水電煤電協(xié)同發(fā)展促進電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型方案評價

劉泳 陳帝伊 張猛 王航 趙子文 田劉楊

摘要：為協(xié)同開發(fā)水電（抽蓄），積極謀劃煤電退役規(guī)模與時序、整合風光資源，保證系統(tǒng)穩(wěn)定低碳過渡，以及探究電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型（主要考慮水電發(fā)展與煤電發(fā)展）中多指標、多層次的綜合效益問題，以新疆維吾爾自治區(qū)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型方案為例，構(gòu)建了詳細考慮水庫運行條件與機組運行特性的電力系統(tǒng)機組組合模型，依據(jù)地區(qū)發(fā)展規(guī)劃制定基礎退役、水電改造、煤電改造、增加抽蓄以及加速退役5種轉(zhuǎn)型場景，結(jié)合層次分析法-熵權(quán)法建立了經(jīng)濟、環(huán)境、技術(shù)與社會4個維度的綜合評價指標體系。結(jié)果表明：① 在協(xié)同煤電轉(zhuǎn)型下增加抽水蓄能可有效降低電力系統(tǒng)棄風棄光量與系統(tǒng)失負荷概率；② 增加抽蓄并合理規(guī)劃退役煤電未增加電力系統(tǒng)年度成本，且可以減少系統(tǒng)碳排放；③ 加速退役場景的綜合評價得分最高，為71.53。研究成果可為新型電力系統(tǒng)構(gòu)建與水電（抽蓄）開發(fā)、煤電退役以及整合風光資源提供理論支撐。

關(guān) 鍵 詞：新型電力系統(tǒng)；抽水蓄能；煤電退役；綜合評價；新疆

中圖法分類號：TM612；TV743

文獻標志碼：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.05.030

0 引 言

為實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)時需逐步淘汰電力系統(tǒng)中的煤電，提高風電、光伏等可再生能源的滲透率^［1-2］。水電與抽水蓄能作為重要的靈活性調(diào)節(jié)電源，是整合風電、光伏，促進新型電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的支柱^［3-4］。而煤電退役規(guī)模和時序與清潔能源擴張速度、負荷增長不匹配，步伐過快將導致電力系統(tǒng)靈活性缺失與穩(wěn)定性降低，步伐過慢將限制清潔能源的接入，增加了環(huán)境污染和能源消耗的風險。因此，如何處理好水電（抽蓄）開發(fā)、煤電退役、整合風光三者之間的協(xié)同關(guān)系，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)過程中亟待解決的關(guān)鍵問題。

為探究關(guān)于水電在電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中的貢獻，張博庭^［5］、程春田^{［6，7］}、李萌^［8］等闡明了水電在電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中面臨的問題、角色定位轉(zhuǎn)變以及水電安全性與經(jīng)濟性的巨大優(yōu)勢。除此之外，Zhao^［9］、羅小林^［10］、原一方^［11］等闡述了電力系統(tǒng)中水電巨大的靈活性潛能以及不同類型水電的靈活性改造提升方案。關(guān)于煤電退役轉(zhuǎn)型研究，趙毅^［12］、文云峰^［13］、Zhang^［14］、胡殿剛^［15］等從煤電發(fā)展空間、煤電價格機制、電網(wǎng)支撐能力、煤電與儲能協(xié)同等方面分析了電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。綜上所述，電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型背景下，水電和煤電在電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中相互協(xié)同發(fā)展路徑仍不清晰。針對電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型規(guī)劃結(jié)果評價方面，聶龑等^［16］基于社會-技術(shù)系統(tǒng)理論從宏觀環(huán)境層、中觀體制層和微觀利基層的視角出發(fā)評價中國電力系統(tǒng)的低碳演化進程，分析了中國電力系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律，揭示其演化機理。但更多文獻是以單一角度指標為切入點，如低碳性^［17］、靈活性^［18］等對電力系統(tǒng)規(guī)劃路徑進行評價分析。對于水電在促進電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型以及與煤電改造等其他電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型方案相結(jié)合時的綜合效益缺乏詳細研究。

本文探究區(qū)域電力系統(tǒng)中水電發(fā)展與煤電退役轉(zhuǎn)型的協(xié)同效果，從經(jīng)濟、技術(shù)、環(huán)境與社會4個維度建立電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的指標評價體系，采取層次分析法與熵權(quán)法綜合評估不同的電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型方案，以期為電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型方案選取提供理論支撐。

