含風(fēng)電的風(fēng)火互濟(jì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行優(yōu)化模型

含風(fēng)電的風(fēng)火互濟(jì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行優(yōu)化模型

0風(fēng)電的負(fù)面co效應(yīng)對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)能效的影響低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。風(fēng)電是最具競(jìng)爭(zhēng)力的低碳能源,在中國(guó),實(shí)現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行、變清潔的風(fēng)能為清潔的電力是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳調(diào)度的主要手段之一,但風(fēng)電的隨機(jī)性強(qiáng),其發(fā)電成本高于火電等常規(guī)電源,在并網(wǎng)發(fā)電中的競(jìng)爭(zhēng)力不足。目前多數(shù)國(guó)家一般采用對(duì)風(fēng)電進(jìn)行價(jià)格補(bǔ)貼、優(yōu)先調(diào)度風(fēng)電等政策性支持的方式鼓勵(lì)風(fēng)電發(fā)展。然而,受中國(guó)風(fēng)資源分布特點(diǎn)制約,這種出于鼓勵(lì)新能源環(huán)保優(yōu)越性的政策卻值得深思。風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)整體能耗與CO2排放具有正負(fù)兩方面影響:一方面風(fēng)電替代火電,可減少CO2的排放,降低燃料成本;另一方面,其他機(jī)組為消納風(fēng)電波動(dòng)性付出額外的燃料成本和CO2排放量,稱為風(fēng)電的負(fù)面CO2效應(yīng)。一般地,在調(diào)節(jié)靈活性較高的電網(wǎng)中(如西班牙、愛(ài)爾蘭電網(wǎng)),風(fēng)電的負(fù)面CO2效應(yīng)是可以忽略的,而在以大型煤電機(jī)組為主的中國(guó)北方電網(wǎng),風(fēng)電負(fù)面CO2效應(yīng)將顯著影響風(fēng)電利用的效益。為了盡可能多地接納波動(dòng)的風(fēng)電,火電需要付出較高調(diào)節(jié)成本,如機(jī)組啟停次數(shù)增加、運(yùn)行點(diǎn)偏離最佳運(yùn)行點(diǎn)等,不僅影響了系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)性,也使風(fēng)電的減排效應(yīng)大打折扣,在極端情況下甚至適得其反。研究風(fēng)火互濟(jì)系統(tǒng)電源協(xié)調(diào)運(yùn)行機(jī)理,建立聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行的基本模式,有效發(fā)揮政策支持的導(dǎo)向作用,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性綜合最優(yōu),是本文研究的重點(diǎn)。作為一種隨機(jī)性電源,風(fēng)電對(duì)電力系統(tǒng)有功功率平衡有較大的影響,集中體現(xiàn)在波動(dòng)性與不確定性2個(gè)方面。本文討論的波動(dòng)性特指風(fēng)電機(jī)組出力的不平穩(wěn)性,如類似于負(fù)荷的峰谷變化,可以通過(guò)預(yù)測(cè)掌握其基本規(guī)律,利用調(diào)整常規(guī)機(jī)組的啟停計(jì)劃與發(fā)電計(jì)劃來(lái)消除其影響;而不確定性指風(fēng)電機(jī)組出力的無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)知性,由預(yù)測(cè)誤差決定,需要足夠容量的系統(tǒng)備用來(lái)吸收。本文將重點(diǎn)討論前者對(duì)日前機(jī)組組合(unitcommitment,UC)的影響,而將后者考慮為UC模型中新增的備用約束。