

碳捕集電廠是一種新型的發(fā)電廠，其主要發(fā)電設(shè)施仍然是傳統(tǒng)電廠中采用的發(fā)電設(shè)施，其與傳統(tǒng)電廠的主要區(qū)別在于碳捕集系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)發(fā)電廠不具備該系統(tǒng)，在電能生產(chǎn)的過(guò)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(duì)二氧化碳的捕集率高達(dá)95%左右，然而，該電廠的缺點(diǎn)是能源消耗量比較大，尤其是在捕集二氧化碳的過(guò)程中，由于能源的消耗量大，發(fā)電廠的輸出功率會(huì)大幅度降低，最終導(dǎo)致電能產(chǎn)量降低。因此，要想大范圍普及碳捕集電廠，就必須找到發(fā)電水平與碳捕集總量之間的平衡點(diǎn)。

3.2 近零碳的排放電源

由于低碳電力調(diào)度生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳較少，從性質(zhì)上看，可將其歸為近零碳排放電源，其必須滿(mǎn)足不排放或少排放二氧化碳的前提條件。低碳電力調(diào)度中用到的主要是風(fēng)電、水電等一些自然界含量豐富的可再生性能源。目前，我國(guó)水力發(fā)電企業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，水力發(fā)電屬于一種零碳排放的發(fā)電方式，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)低碳電力調(diào)度的目標(biāo)具有重要作用。近零碳排放電源的函數(shù)式為：

E=f（g）=0. （1）

式（1）中：E為電能生產(chǎn)過(guò)程中二氧化碳的排放總量；g為電源的發(fā)電量；f（g）為發(fā)電量所滿(mǎn)足的函數(shù)關(guān)系。

在低碳電力調(diào)度中，由于發(fā)電過(guò)程排放的二氧化碳量趨近于零，因此，結(jié)果可用“0”表示。

3.3 普通化石燃料類(lèi)電源

普通化石燃料是指利用煤炭等資源的火力發(fā)電廠，這類(lèi)發(fā)電廠在生產(chǎn)過(guò)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(jìn)入空氣中，其公式為：

E=Ff. （2）

式（2）中：F為電能生產(chǎn)過(guò)程中所需的燃料總量；f為二氧化碳的排放量。

采用這類(lèi)電源的發(fā)電廠的發(fā)電效率在生產(chǎn)過(guò)程中的變化較大，能量轉(zhuǎn)換率的波動(dòng)也比較大。

4 低碳電力調(diào)度決策模型分析

4.1 決策模型的數(shù)學(xué)描述

4.1.1 確定決策變量

決策變量主要指的是發(fā)電量和二氧化碳排放量，二者之間具有一定的關(guān)系。對(duì)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(guó)的水力發(fā)電企業(yè)主要通過(guò)水力發(fā)電，水力屬于一種近零碳的電源；對(duì)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(fā)電量成正比，隨著發(fā)電量的增大，二氧化碳的排放量也會(huì)增大。在發(fā)電量等決策變量確定的過(guò)程中，電源一般用K表示，發(fā)電量用g表示，時(shí)間用t表示，二氧化碳的排放總量用E表示。

4.1.2 目標(biāo)函數(shù)的分析

目標(biāo)函數(shù)中主要涉及到的要素為發(fā)電成本和碳成本。隨著低碳經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中二氧化碳的排放量提出了更高的要求。目標(biāo)函數(shù)中的碳成本決定了二氧化碳的排放量較少，相應(yīng)的碳化物成分也較少。目標(biāo)函數(shù)向著低碳電力調(diào)度的方向發(fā)展，可促進(jìn)電力調(diào)度決策模型的優(yōu)化，使低碳科技不斷創(chuàng)新和發(fā)展。

4.1.3 模型約束條件

目前，許多發(fā)電廠都不重視二氧化碳的排放量，導(dǎo)致在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中二氧化碳的排放量巨大。針對(duì)此現(xiàn)狀，政府下達(dá)了強(qiáng)制減少二氧化碳排放量的命令，這已成為許多大型發(fā)電廠運(yùn)作的約束條件。然而，要實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放量與發(fā)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(yè)改進(jìn)自身的電力調(diào)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(kuò)充

在所有的電力調(diào)度方式中，碳捕集技術(shù)是相對(duì)而言比較先進(jìn)的技術(shù)，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)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(lèi)型，并將二氧化碳的相關(guān)因素引入其中。只有這樣，才能使低碳電力調(diào)度方式取得更大的成效。

4.2.2 在低碳電力調(diào)度中加入目標(biāo)函數(shù)

隨著低碳電力調(diào)度方式的不斷應(yīng)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(jìn)了低碳電力調(diào)度決策模型的優(yōu)化。對(duì)于目標(biāo)函數(shù)的組成項(xiàng)而言，增加碳價(jià)、碳稅等要素可使二氧化碳的排放具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4.2.3 增加約束條件

作為一種新型的低碳經(jīng)濟(jì)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(qiáng)制減排目標(biāo)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(diào)度的決策模型中應(yīng)包含低碳技術(shù)約束、負(fù)荷平衡約束、網(wǎng)絡(luò)傳輸約束和機(jī)組運(yùn)行約束等約束條件。低碳技術(shù)要素是決策模型中的關(guān)鍵要素，該要素主要由碳排放計(jì)劃和低碳技術(shù)約束組成。

5 結(jié)束語(yǔ)

在國(guó)內(nèi)外低碳經(jīng)濟(jì)的趨勢(shì)下，我國(guó)的傳統(tǒng)電力調(diào)度正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。要想實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展目標(biāo)，就必須將低碳要素引入電力調(diào)度方式中，并不斷改進(jìn)和優(yōu)化電力調(diào)度的決策模型，從而使電力企業(yè)的綜合效益得以提升。

參考文獻(xiàn)

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

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

〔編輯：張思楠〕