1 模型構(gòu)建與數(shù)據(jù)介紹

1.1 模型構(gòu)建

為評估煤電退役與水電轉(zhuǎn)型對電力系統(tǒng)的影響，本文構(gòu)建了電力系統(tǒng)機組組合模型，包含靈活性資源煤電和水電（抽水蓄能），以及風電、光伏等可再生能源。

1.1.1 目標函數(shù)與約束條件

電力系統(tǒng)機組組合模型是評估水電與抽水蓄能靈活性潛力、制定合理脫碳路徑的重要工具。其考慮風光大幅并網(wǎng)對調(diào)節(jié)性電源如火電、水電、抽水蓄能的運行特征及約束條件的影響，并提供多種方案進行比較和優(yōu)化。目標函數(shù)與相關(guān)約束條件如下。

（1）目標函數(shù)。以電力系統(tǒng)運行成本最小化為優(yōu)化目標函數(shù)，包括所有類型機組啟動成本、停機成本、固定成本、可變成本、爬坡成本、失負荷成本等。

式中：I為總時間間隔，C_min為系統(tǒng)成本最小優(yōu)化目標；C_s、C_f、C_v、C_r、C_l、C_o分別是機組在i時段運行機組所產(chǎn)生的啟停成本、固定成本、可變成本、爬坡成本、傳輸成本和失負荷成本。

啟停成本：

式中：N為機組總臺數(shù)，C_s，i是第t臺機組i時段啟停過程中產(chǎn)生的費用，x_i表示機組的起停狀態(tài)（x_i=1為開啟或關(guān)閉，x_i=0為保持開啟或持續(xù)關(guān)閉狀態(tài)）。

固定成本：

式中：C_f，i為第t臺機組i時段內(nèi)發(fā)電并網(wǎng)1 h所產(chǎn)生的固定成本。

可變成本：

式中：C_v，i為第t臺機組i時段為產(chǎn)生的可變成本，P_i為i時段的發(fā)電量

爬坡成本：

式中：γ_t是機組爬坡成本因子，P_t，i是第t臺機組i時段的出力。

傳輸成本：

式中：c_l為單位發(fā)電量傳輸成本，P_i是i時段的發(fā)電量。

失負荷成本：

式中：c_o為單位失負荷對應的成本，d_i為i時段失負荷電量。

（2）電力系統(tǒng)供需平衡約束。

式中：P_i，L為i時刻區(qū)域總負荷需求；P_i，q為i時段系統(tǒng)失負荷量；P_i，p為i時段區(qū)域所有機組有功功率；T_i為i時段電力凈傳輸功率。

（3）電網(wǎng)傳輸約束。

式中：T_i，min為i時刻最小傳輸容量；T_i，max為i時段最大傳輸容量。

（4）切負荷約束。

式中：L_max為區(qū)域最大切負荷量；L_i為區(qū)域i時段區(qū)域切負荷量。

（5）功率輸出范圍約束。電力系統(tǒng)中發(fā)電機組的功率輸出必須大于機組出力下限（通常為最小穩(wěn)定出力水平），小于機組的出力上限（通常為機組額定發(fā)電容量）。

式中：P^s_min，i、P^s_max，i分別為i時段水電最小和最大輸出功率；P^h_min，i、P^h_max，i分別為i時段火電最小和最大輸出功率；P^s_i、P^h_i分別為i時刻水電和火電輸出功率。

間歇性電源（風電、光伏、徑流式水電）的功率輸出由機組額定容量與出力有效系數(shù)決定。

式中：P_i，a為i時段間歇性電源的出力；P_i，N為i時段間歇性電源額定容量；α為出力有效系數(shù)。

對于抽水蓄能機組，某小時的抽水量由機組的抽水量、抽水范圍和抽水效率決定。

式中：η_c為抽水效率；w為機組抽水功率；s_min為最小抽水范圍；s_max為最大抽水范圍；Q_i為i時段實際抽水量。

為了促進電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型，可考慮每個省域節(jié)點的碳排放上限約束。該約束條件將在一定程度上改變火電機組的出力計劃。