UC是電力系統(tǒng)運(yùn)行中進(jìn)行有功功率平衡的基礎(chǔ)。它是根據(jù)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)和一定的備用容量需求來(lái)制訂各臺(tái)機(jī)組的開(kāi)停機(jī)計(jì)劃以及開(kāi)機(jī)機(jī)組的發(fā)電計(jì)劃,通常以系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最佳為優(yōu)化目標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)外在含風(fēng)電的日前發(fā)電計(jì)劃方面已有初步成果,且多集中于含風(fēng)電的電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度或中長(zhǎng)期規(guī)劃方面。研究中通常將風(fēng)電作為“負(fù)荷”處理,采用模糊數(shù)學(xué)或隨機(jī)抽樣等方法對(duì)風(fēng)電不確定性或預(yù)測(cè)不確定性進(jìn)行建模。文獻(xiàn)將風(fēng)電納入多尺度協(xié)調(diào)的有功調(diào)度系統(tǒng)中,逐級(jí)降低風(fēng)電接入電網(wǎng)后運(yùn)行的不確定性。文獻(xiàn)以甘肅電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況為例,以最大風(fēng)電負(fù)荷安排日發(fā)電計(jì)劃,保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定?？傊?已有研究側(cè)重于盡可能降低風(fēng)電的不確定性對(duì)電網(wǎng)的影響,且以在保證電網(wǎng)安全條件下盡可能多地接納風(fēng)電為原則,缺乏對(duì)風(fēng)電特性、與常規(guī)機(jī)組的協(xié)調(diào)方式,以及系統(tǒng)整體環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性的討論。本文基于當(dāng)前發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的背景,考慮風(fēng)電出力波動(dòng)特點(diǎn),關(guān)注風(fēng)電環(huán)保效益發(fā)揮,討論風(fēng)電融入發(fā)電計(jì)劃對(duì)現(xiàn)有的發(fā)電計(jì)劃模式的影響。1之際問(wèn)題的解決方案風(fēng)電參與日前發(fā)電計(jì)劃優(yōu)化將對(duì)原有電力系統(tǒng)運(yùn)行方式帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響,集中體現(xiàn)在以下方面。1)風(fēng)電受清潔能源政策保護(hù),擁有調(diào)度優(yōu)先權(quán),但強(qiáng)制性全額收購(gòu)風(fēng)電可能造成電網(wǎng)整體發(fā)電成本急劇上升、安全性下降,合理制定風(fēng)能的使用原則是制定含風(fēng)電的電力系統(tǒng)日前發(fā)電計(jì)劃的首要問(wèn)題。2)風(fēng)電將促進(jìn)現(xiàn)有以發(fā)電經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的日前調(diào)度模式向經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性兼顧的模式轉(zhuǎn)化,調(diào)整發(fā)電計(jì)劃優(yōu)化目標(biāo)是促進(jìn)該轉(zhuǎn)化的主要手段之一。3)受高發(fā)電成本制約,風(fēng)電消納主要依靠環(huán)保政策支持。引入碳(CO2)排放成本,利用價(jià)格杠桿增加風(fēng)電的競(jìng)爭(zhēng)力,充分發(fā)揮政府價(jià)格補(bǔ)貼的導(dǎo)向作用,將是解決大規(guī)模風(fēng)電消納問(wèn)題的根本途徑。本節(jié)在考慮上述風(fēng)電影響的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了5種日前發(fā)電計(jì)劃優(yōu)化模式,并給出各模式的日前發(fā)電計(jì)劃模型。