低碳电力系统规划与运行优化研究综述蒲宏彬

低碳电力系统规划与运行优化研究综述蒲宏彬

蒲宏彬

（浙江大唐国际绍兴江滨热电有限责任公司312366）

摘要：随着我国经济社会的不断发展，人们环保意识的逐步增强，进而对清洁无污染的电能需求越来越高，从而促使电力系统需要实现由一次能源逐步向二次能源过度。特别是低碳经济理念的提出，给电力行业的电力系统建设带来了诸多挑战。电力系统低碳化是为了有效应对全球变暖，进而促进我国经济社会又好又快发展的关键所在。但是如何规划设计低碳电力系统，进而运行优化其建设，是社会各界所广泛关注的一个问题，也是当前电力行业节能减排的重要举措。

关键词：低碳；电力系统规划；运行优化

电力行业低碳化是应对全球气候变暖、实现我国社会经济可持续发展的关键，而合理有效的系统规划和运行方法，将是保证电力系统在安全稳定运行前提下实现高效碳减排的有力手段。低碳经济关键要素及其对电力系统规划运行影响的基础上，从系统规划和系统运行两个层面，建立完整的低碳经济模式下电力系统规划运行方法的整体研究框架，并对各重点研究方向进行概述和展望

一、低碳经济对电力系统的影响

1.分析低碳经济的观点，所谓的低碳经济，就是以低污染、能耗和排放作为发展经济的基础模式，其本质是通过组建清洁能源这一现代经济发展框架和提高电力能源资源有效的利用效率来达到优化电力规划和运行的目的。与此同时，低碳经济坚持的主要观点就是要求电力行业的相关部门和企业能够从制度、技术和发展这三大方面来推动电力系统产生根本性的改变，从而使电力企业在生产经营过程中会排放出的二氧化碳总量可以与人体所能够吸收的二氧化碳总量处于平衡的状态，此外，在应用低碳经济这一发展模式的过程中，电力企业的管理者首先需要对碳排放交易和电力技术作为重点分析和考量的内容，以便使得电力系统中的各项设计规划和操作运行的优化工作能够获得良好的发展机遇。

2.研究碳交易机制，在优化操作运行和规划电力系统设计方案的过程中引入碳交易这一管理机制，不仅能够有效的降低我国电力系统在生产经营过程中花费的运营成本，还可以为我国的电力系统在实际操作过程中，其内部的操作管理人员解决碳排放量高低无法有效控制的问题提供一条解决的捷径。此外，应用了碳交易机制之后，当电力系统中碳的排放量超额时，电力企业的管理者可以将多余的碳排放额销售出去，从而获取到一些经济利润，增加电力企业的经济收益。因此，电力系统在进行长期规划和制定后续操作运行方案时，管理者可以按照系统中实际的碳交易机制进行细致的考虑和规划，在结合传统相关影响因素的基础上，来确定电力系统中的碳排放标准额度，而后在通过科学合理的方式来调动系统中的发电机机组，并在系统中提升水电和风电能源等可再生清洁能源的利用效率，以便使节能减排的作用可以在电力系统在运行过程被最大化的发挥出来。

二、低碳电力系统运行优化研究

1.低碳经济下发电机组优化组合与启停操作。电力系统优化组织与启停可以确定出机组周期时间运行状态，但忽略了能源对环境与社会的影响。在低碳环境下，机组的组合状态不仅影响了系统能耗，还出现了碳排放差异；而且由于实施碳排放限制，产生了较多的碳排放费用，对系统碳排放效果产生了较大影响。虽然目前已经在考虑二氧化碳、二氧化硫等基础上逐渐形成了模型，但受低碳相关因素影响，今后还要不断研究。

2.含碳捕集电厂系统优化。首先，了解碳捕集运行特性。碳捕集电厂对运行机制的要求较高。相关研究认为，可以通过改变碳捕集量方式，对电厂净发电进行调节，同时还可以借助流量分析得到电厂运行区间，但以上捕集主要从动态上进行分析。现阶段碳捕集运行特性分析不断简化，今后还要从碳捕集类型、途径以及结合方式等多方面进行分析。然后，碳捕集与系统运行产生的作用。碳捕，集运行较灵敏，对电力整体运行造成了巨大影响。相关研究学者已经结合集低碳调度特性构建了低碳决策模型，并对碳捕集电厂系统优化进行了探讨，提升了清洁能源利用率，但是目前这些研究较少，今后还要加强研究。