（6）碳排放約束：

式中：F_K為機組的排放系數(shù)；P_S為區(qū)域火電總發(fā)電量；F_n，max為省域的碳排放上限。

（7）水庫庫容受水庫最小與最大庫容約束。水庫庫容約束指的是機組調(diào)度問題中需要考慮水庫的水位變化對發(fā)電計劃的影響。

式中：S_min為水庫最小發(fā)電庫容，S_max表示水庫最大發(fā)電庫容；S_i為i時段的水庫庫容。

任意時刻下水庫的庫容必須滿足：

式中：B_i為i時段水庫最小庫容下限，該曲線由水庫的類型、航運需求、下游灌溉需求等因素共同決定。ΣNn-1S_i，r為i時段上游徑流累計入庫流量；S₀為初始庫容。

（8）發(fā)電工況下的庫容約束：

式中：P_i，h為i時段機組發(fā)電量；η_G為機組發(fā)電效率；S_i，x為i時段水庫下泄流量；S_i，s為i時段機組棄水量；S_i，r為i時段上游徑流入庫流量。

（9）抽水工況下的約束為

式中：S_i，c為水庫i時段的可存儲水量。

1.1.2 模型求解方法

考慮電力需求的變化、機組設備運行的限制因素，首先利用二進制變量對各類發(fā)電機組的啟停狀態(tài)進行調(diào)度；然后將優(yōu)化期內(nèi)總功率需求分配給每個可用機組，使得電力系統(tǒng)成本最小。采用混合整數(shù)線性規(guī)劃（MILP）求解模型。

MILP能夠處理大量的離散和整數(shù)變量，如水電系統(tǒng)中的水庫容量、水輪機出力、水頭、流量等；能處理更加復雜的限制條件，如水電調(diào)度中存在水位限制、發(fā)電機出力范圍限制等多種限制條件；可同時優(yōu)化多個決策變量（出力、蓄水位、棄水等），更加準確地描述這些變量之間的相互作用^［19］。

1.2 數(shù)據(jù)來源

新疆維吾爾自治區(qū)被確定為國家“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要中重要的清潔能源基地^［20］。新疆是中國風能資源最為豐富的地區(qū)之一，風能資源總儲量達8.9億kW，技術(shù)可開發(fā)量為7.8億kW，占全國技術(shù)可開發(fā)量的15.4%。同時，該地區(qū)太陽能資源也非常充足，技術(shù)可開發(fā)量為1.6×10⁷億kW·h，占全國技術(shù)可開發(fā)量的40%，居全國第一^［21］。新疆存在廣闊的未利用土地，非常適合規(guī)?；ㄔO太陽能發(fā)電工程。新疆可開發(fā)的抽水蓄能電站儲備規(guī)模為3 660萬kW，將為新型電力系統(tǒng)建設提供重要支撐，提高該地區(qū)電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。新疆能源結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)2019年國家發(fā)布的新疆維吾爾自治區(qū)典型日負荷曲線以及2021年中國電力年鑒中新疆維吾爾自治區(qū)用電量和外送電量增速，假設該地區(qū)到2030年的年均用電量增速保持在4%，外送電量增速為30%。依據(jù)上述假設預測到2030年，新疆年電力負荷總量達4 645億kW·h，外送總量為13 234億kW·h。同時采用文獻［22-23］提出的五段式模擬方法，分別得到新疆2030年典型日負荷和外送曲線（一年分4～10月與11月至次年3月），如圖2所示。

1.3 場景制定

基于新疆資源條件稟賦、現(xiàn)階段電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型規(guī)劃可能方向以及近幾年開發(fā)與擬建的抽水蓄能電站，假定在現(xiàn)階段基礎之上煤電機組裝機容量不再增加，擬定以下5種電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型場景：① 基礎退役場景（AF），按機組退役年限（30 a）退役煤電機組；② 煤電改造場景（MDGZ），對部分容量小于300 MW機組（745萬kW）進行升級改造，改造后機組爬坡率增大為5%/min，機組運行區(qū)間擴大為30%～100%；③ 水電改造場景（SDGZ），非徑流式水電機組（187萬kW）進行升級改造，改造后機組爬坡率增大為45%/min，機組運行區(qū)間擴大為35%～100%；④ 增加抽蓄場景（ZJCX），結(jié)合新疆維吾爾自治區(qū)抽水蓄能發(fā)展規(guī)劃、近年投標開建抽水蓄能電站現(xiàn)狀以及抽水蓄能電站建設時間（7～8 a），加快發(fā)展抽水蓄能規(guī)模達到（1 990萬kW）；⑤ 加速退役場景（DTY），在增加抽蓄場景基礎上加速退役部分機組（500萬kW）。具體見表1。