需要特別指出的是,本文優(yōu)化評(píng)價(jià)目標(biāo)是社會(huì)整體能耗與環(huán)保綜合成本最低,而不是電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電成本,故采用總煤耗和CO2的排放量(折算至美元),而不是以上網(wǎng)電價(jià)為核算基礎(chǔ)。后者無(wú)法考慮不同模式下發(fā)電企業(yè)發(fā)電煤耗的變化,且受政策、市場(chǎng)等“人為”因素影響波動(dòng)較大,不適合作為評(píng)價(jià)參照。1.1風(fēng)電優(yōu)先調(diào)度原則根據(jù)風(fēng)能使用原則、日前計(jì)劃目標(biāo)、風(fēng)電參與日前發(fā)電計(jì)劃的方式不同,本文設(shè)計(jì)的5種含風(fēng)電的日前發(fā)電計(jì)劃模式如表1所示。表中:①發(fā)電成本包括火電機(jī)組的啟停成本、開(kāi)機(jī)機(jī)組運(yùn)行的固定成本和運(yùn)行成本,本文具體考慮為火電機(jī)組啟停、開(kāi)機(jī)運(yùn)行等造成的燃料成本,與火電機(jī)組的耗量特性與燃料單位價(jià)格相關(guān);②CO2排放成本包括火電機(jī)組啟停、開(kāi)機(jī)機(jī)組運(yùn)行等造成的CO2排放量引起的成本,具體與火電機(jī)組的煤耗特性、CO2排放系數(shù)以及單位CO2排放價(jià)格有關(guān)。作為清潔能源,目前各國(guó)往往采用優(yōu)先調(diào)度的政策支持風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電,具體可體現(xiàn)為全額收購(gòu)風(fēng)電(即不鼓勵(lì)棄風(fēng))、優(yōu)先調(diào)度風(fēng)電前提下視系統(tǒng)運(yùn)行需要允許一定棄風(fēng)量2種方式。模式1和模式2雖然均以優(yōu)先調(diào)度風(fēng)電為原則,但存在是否允許棄風(fēng)的差別。通過(guò)模式1和模式2旨在分析在優(yōu)先調(diào)度風(fēng)電的條件下,是否允許棄風(fēng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。模式3和模式4在風(fēng)電使用原則上與模式1和模式2相同,與模式1和模式2的差別在于目標(biāo)函數(shù)同時(shí)包含發(fā)電成本和CO2排放成本。CO2排放量是目前國(guó)際公認(rèn)的最主要的環(huán)保指標(biāo),本文以此作為衡量系統(tǒng)環(huán)保性的指標(biāo)。直觀地來(lái)講,將CO2排放量成本化后再引入到UC模型的目標(biāo)函數(shù)中,通過(guò)在目標(biāo)函數(shù)中對(duì)CO2排放量進(jìn)行成本“懲罰”后便可達(dá)到對(duì)系統(tǒng)CO2排放量進(jìn)行約束的目的。模式3和模式4通過(guò)增加CO2排放成本使發(fā)電計(jì)劃同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。在模式5中,對(duì)風(fēng)電的利用不再采用優(yōu)先調(diào)度原則,而是使風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)機(jī)組平等參與發(fā)電計(jì)劃,目標(biāo)函數(shù)同模式3和模式4。風(fēng)電優(yōu)先調(diào)度原則是在風(fēng)電機(jī)組發(fā)電成本與常規(guī)機(jī)組發(fā)電成本不具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的情況下,對(duì)鼓勵(lì)使用風(fēng)電、發(fā)揮其清潔和環(huán)保效益的一種對(duì)風(fēng)電發(fā)展的政策性支持。在模式3與模式4中,CO2排放為0是風(fēng)電的主要優(yōu)勢(shì)。CO2價(jià)格機(jī)制的引入實(shí)際上增加了常規(guī)機(jī)組的等效發(fā)電成本(即實(shí)際發(fā)電成本和CO2排放成本之和),從而增強(qiáng)了風(fēng)電參與日前發(fā)電計(jì)劃的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。