一种电力系统低碳化水平的评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于低碳电力技术领域，特别涉及电力系统低碳化效益的评价。
【背景技术】
[0002] 为了应对全球气候变化及能源危机等一系列问题，人类社会需要对二氧化碳排放 和化石燃料的使用进行限制，即谓低碳发展。低碳发展的核心是技术创新、制度创新和发展 观的改变，这将涉及生产模式、生活方式、价值观念的重新调整，与国家权益密切相关。目前 我国二氧化碳排放总量占据世界第一位，超过欧洲和美国排放量之和。控制和减少碳排放 已经成为我国经济发展的新命题。
[0003] 电力行业作为我国基础性的能源部门，同时也是二氧化碳排放量最大的行业。至 2011年，我国全社会碳排放量突破80亿吨，人均C02排放也已经超过了全球的平均水平，同 时电力行业碳排放量突破40亿吨，占全国碳排放量的比例从2006年的37%上升至50%。 电力行业无论在排放总量上还是在排放发展趋势下，均面临着严峻的减排压力。
[0004] 电力系统低碳化效益评价是一项重要的低碳电力技术。电力系统作为一个庞大而 复杂的系统，其碳排放涉及到发电、电网以及用电等多个环节。准确衡量各类相关技术的减 排效果和组合规划减排效果，是科学制定碳减排目标、合理规划低碳化发展模式的重要决 策依据。研发电力系统低碳化水平的评价方法，是电力行业实施碳减排、应对低碳经济挑战 所必需应对的内容。目前已有学者研究了基于综合评价理论的电力系统低碳化水平评价方 法，其所得结果一般为没有量纲的相对评价值。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对低碳经济下的电力系统发展需求，提出一种电力系统低碳化 水平的评价方法，可以计算得出电力系统的碳排放水平。评价结果为反映电力系统碳排放 水平的绝对值，可以支持不同电力系统规划方案低碳化水平的对比。
[0006] 本发明提出的一种电力系统低碳化水平的评价方法，其特征在于，该方法包括以 下步骤：
[0007] 1)选择能全面描述电力系统低碳化水平的评价指标为：电力系统在设定的规划 方案下的年度碳排放总量和单位用电碳排放强度；
[0008] 2)对目标年份年度电力系统的低碳运行进行模拟，
[0009] 3)根据步骤2)运行模拟计算得到电力系统在特定规划方案下的年度碳排放总量 和单位用电碳排放强度用于对电力系统低碳化水平的评价。
[0010] 所述步骤2)具体包括以下步骤：
[0011] 2-1)确定电力系统在设定的规划方案下年度运行模拟的边界条件：
[0012] 根据电力系统电源装机规划、电网建设规划、负荷预测结果、调度运行方式确定电 力系统运行的边界条件，根据电力系统历年新能源的出力曲线和该规划方案下新能源的装 机容量确定目标年份新能源出力的时间序列，即：
[0014] 式中：P分别为在规划期和历史同期t时段新能源预测出力值； 尸Γ、ΟΓ分别为在规划期和历史同期新能源的装机容量；
[0015] 2-2)对该规划方案下发电机组检修计划进行模拟：
[0016] 2-3)对目标年份内的所有自然日进行低碳化运行进行模拟。
[0017] 本发明的特点及有益效果：
[0018] 本发明提供的一种评估电力系统低碳化水平的评价方法。该方法采用低碳化的电 力系统运行模拟技术，通过确定系统边界条件、中长期模拟及日运行模拟，精细计算电力系 统在特定规划方案下的年度碳排放总量和单位用电碳排放强度。
[0019] 本发明方法精确考虑电力系统运行中的各种约束条件，对电力系统的低碳化运行 进行模拟，并计算得到在特定规划方案下电力系统在特定规划方案下的年度碳排放总量和 单位用电碳排放强度。本发明方法可为电力系统的低碳化优化规划提供实践指导，评价结 果为反映电力系统碳排放水平的绝对值，可实现不同电力系统规划方案碳排放水平的量化 对比，评价过程不涉及主观因素，由此可以避免个人偏好对评价结果的影响，保证评价结果 的客观性。为电力系统的低碳化发展奠定良好的基础。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明方法的电力系统低碳化运行模拟的流程图。
【具体实施方式】
[0021] 本发明提出的一种电力系统低碳化水平的评价方法结合附图及实施例进一步说 明如下：
[0022] 本发明提出的一种电力系统低碳化水平的评价方法，该方法包括以下步骤：
[0023] 1)选择能全面描述电力系统低碳化水平的评价指标为：电力系统在设定的规划 方案下的年度碳排放总量和单位用电碳排放强度（该指标从总量与均值上反映由于电源 结构、调度方式及电网管理等引起的电力系统碳排放水平的差异）；