1.4 綜合評價方法

層次分析法^［24］著重于對各評估指標的主觀分析，通過思維決策的數(shù)學化過程，實現(xiàn)對非完全定量復雜系統(tǒng)的決策。相比層次分析法，熵權(quán)法更偏重客觀賦權(quán)，更能體現(xiàn)數(shù)據(jù)分布的不確定性，其實質(zhì)是以熵值的大小來體現(xiàn)變量自身數(shù)據(jù)的不確定性和離散性，與變量類型及變量之間的聯(lián)系無關(guān)^［25］。為了量化不同轉(zhuǎn)型路徑對電力系統(tǒng)的影響，考慮到經(jīng)濟、技術(shù)、環(huán)境和社會等相關(guān)因素，構(gòu)建指標綜合評價層次結(jié)構(gòu)體系如圖3所示。

2 不同轉(zhuǎn)型方案下區(qū)域電力系統(tǒng)運行特征

為了揭示不同的脫碳路徑對電力系統(tǒng)的影響。首先分析不同轉(zhuǎn)型路徑對各類型機組出力的變化特點。其次，采用各類能源出力、棄風棄光量、抽水蓄能發(fā)電工況功率次數(shù)與累計功率變化來量化不同脫碳轉(zhuǎn)型路徑下的區(qū)域電力系統(tǒng)運行特點。

2.1 電力系統(tǒng)典型周出力

為分析各發(fā)電電源出力與電力系統(tǒng)負荷的匹配程度，圖4展示了2030年基礎退役場景下的典型周（4月1～7日）內(nèi)各能源出力情況。由圖可知，電力系統(tǒng)總出力基本滿足負荷加外送需求，當風光不確定能源出力不滿足電力系統(tǒng)需求時，火電以及抽水蓄能等能源根據(jù)需求與風光出力缺額調(diào)整各自出力，在外送需求較大的時段，光伏出力也相對增加。當全部能源出力超出負荷需求與送電需求時，抽水蓄能機組將抽水，一旦能源出力超出負荷需求加外送的部分高出抽蓄容量，則電力系統(tǒng)會出現(xiàn)棄風棄光現(xiàn)象。當能源出力部分低于系統(tǒng)用電需求時，系統(tǒng)將出現(xiàn)失負荷現(xiàn)象，如圖中標識區(qū)域所示。

2.2 棄風棄光

為了評估風光利用情況，分析不同轉(zhuǎn)型路徑下的電力系統(tǒng)小時時間尺度的棄風棄光情況，如圖5所示。

如圖5所示，在5種不同轉(zhuǎn)型場景下，0～15 h與20～24 h的棄風光現(xiàn)象加劇，15～20 h內(nèi)的電力系統(tǒng)棄風棄光量明顯小于其他時間的棄風棄光量。在周尺度下，全年每周均存在系統(tǒng)棄風棄光現(xiàn)象，而在風光資源豐富的周內(nèi)，系統(tǒng)棄風棄光現(xiàn)象更加明顯。在加速退役與增加抽蓄場景下，系統(tǒng)總體棄風棄光量分別為2 576 196 MW與1 082 463 MW，相對其他場景更少，造成這種現(xiàn)象的原因是其他場景之中系統(tǒng)靈活性資源以及抽水蓄能裝機不足。其中，水電改造場景下年棄風棄光總量最高，為7 928 045 MW；加速退役場景下，系統(tǒng)年棄風棄光總量最低，為1 633 196 MW。該場景下靈活性電源相對較多，系統(tǒng)能更好地消納風光資源，因此年棄風棄光量較低。