在此條件下,使風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)機(jī)組以各自的等效發(fā)電成本平等參與日前計(jì)劃成為可能,并將改變現(xiàn)有風(fēng)電基于政策保護(hù)的強(qiáng)制風(fēng)電消納模式,轉(zhuǎn)而趨向于基于價(jià)格優(yōu)勢(shì)的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)消納模式。1.2未來(lái)能源規(guī)劃模型這里首先分別給出模式1—模式5的目標(biāo)函數(shù),然后補(bǔ)充各模式下共同的約束條件。1.2.1uel-東南角機(jī)組模型1)模式1和模式2模式1的目標(biāo)函數(shù)CM1和模式2的目標(biāo)函數(shù)CM2分別為:CΜ1=CΜ2=Τ∑t=1Ν∑i=1CSDit+Τ∑t=1Ν∑i=1CGit+Τ∑t=1CpnWt(1)式中:CSDit=yitSui+xitSdi,為常規(guī)機(jī)組i的啟停成本;Sui為常規(guī)機(jī)組i的啟動(dòng)成本;Sdi為常規(guī)機(jī)組i的停機(jī)成本;xit和yit為0-1整數(shù)變量,表示常規(guī)機(jī)組i的啟停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換,yit=1表示常規(guī)機(jī)組i在時(shí)刻t由停機(jī)轉(zhuǎn)為開(kāi)機(jī),xit=1表示常規(guī)機(jī)組i在時(shí)刻t由開(kāi)機(jī)轉(zhuǎn)為停機(jī);CGit=Kfuel-pricezitH(PGit),為常規(guī)機(jī)組i在時(shí)刻t的發(fā)電成本;Kfuel-price為機(jī)組燃料價(jià)格;zit為0-1整數(shù)變量,表示常規(guī)機(jī)組i的開(kāi)停機(jī)狀態(tài),zit=1表示常規(guī)機(jī)組i在時(shí)刻t處于開(kāi)機(jī)狀態(tài),zit=0表示常規(guī)機(jī)組i在時(shí)刻t處于停機(jī)狀態(tài);H(PGit)=ai+biPGit+ciP2Git,為常規(guī)機(jī)組i在時(shí)刻t的耗量特性;PGit為常規(guī)機(jī)組i在時(shí)刻t的有功出力;ai,bi,ci為耗量特性系數(shù);CpnWt=pcPcurtailwtΔT,為棄風(fēng)懲罰成本;pc為單位棄風(fēng)懲罰成本,對(duì)于模式1,pc為一個(gè)很大的值,對(duì)于模式2,pc=0;Pcurtailwt為時(shí)刻t的棄風(fēng)量;ΔT為發(fā)電出力計(jì)劃時(shí)間間隔,如15min;T為優(yōu)化時(shí)間長(zhǎng)度,如24h;N為常規(guī)機(jī)組的數(shù)量。與傳統(tǒng)的UC模型相比,上述UC模型的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在:①在目前風(fēng)電機(jī)組發(fā)電成本比較高的條件下,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電的優(yōu)先調(diào)度,在UC模型中不引入風(fēng)電機(jī)組發(fā)電成本,而在最終用于分析比較的系統(tǒng)總發(fā)電成本核算中,按風(fēng)電實(shí)際的發(fā)電量和風(fēng)電機(jī)組發(fā)電成本計(jì)入風(fēng)電的成本;②將風(fēng)電作為可調(diào)節(jié)的電源處理,與其他電源一起匹配負(fù)荷的波動(dòng),并在目標(biāo)函數(shù)中加入棄風(fēng)懲罰成本,通過(guò)設(shè)置單位棄風(fēng)懲罰成本大小,體現(xiàn)不同的風(fēng)能使用強(qiáng)制性程度。2)模式3和模式4模式3的目標(biāo)函數(shù)CM3和模式4的目標(biāo)函數(shù)CM4分別為:CΜ3=CΜ1+Τ∑t=1Ν∑i=1CEit(2)CΜ4=CΜ2+Τ∑t=1Ν∑i=1CEit(3)式中:CEit=CcoeffiKCO2H(PGit),為常規(guī)機(jī)組i在時(shí)刻t的CO2排放成本;Ccoeffi為常規(guī)機(jī)組i的CO2排放系數(shù);KCO2為CO2價(jià)格。