一种基于电碳协调的购电优化方法与流程

本发明属于电网购电优化技术领域，特别是涉及一种基于电碳协调的购电优化方法。

背景技术：

温室气体大量排放会引发全球气候变暖，因此已经成为人类社会可持续发展最为重要和急待解决的问题之一。为了控制温室气体排放、遏制生态环境的持续破坏，应对气候变化、发展低碳经济已经成为当今国际和国内的重要议题和途径。中国作为二氧化碳排放大国，减排形势十分严峻，电力行业作为我国碳排放和碳减排的重要领域减排任务重大。

在我国电源结构中，火力发电占总发电量的比例约78％左右，电源结构十分不合理，高火力发电比重导致我国发电侧产生的co2排放占全国总co2排放的比重超过50％。除此之外，电力行业每年排放的so、no及粉尘等污染物占全国污染总量的40％。为解决电力行业的污染问题，电力企业需要注意对现有的设备安装排污环保设施，同时发展清洁能源发电技术，提高清洁能源电力并网水平，减少对火力发电的依赖，优化电源结构，但这些措施投入大、周期长，在现有情况下，优化电网公司的购电策略也是一个减少污染的好办法。

传统的购电计划制定依据在于购电成本最小化，这种制定方式没有考虑到外部环境成本。因此电力企业制定兼顾经济效益与环境效益的购电策略就显得尤为必要了。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于电碳协调的购电优化方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于电碳协调的购电优化方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)采集计算期内某地区电网公司中包括各个电厂的实际发电量、装机容量、co2排放量、so2排放量、nox排放量、固体颗粒物排放量、废水排放量和未燃尽的煤排放量在内的数据；

2)利用上述数据计算出各个电厂单位发电量的co2、so2、nox、固体颗粒物、废水和煤排放因子；

3)根据步骤2)获得的排放因子，建立以外部环境成本最低为目标，以发电能力、装机容量和污染物排放作为约束条件的购电优化模型；

4)求解上述购电优化模型，计算出电网公司的外部环境成本，并做出购电优化决策。

在步骤1)中，所述的计算期内某地区电网中包括各个电厂的实际发电量、装机容量、co2排放量、so2排放量、nox排放量、固体颗粒物排放量、废水排放量和未燃尽的煤排放量在内的数据的方法是：

从该地区电网公司现有的电厂的污染物排放监测系统、各省网交易系统中，采集各个电厂的实际发电量、装机容量、co2排放量、so2排放量、nox排放量、固体颗粒物排放量、废水排放量和未燃尽的煤排放量等数据。水电厂、风电厂及光伏电厂的污染物排放量可视为0。

在步骤2)中，所述的利用上述数据计算出各个电厂单位发电量的co2、so2、nox、固体颗粒物、废水和煤排放因子的方法是：

各计算公式如下：

式中，为电厂i的co2排放因子；为电厂i的so2排放因子；为电厂i的nox排放因子；epm，i为电厂i的固体颗粒物排放因子；ewater，i为电厂i的废水排放因子；ecoal，i为电厂i的煤排放因子；mpm，i、mwater，i、mcoal，i分别表示电厂i的co2、so2、nox、固体颗粒物、废水、未燃尽的煤排放量；qi表示电厂i的上网电量。

在步骤3)中，所述的根据步骤2)获得的排放因子，建立以外部环境成本最低为目标，以发电能力、装机容量和污染物排放作为约束条件的购电优化模型的方法是：

购电优化模型是以外部环境成本最低作为目标，其目标函数为：

式中，cloca，l表示单位发电量的外部环境成本，epm，i、ewater，i、ecoal，i分别为电厂i的co2、so2、nox、固体颗粒物、废水、煤排放因子，n表示电厂数量；

购电优化模型以发电能力、装机容量限制和污染物排放作为约束条件，约束函数如下：

发电能力约束：

装机容量限制约束：

0≤qi≤qci，i＝1，2，3，...，n(9)