3.低碳经济下优化发电机调度。发电机优化调度实际上是分析负荷在机组中的应用问题，已经成为保证电力系统获得效益的主要方式。传统的电力系统经济调度只能够满足发电机各约束条件，降低了传统燃料成本，但不能从环境保护角度进行分析。随着经济社会的发展，环境污染问题越来越严重，对人们的长期发展造成的巨大影响。在低碳经济下，环境问题对发电调度产生了较大影响。研究人员目前已经构建了低碳电力调度模型，并计入了目标函数。为了提升低碳电力运行优化速度，必须在综合考虑低碳电力技术、碳约束等条件的基础上全面的分析并解决电力系统优化调度问题。

4.未来研究方向分析。未来研究中可从以下几方面进行分析：了解低碳经济下碳约束与碳交易技术对发电机组优化启停的控制操作，综合考虑多种因素，完善电力系统结构模型与方法。碳捕集系统电厂未来工作可以从碳捕集电厂深层次机制研究，给碳捕集系统后期发展奠定基础；从系统碳排放量、运行经济及安全等方面分析，及时对碳捕集电厂在实际运行中所产生的经济效益进行分析；从系统对清洁型能源的利用角度分析，实现碳捕集与其他运行系统结合；从碳捕集电厂机制出发，积极开展碳捕集电厂电力系统优化、启停等相关操作；及时对电力系统运行调度政策规程研究，引导电力工程低碳化发展。

三、低碳电力系统规划层面的研究现状与展望

1.低碳电源规划，电力系统电源规划的主要任务是根据规划期内的负荷预测需求，在满足一定的可靠性水平下，寻求一种最合适的电源扩展方案。传统电源规划模型以规划期内的总费用最小作为目标，着重从经济性和可靠性的角度评价各电源扩展方案的优劣，对低碳相关要素尚未考虑。低碳电源规划的研究划分为低碳经济模式下的电源扩展规划问题、分布式电源（distributedgeneration，DG）规划问题以及碳捕集装置在常规火电厂中的优化配置问题。

2.低碳经济下的电源扩展规划。低碳经济模式下，电力系统电源扩展规划需要考虑低碳经济相关要素的影响。在传统电源规划模型的基础上引入CO2排放总量的运行约束条件，但尚未考虑其他低碳要素的影响。分析了电力行业中关键的低碳化要素及其对电源扩展规划的可能影响，阐述了低碳经济下电源规划研究的主体框架。进一步将碳捕集发电机组加入待优化电源集合，同时目标函数中增加了传统火电的改造费用、碳交易收入以及碳排放超标费用，较为全面地考虑了低碳电力各要素的影响。从国家和电力工业整体的减排模式出发，提出了基于排放总额度约束的碳排放轨迹路线模型；并将其引入电源扩展规划，在总体减排轨迹约束的框架下考虑规划期内逐年的碳排放约束，较好地适应了中国的宏观发展体系。提出了基于区域比较的碳排放权分配机制，并在此基础上构建考虑低碳效益的电源规划模型。随着低碳经济的深入发展，风电、太阳能发电等低碳电源将更受重视，其在系统中的装机比例也在逐步提高，而目前在低碳经济下结合风电、太阳能发电等随机性、清洁电源的规划理论和方法依然较为欠缺，需在后续工作中进一步深入研究。

3.低碳经济下的分布式电源规划，分布式电源是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的小型发电机组（一般小于30MW），因其具有减轻环境污染、降低线路损耗和终端用户费用、改善电能质量、提高供电可靠性等特点，近年来受到了研究人员的广泛关注。

我国电力系统未来的发展趋势就是继续建设低碳运行模式，电力行业作为我国碳排放量与能源消耗量最高的行业，需要有效贯彻落实其节能减排目标。所以，规划与运行优化电力系统，能够有效减少我国的能源消耗量，同时降低二氧化碳的实际排放量，从而达到科学可持续发展的最终目标。

参考文献：

[1]吴雨倩.浅谈低碳电力系统的规划与运行优化路径.2016

[2]马一米.低碳电力系统规划与运行优化展望.2016

[3]王薇.低碳经济下电力系统规划相关问题研究.2016