風(fēng)電沒(méi)有CO2排放成本。3)模式5模式5的目標(biāo)函數(shù)CM5為:CΜ5=CΜ4+Τ∑t=1CWt(4)式中:CWt=KwindPwt,為時(shí)刻t的風(fēng)電機(jī)組出力成本;Kwind為風(fēng)電機(jī)組單位發(fā)電成本;Pwt為時(shí)刻t調(diào)度的風(fēng)電機(jī)組有功出力。由于風(fēng)電根據(jù)其發(fā)電成本與其他電源參與發(fā)電計(jì)劃競(jìng)爭(zhēng),調(diào)度可根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要選擇多用風(fēng)電或者棄風(fēng),因此pc=0。1.2.2機(jī)組運(yùn)行約束上述日前發(fā)電計(jì)劃模型的其他約束與經(jīng)典UC模型基本相同。本文主要考慮系統(tǒng)功率平衡、機(jī)組出力限制、啟停限制、最小運(yùn)行、停機(jī)時(shí)間等約束,暫不計(jì)及風(fēng)電機(jī)組有功出力/負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差和機(jī)組隨機(jī)停運(yùn)等對(duì)備用的影響。2計(jì)算與分析2.1研究方法與仿真測(cè)試系統(tǒng)在中國(guó)由于中國(guó)實(shí)際系統(tǒng)尚缺乏充足的數(shù)據(jù)積累和風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ),本文在IEEE-RTS96系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)中國(guó)風(fēng)火互濟(jì)系統(tǒng)典型特征的提取,構(gòu)造仿真測(cè)試系統(tǒng),對(duì)提出的5種日前發(fā)電計(jì)劃模式進(jìn)行分析。2.1.1機(jī)組參數(shù)設(shè)置IEEE-RTS96系統(tǒng)原含32臺(tái)機(jī)組,含火電、水電和核電機(jī)組。本算例選取其中9臺(tái)火電機(jī)組,容量共為1540MW,機(jī)組參數(shù)參見(jiàn)附錄A表A1。機(jī)組1與機(jī)組5—機(jī)組9為燃煤機(jī)組,機(jī)組2—機(jī)組4原為燃油機(jī)組,參照燃煤機(jī)組數(shù)據(jù)修改為燃煤機(jī)組。此外,在仿真中,根據(jù)中國(guó)機(jī)組穩(wěn)燃出力特性,將IEEE-RTS96系統(tǒng)中機(jī)組的穩(wěn)燃出力調(diào)整為機(jī)組額定出力的50%。負(fù)荷采用某電網(wǎng)典型負(fù)荷標(biāo)幺值曲線換算到算例系統(tǒng)容量。2.1.2風(fēng)電接入水平仿真測(cè)試選取美國(guó)東部電力系統(tǒng)中部分風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù),對(duì)含風(fēng)電的發(fā)電計(jì)劃模式進(jìn)行研究。仿真數(shù)據(jù)的季節(jié)變化特點(diǎn)與中國(guó)內(nèi)蒙古風(fēng)電特點(diǎn)基本一致,風(fēng)電日峰谷凈差略大于同等接入水平(15%)下的中國(guó)內(nèi)蒙古電網(wǎng),對(duì)常規(guī)機(jī)組的調(diào)峰能力提出了更高的要求。定義風(fēng)電接入水平p為:p=Ρw-installedΡLpeak×100％(5)式中:Pw-installed為系統(tǒng)風(fēng)電總裝機(jī)容量;PLpeak為系統(tǒng)峰值負(fù)荷。按照式(5)對(duì)風(fēng)電接入水平的定義,目前中國(guó)風(fēng)電比例最高的內(nèi)蒙古電網(wǎng)的風(fēng)電接入水平已經(jīng)突破25%,本文在仿真計(jì)算中以25.4%為典型風(fēng)電接入水平。2.2aa的系價(jià),取CO2價(jià)格為30美元/(MW·h),參照美國(guó)能源署(EnergyInformationAdministration,EIA)的煤價(jià),取煤價(jià)為62.47美元/t。在模型求解上,對(duì)UC模型線性化處理后采用CPLEX軟件(見(jiàn)/tomlab/)求解。