2.3 抽水蓄能發(fā)電工況功率次數(shù)與累計功率變化

為進一步量化抽水蓄能功率變化特性，引入抽水蓄能發(fā)電工況功率次數(shù)與累計功率變化的指標，結(jié)果如圖6～7所示。

由圖6可知，增加抽蓄場景與加速退役場景下的抽水蓄能功率增長變化更快且增長幅度最大，分別為42 622 400 MW、43 409 900 MW，這是由于兩種場景下抽水蓄能裝機更多，為1 900萬kW，因此能吸收更多的風光資源，提供更多的靈活性資源。相比之下，煤電改造場景下的抽水蓄能功率增長變化最慢，且累計最低，僅為16 850 400 MW，這是因為在煤電改造場景下煤電機組改造后靈活性增強，抽水蓄能機組累計功率相對減少。基礎退役場景與水電改造場景下抽水蓄能累計功率變化趨勢基本一致，說明該場景下水電裝機容量較其他3個場景裝機容量較低，對電力系統(tǒng)靈活性影響較小。

如圖7所示，5種場景下抽水蓄能的小時級發(fā)電功率大小與次數(shù)存在較大差異。從抽水蓄能發(fā)電功率出現(xiàn)次數(shù)上看，在基礎退役場景與水電改造場景、加速退役場景與增加抽蓄場景中，抽水蓄能發(fā)電功率出現(xiàn)次數(shù)集中趨勢基本一致，大多集中于100次、50次以下，說明抽水蓄能發(fā)電調(diào)節(jié)更加頻繁。相比之下，煤電改造場景下發(fā)電功率出現(xiàn)次數(shù)更為分散，整體分布在0～800次之間，說明抽水蓄能場景下煤電機組出力變化更加頻繁。

從抽水蓄能發(fā)電功率分布上看，基礎退役、水電改造與煤電改造場景發(fā)電功率大小集中在1 000～6 000 MW之間，呈正態(tài)分布。而在增加抽蓄場景與加速退役場景下的發(fā)電功率集中于3 000～11 000 MW之間，呈正態(tài)分布，但加速退役場景發(fā)電出力相對偏高，這是由于該場景下煤電機組減少，抽蓄機組則需提供更多不同深度的系統(tǒng)靈活性。

3 不同轉(zhuǎn)型方案對區(qū)域電力系統(tǒng)作用的綜合評價

3.1 經(jīng)濟指標

為了評估電力系統(tǒng)的可行性、可持續(xù)性和發(fā)展前景，本節(jié)選取建設成本與運行成本兩個指標，為電力系統(tǒng)的規(guī)劃、設計和運營提供重要的參考和指導。其中，建設成本包括抽蓄建設成本（5 500元/kW）及相關(guān)機組改造成本，由于5種場景之中光伏與風電裝機一致，成本計算中未考慮風電與光伏裝機。

如圖8所示，增加抽蓄與加速退役場景建設成本最多，均為1 034億元，其次為水電改造、煤電改造與基礎退役場景，分別為396億元、514億元、410億元。這是由于總體抽蓄建設成本明顯高于水電改造成本，水電改造成本高于煤電改造成本，并且機組建設裝機與改造裝機大小也對建設成本產(chǎn)生影響。

從年度運行成本來看，增加抽蓄場景運行成本最少，為452億元，而水電改造場景最多，為1 920億元。相比之下，基礎退役和煤電改造場景的運行成本較水電改造場景更低。盡管水電機組改造后具有更強的靈活性和更寬的運行區(qū)間，但水電改造場景系統(tǒng)總發(fā)電量與風光消納更多；煤電改造場景相比水電改造場景年度運行成本低，這是煤電機組改造容量比水電機組改造容量更大所致。

3.2 環(huán)境指標

不同場景下的碳排放量、大氣污染物排放量等環(huán)境指標如圖9所示。場景分析中環(huán)境指標包括CO₂、SO₂、NO₂與粉塵排放量。

由圖9可知，水電改造場景4種指標排放量最高，分別為8.91 Mt（SO₂）、80.69 Mt（NO₂）、4.44 Mt（粉塵）與273.96 Mt（CO₂），這是由于電力系統(tǒng)總出力增多，水電改造規(guī)模較小，導致煤電出力增加。對于抽水蓄能裝機的增加，污染物排放量的減少趨勢較低，如增加抽蓄場景下的各項指標，8.89 Mt（SO₂）、80.53 Mt（NO₂）、4.43 Mt（粉塵）與273.4 Mt（CO₂）；而對于煤電裝機的減少，污染物排放量的減少較多，如加速退役場景下的各項指標，8.77 Mt（SO₂）、79.38 Mt（NO₂）、4.37 Mt（粉塵）與269.5 Mt（CO₂）。這是由于電力系統(tǒng)中抽水蓄能消納更多的風光資源，可在用電高峰期代替一部分的煤電出力并滿足一定煤電機組裝機的減少。