污染物排放约束：

在上述约束条件下，qall是计算期内该地区的电力总需求量，qi是当前电厂的最大装机容量，wpm分别是计算期内co2、so2、nox、固体颗粒物排放配额。

在步骤4中，所述的求解上述购电优化模型，计算出电网公司的外部环境成本，并做出购电优化决策的方法是：

利用单纯形法求解上述购电优化模型中的线性规划，得到满足发电量和污染排放约束的最低外部环境成本；此成本下计算出的各个发电厂的发电量即为电网公司购电的最优决策。

本发明提供的基于电碳协调的购电优化方法具有如下效果：

以最低的外部环境成本为目标，以发电能力、装机容量和污染物排放为约束，以此指导电力企业制定购电策略，实现电碳协调，减少购电决策的外部环境成本，提高清洁能源电力的并网竞争力，使电网企业在我国碳市场中发挥更加重要的作用，大力促进我国电力清洁化与低碳化，支撑我国低碳社会长期可持续发展，为电网企业低碳发展提供新思路。

附图说明

图1为本发明提供的基于电碳协调的购电优化方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的基于电碳协调的购电优化方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)采集计算期内某地区电网公司中包括各个电厂的实际发电量、装机容量、co2排放量、so2排放量、nox排放量、固体颗粒物排放量、废水排放量和未燃尽的煤排放量在内的数据；

从该地区电网公司现有的电厂的污染物排放监测系统、各省网交易系统中，采集各个电厂的实际发电量、装机容量、co2排放量、so2排放量、nox排放量、固体颗粒物排放量、废水排放量和未燃尽的煤排放量等数据。水电厂、风电厂及光伏电厂的污染物排放量可视为0。

2)利用上述数据计算出各个电厂单位发电量的co2、so2、nox、固体颗粒物、废水和煤排放因子；

各计算公式如下：

式中，为电厂i的co2排放因子；为电厂i的so2排放因子；为电厂i的nox排放因子；epm，i为电厂i的固体颗粒物排放因子；ewater，i为电厂i的废水排放因子；ecoal，i为电厂i的煤排放因子；mpm，i、mwater，i、mcoal，i分别表示电厂i的co2、so2、nox、固体颗粒物、废水、未燃尽的煤排放量；qi表示电厂i的上网电量。

3)根据步骤2)获得的排放因子，建立以外部环境成本最低为目标，以发电能力、装机容量和污染物排放作为约束条件的购电优化模型；

购电优化模型是以外部环境成本最低作为目标，其目标函数为：

式中，cloca，l表示单位发电量的外部环境成本，epm，i、ewater，i、ecoal，i分别为电厂i的co2、so2、nox、固体颗粒物、废水、煤排放因子，n表示电厂数量。

购电优化模型以发电能力、装机容量限制和污染物排放作为约束条件，约束函数如下：

发电能力约束：

装机容量限制约束：

0≤qi≤qci，i＝1，2，3，...，n(9)

污染物排放约束：

在上述约束条件下，qall是计算期内该地区的电力总需求量，qi是当前电厂的最大装机容量，wpm分别是计算期内co2、so2、nox、固体颗粒物排放配额。

4)求解上述购电优化模型，计算出电网公司的外部环境成本，并做出购电优化决策。

利用单纯形法求解上述购电优化模型中的线性规划，得到满足发电量和污染排放约束的最低外部环境成本；此成本下计算出的各个发电厂的发电量即为电网公司购电的最优决策。

以下为按照本发明的技术方案所提供的实例：

(1)发电能力约束

通过某地区的电力消耗、外部电力和水电预测，可知当地火力发电的电力总需求量为5100万兆瓦时。为了满足当地的电力需求，发电量不能少于该需求量。

(2)月电厂装机容量限制

表1中的数据是一个月内每个电厂除去设备损耗后的装机容量限制。

表1.每个电厂的装机容量限制

(3)一个月内电厂的污染物排放配额如表2所示。

表2.月污染物排放配额

基于上述限制和省级电网资源综合配置，最大限度地降低了省级单位的低碳节能环保成本，本发明仅计算了低碳节能环保成本。线性规划的计算结果如表3所示。

表3.计算结果

上述电厂的发电计划结果满足约束，污染物排放也在限制之内，如表4所示。

表4.污染排放量

从表4可以看出，污染物排放权过剩，可以在该地区出售这些污染物排放权，以获得更多的收益。

根据当地单位的发电顺序，最低外部环境成本可计算为0.31元/度。结果表明，环保成本最低的单位发电调度方案可以将环境成本降低0.07元/度，增加了单位低碳收益0.07元。