2.3系統(tǒng)指標(biāo)本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)如下。1發(fā)電成本分析cu=CaEa(6)式中:Ca=Τ∑t=1Ν∑i=1CGit+Τ∑t=1Ν∑i=1CEit+Τ∑t=1CWt,為系統(tǒng)總發(fā)電成本;Ea=∫Τ0PLtdt,為系統(tǒng)總供給電量;PLt為時(shí)刻t的負(fù)荷。對(duì)于模式1與模式2,在UC計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上,根據(jù)系統(tǒng)的CO2排放量和實(shí)際用風(fēng)量,參照CO2價(jià)格和風(fēng)電機(jī)組單位發(fā)電成本,計(jì)算CO2排放成本和風(fēng)電機(jī)組發(fā)電成本,最終得到系統(tǒng)總發(fā)電成本;對(duì)于模式3和模式4,在UC計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上,根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際用風(fēng)量,參照風(fēng)電機(jī)組單位發(fā)電成本,計(jì)算風(fēng)電機(jī)組發(fā)電成本,最終得到系統(tǒng)總發(fā)電成本。2單位能量消耗量的co排放量為eu=EmEa(7)式中:Em為系統(tǒng)CO2排放總量。3風(fēng)能利用率ηw為ηw=Ewavail-EwcurtailEwavail×100％(8)式中:Eavailw=∫0ΤPwtavaildt,為仿真時(shí)段內(nèi)可用風(fēng)能;Pwtavail為時(shí)刻t的可用風(fēng)電機(jī)組有功出力;Ecurtailw=∫0ΤPwtcurtaildt,為仿真時(shí)段內(nèi)棄風(fēng)總電量。4傳統(tǒng)發(fā)電效率的總成本為CG=∑t=1Τ∑i=1ΝCGit(9)5figdcG=CGEG(10)式中:EG=∑i=1Ν∫0ΤΡGitdt,為常規(guī)機(jī)組在仿真時(shí)段內(nèi)的總發(fā)電量。對(duì)于以上各指標(biāo),取仿真時(shí)段內(nèi)所有樣本日的系統(tǒng)指標(biāo)的均值作為最終的系統(tǒng)指標(biāo)。2.4模擬結(jié)果2.4.1風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性綜合最優(yōu)這里以風(fēng)電接入水平為25.4%為例,取CO2價(jià)格為30美元/t,分析模式1—模式5的系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)。計(jì)算結(jié)果如表2所示。對(duì)比模式1和模式2的計(jì)算結(jié)果可見(jiàn),模式2的風(fēng)能使用率低于模式1,但模式2的各項(xiàng)系統(tǒng)指標(biāo)均優(yōu)于模式1,這說(shuō)明在關(guān)于風(fēng)能的使用方式上,根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要,允許一定量的棄風(fēng)比強(qiáng)制性全額接納風(fēng)電模式的系統(tǒng)整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。至于棄多少風(fēng)電,則需要根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。因此,優(yōu)先但不強(qiáng)制全部消納風(fēng)電是提高電網(wǎng)整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的要求。該結(jié)論是在大型火電機(jī)組為主要電源的電網(wǎng)中得到的結(jié)論,也是中國(guó)風(fēng)能消納格局有別于歐洲主要風(fēng)電國(guó)家的差異之處,這是因?yàn)楹笳叩碾娋W(wǎng)中富有大量開(kāi)機(jī)成本較小、調(diào)節(jié)成本較低的機(jī)組,絕大多數(shù)情況下,風(fēng)電帶來(lái)的環(huán)保節(jié)能效益都遠(yuǎn)大于常規(guī)機(jī)組的附加成本。