3.3 技術(shù)指標

為了評估電力系統(tǒng)的可持續(xù)性、效率，并確定如何將其轉(zhuǎn)向更加環(huán)保、可靠和經(jīng)濟的方向，采用5個指標進行分析，結(jié)果如表2所列。

由表2可知，隨著靈活性水電的增加，棄風棄光率從4.04%減少到0.08%，凈負荷可變系數(shù)從0.55減少到0.41。表明增加抽水蓄能裝機可以提升電力系統(tǒng)靈活性，更好地消納風光資源并平抑凈負荷波動；耗水量（3.39億～3.34億t）隨著煤電機組裝機減少以及水電機組可承擔調(diào)節(jié)電源裝機而減少；系統(tǒng)失負荷概率在增加抽蓄場景下最低，為0.7%，這說明電力系統(tǒng)很少出現(xiàn)失負荷情況；在加速退役場景下供電保證率為4.0%，與基礎退役、煤電改造、水電改造場景大致相同，說明增加抽蓄場景有助于電力系統(tǒng)退役一定的煤電機組，并保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.4 社會指標

就業(yè)機會與區(qū)域發(fā)展指標均是通過對區(qū)域發(fā)展指標的定義和衡量，可以評估電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型對當?shù)睾椭苓叺貐^(qū)的影響和貢獻，為電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的決策提供參考。采用專家打分的評價方法，對于就業(yè)機會指標與區(qū)域發(fā)展指標，根據(jù)相關(guān)文獻，對5種方案下的就業(yè)機會與區(qū)域發(fā)展進行對比評估，結(jié)果如表3所列。

3.5 綜合評價

為體現(xiàn)不同轉(zhuǎn)型路徑下電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的綜合效果以及四大類指標獨立評估得分在綜合得分的占比，采用層次分析法與熵權(quán)法計算主、客觀權(quán)重以及組合權(quán)重，如表4所列，并繪制綜合評價結(jié)果圖，如圖10所示。

由表4計算得到經(jīng)濟、技術(shù)、環(huán)境以及社會指標權(quán)重結(jié)果。對于層次分析法而言，其相對看重電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的建設成本與運行成本，權(quán)重分別為0.192和0.137，高于其他指標；對于熵權(quán)法而言，其失負荷概率指標高于其他指標，權(quán)重達到0.160；經(jīng)過指標綜合權(quán)重公式計算得到的綜合權(quán)重可知，建設成本、運行成本、CO₂排放量指標和失負荷概率指標累計權(quán)重超過50%。結(jié)果表明，在層次分析法與熵權(quán)法綜合評估過程中更看重經(jīng)濟指標、碳排放量與系統(tǒng)失負荷對電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的影響作用。

由圖10可知，加速退役場景下的綜合評估結(jié)果最高，為71.53；水電改造場景下的綜合評估結(jié)果最低，為44.26。對于不同轉(zhuǎn)型路徑的評價結(jié)果，經(jīng)濟、環(huán)境、技術(shù)與社會類指標在綜合評價結(jié)果中的占比存在較大差異。除了加速退役場景外，其他4種場景的綜合評估結(jié)果中經(jīng)濟類得分均相對較高，說明在綜合評估過程中更注重經(jīng)濟成本考量。具體而言，基礎退役場景的經(jīng)濟得分為21.25，水電改造場景的經(jīng)濟得分為18.86，煤電改造場景的經(jīng)濟得分為20.98，增加抽蓄場景的經(jīng)濟得分為31.51。這表明盡管轉(zhuǎn)型路徑有所差異，但經(jīng)濟因素在決策中扮演了主導作用，經(jīng)濟成本的控制和效益實現(xiàn)是低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵考慮因素。然而，在加速退役場景中，環(huán)境類指標在綜合評估結(jié)果中的占比最高，為24.52，而經(jīng)濟得分較低，為16.60。這可能反映了對碳排放減少和可再生能源利用等環(huán)境因素的重視，以應對氣候變化等環(huán)境挑戰(zhàn)。