[0024] 2)对目标年份年度电力系统的低碳运行进行模拟，具体方法流程如图1所示，包 括以下步骤：
[0025] 2-1)确定电力系统在设定的规划方案下年度运行模拟的边界条件：
[0026] 根据电力系统电源装机规划、电网建设规划、负荷预测结果、调度运行方式确定电 力系统运行的边界条件，根据电力系统历年新能源的出力曲线和该规划方案下新能源的装 机容量确定目标年份新能源出力的时间序列，即：
[0028] 式中：<、分别为在规划期和历史同期t时段新能源预测出力值； GT、 分别为在规划期和历史同期新能源的装机容量；
[0029] 2-2)模拟该规划方案下发电机组检修计划：
[0030] 发电机组检修计划的确定流程具体包括：
[0031] 构建检修计划模拟的优化模型的目标函数为检修优化周期内各时段备用率的差 别尽量小，则检修计划的目标函数表示为：
[0033] 式中：T为检修优化周期内时段总数；分别为i，j时段的系统备用率；
[0034] 检修计划优化模型的约束条件包括：检修连续性约束、检修时段约束、检修资源约 束和等备用率约束；其中：
[0035] 检修连续性约束为： l-Lk
[0037] 式中.为检修状态，其值为1时表示处于检修状态；tk为检修开始的时刻；S 检修持续时段总数；
[0038] 检修时段约束为：
[0041] 式中，为容许第k台机组安排检修的时间间隔的始、末时段；
[0042] 检修资源约束为：
[0044] 式中，Vrt为检修班组V在时段t可同时检修的发电机组最多台数；
[0045] 等备用率约束为：
[0049] 式中，Rt为系统在t时段备用容量，D 系统在t时刻的负荷，r llit、r21it*别为各 时刻备用率的最大、最小值，nx为机组数目，MD i为第i台机组的检修时长，P _x为第i台机 组的装机容量。
[0050] 根据检修计划的优化模型的目标函数（1)和约束条件（2)-(8)组成的检修计划优 化模型模拟该规划方案下发电机组检修计划；
[0051 ] 2-3)对目标年份内的所有自然日进行低碳化运行进行模拟：
[0052] 构建日运行模拟的优化模型，基于时序负荷曲线以及模拟生成的新能源预测出力 序列，建立考虑线路安全约束的确定性机组组合与经济调度模型，实现多种类型的机组、多 种约束条件以及多种调度运行方式的模拟；具体包括：
[0053]日运行模拟模型的优化目标为包含碳排放成本在内的系统总运行成本最低（以 选择"系统总运行成本最低"为例），则目标函数表示为：
[0055] 式中：T为优化周期内时段总数；C(Pt)为各类型机组t时段输出功率为P t时的运 行成本，下标c、f、h、p、w分别表示日内不可启停火电、日内可启停火电、水电、抽蓄、新能 源；C w为切除新能源成本；'为t时段切新能源功率；为t时段切负荷功率；Vd为各节 点切负荷损失；Cf、C。为机组启停费用；e。为火电机组的碳排放密度；c 032为单位碳排放的价 格；θ、η、γ为加权系数，通常情况下为1，也可以根据需要调整；
[0056] 日运行模拟模型的约束条件包括：负荷与发电的平衡、火电机组技术出力约束、新 能源机组出力约束、水电及抽蓄出力约束、系统正负备用要求约束、分区备用约束、网络约 束和跨区域送电约束；其中：
[0057] 负荷与发电的平衡约束为
[0059] 火电机组技术出力约束
[0060] 火电机组的技术出力约束主要包括：火电机组出力上下限以及火电机组爬坡约束 加下.
[0062] 式中：Pc_，Pc_，Pf_，P fniax分别为机组最小出力与最大出力；I c为日内不可启停机 组状态变量，4为日内可启停机组t时段状态变量；￥°'^:，<'^分别为机组下 爬坡、上爬坡速率；
[0063] 新能源机组出力约束
[0064] (新能源与常规能源的区别在于其出力随机多变、不可控。在调度运行中，仅根据 日前预测值控制出力在预测值或者以下的范围内运行；同时根据电网运行节能、环保的要 求，在电网能够接纳的情况下要求新能源全额上网。本发明对新能源的建模中引入可再生 能源出力预测变量</，并在日运行模拟模型中引入切除新能源机制，使模型在系统无法提 供调峰容量，系统备用容量不足或新能源送出受阻情况下能够切除部分可再生能源出力）
[0066] 式中：巧为t时段新能源出力；仏为t时段切新能源功率；
[0067] 水电及抽蓄出力约束为：
[0068] (水电机组根据中长期跨流域梯级水电优化调度结果给出的水电机组出力范围以 及日发电量在模型中优化分配各时段出力；抽蓄机组考虑每日的抽水量与发电量平衡）
[0070] 式中：Ph_，Phniax为水电机组最小出力与最大出力，第一行表示水电机组出力上下 限约束；Q hydra为水电机组日发电量，第二行表示水电机组日发电量约束，若优化结果等式不 成立，则说明水电出现弃水