綜上所述，根據(jù)不同轉(zhuǎn)型路徑的評價結(jié)果和權(quán)重分配，除了加速退役場景外，其他4個場景更加注重經(jīng)濟成本方面的考慮。加速退役場景則更加關(guān)注環(huán)境效益，尤其在環(huán)境類指標上得分較高。這些評價結(jié)果可為制定轉(zhuǎn)型策略和決策提供參考，需要綜合考慮各項指標的權(quán)重和優(yōu)勢，以實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境和社會的可持續(xù)發(fā)展目標。

4 結(jié) 論

本文建立了詳細考慮水庫運行條件與機組運行特性的電力系統(tǒng)機組組合模型，綜合對比了新疆維吾爾自治區(qū)基礎場景、煤電改造、水電改造、增加抽蓄以及加速退役場景下區(qū)域電力系統(tǒng)運行特征，并進一步采用層次分析法與熵權(quán)法，從經(jīng)濟、技術(shù)、環(huán)境與社會4個維度對水電在電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中的助力作用層面進行了綜合評價，對比了不同轉(zhuǎn)型路徑的綜合評價指標規(guī)律。主要結(jié)論如下：

（1）增加抽蓄場景與加速退役場景的棄風棄光率分別為1.28%與0.08%，說明抽水蓄能裝機相對煤電機組占比越大（增加抽蓄場景與加速退役場景）的電力系統(tǒng)其棄風棄光越少。

（2）加速退役場景年度運行成本1 592億元，碳排放量為269.5 Mt，低于基礎退役場景、煤電改造場景與水電改造場景，說明增加抽蓄協(xié)同退役煤電并未增加電力系統(tǒng)年度成本，且可以降低系統(tǒng)碳排放。

（3）加速退役場景的綜合評價得分最高，為71.53，表明通過加速開發(fā)水電與抽水蓄能來協(xié)同煤電退役，整合風光電，其在經(jīng)濟、技術(shù)、環(huán)境以及社會角度上都是切實可行的。

本文未定量探究增加抽水蓄能規(guī)劃的同時可退役多少數(shù)量的煤電，未來將收集更多的政策、地區(qū)規(guī)劃等資料以及采取先進的科學方法，根據(jù)地區(qū)資源稟賦、政策激勵、市場機制等探究有效的水電助力電力系統(tǒng)脫碳轉(zhuǎn)型路徑，并綜合評估各方案的可行性。

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（編輯：郭甜甜）

Evaluation on low-carbon transformation scheme in power system promoted by coordinated

development of hydropower and coal-fired power

LIU Yong，CHEN Diyi，ZHANG Meng，WANG Hang，ZHAO Ziwen，TIAN Liuyang

（College of Water Resources & Architectural Engineering，Northwest A&F University，Yangling 712100，China）

Abstract：In order to coordinate the development of hydropower （pumped storage），actively plan the scale and timing of coal-fired power decommissioning，incorporate wind and solar resources，ensure the stable and low-carbon transition of the system，and explore the multi-index and multi-level comprehensive benefits in power system transformation （mainly considering hydropower development and coal-fired power development），taking the power system transformation plan of Xinjiang Uygur Autonomous Region as an example，a power system unit commitment model was constructed by considering reservoir operation conditions and unit operation characteristics.Five transformation scenarios of basic decommissioning，hydropower transformation，coal-fired power transformation，increasing pumped storage and accelerating decommissioning were formulated by the regional development plan.The comprehensive evaluation index system of four dimensions of economy，environment，technology and society was established by combining the analytic hierarchy process-entropy weight method.The results showed that：① increasing pumped storage under the coordinated coal-electricity transformation could effectively reduce the abandoned amount of wind and solar electricity generating and the load loss probability in the power system；② increasing pumped storage and rational planning of withdrawing coal-fired power wouldnt increase the annual cost of the power system，and could reduce the carbon emissions of the system；③ the comprehensive evaluation score of the accelerated decommissioning scenario was the highest，which was 71.53.The research results can provide theoretical support for the construction of new power system，the development of hydropower （pumped storage），the decommissioning of coal power and the integration of wind and solar resources.

Key words：new power system；pumped storage；coal-fired power decommissioning；comprehensive evaluation；Xinjiang Uygur Autonomous Region