對(duì)比模式1與模式3、模式2與模式4可見(jiàn),在UC目標(biāo)函數(shù)中計(jì)及CO2排放成本(即模式3與模式4)相比于不計(jì)入CO2排放成本(即模式1與模式2),一方面系統(tǒng)單位發(fā)電成本、單位CO2排放量進(jìn)一步降低,體現(xiàn)了引入CO2價(jià)格機(jī)制對(duì)CO2排放的間接約束作用;另一方面,常規(guī)機(jī)組的總發(fā)電成本和單位發(fā)電成本略微上升,體現(xiàn)了環(huán)保目標(biāo)的引入對(duì)常規(guī)機(jī)組發(fā)電量的抑制作用。中國(guó)的調(diào)度模式已經(jīng)由經(jīng)濟(jì)調(diào)度向節(jié)能調(diào)度發(fā)展,將CO2排放控制機(jī)制納入U(xiǎn)C中,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性綜合最優(yōu)是未來(lái)電力系統(tǒng)調(diào)度的發(fā)展方向。由于這里設(shè)置CO2價(jià)格為30美元/t,風(fēng)電電價(jià)為80美元/(MW·h),使風(fēng)電與常規(guī)電源的發(fā)電成本相比尚不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。模式5的計(jì)算結(jié)果顯示,在此條件下使風(fēng)電機(jī)組與常規(guī)機(jī)組平等參與發(fā)電計(jì)劃,風(fēng)電得不到利用。雖然系統(tǒng)的單位發(fā)電成本最低(因?yàn)闆](méi)有利用成本高的風(fēng)電),但系統(tǒng)的單位CO2排放量很高,常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本也高。2.4.2符合co價(jià)格下的排放成本在引入CO2排放成本的機(jī)制下,一方面,前已提及,風(fēng)電與其他常規(guī)電源以各自的成本平等參與競(jìng)爭(zhēng)成為可能;但另一方面,風(fēng)電在參與日前發(fā)電計(jì)劃中的競(jìng)爭(zhēng)力如何則取決于CO2排放價(jià)格。本節(jié)基于模式5,研究不同的CO2價(jià)格對(duì)模式5運(yùn)行結(jié)果的影響,并對(duì)比在引入CO2價(jià)格的條件下,模式4的優(yōu)先調(diào)度風(fēng)電方式與模式5的風(fēng)電平等參與日前發(fā)電計(jì)劃方式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)的影響。以風(fēng)電接入水平為25.4%為例,不同CO2價(jià)格下模式5的計(jì)算結(jié)果如表3所示。各個(gè)系統(tǒng)指標(biāo)隨CO2價(jià)格的變化曲線圖如附錄B所示。由表3可見(jiàn),隨著CO2價(jià)格的升高,常規(guī)機(jī)組的等效發(fā)電成本增加,系統(tǒng)單位發(fā)電成本升高。同時(shí),由于風(fēng)電的發(fā)電優(yōu)勢(shì)增加,風(fēng)能利用率提高,系統(tǒng)的單位CO2排放量降低,體現(xiàn)了CO2價(jià)格信號(hào)對(duì)系統(tǒng)CO2排放量、風(fēng)能使用方面的導(dǎo)向作用。此外,表3中也反映出,CO2價(jià)格增加對(duì)系統(tǒng)單位CO2排放量的約束力趨小,在風(fēng)電等效發(fā)電成本低于常規(guī)機(jī)組之后幾乎不變。該現(xiàn)象揭示了系統(tǒng)環(huán)保指標(biāo)極限。在風(fēng)電接入水平為25.4%時(shí),不同CO2價(jià)格下模式4的計(jì)算結(jié)果如表4所示。對(duì)比表3和表4的系統(tǒng)單位發(fā)電成本可見(jiàn),在同一CO2價(jià)格下,模式5的系統(tǒng)單位發(fā)電成本優(yōu)于模式4的系統(tǒng)單位發(fā)電成本,也即模式5的系統(tǒng)整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。表4中,由于本算例中各火電機(jī)組均為燃煤機(jī)組,各機(jī)組之間的耗量特性與CO2排放量差別較小,因此模式4在考慮CO2排放的條件下對(duì)原來(lái)只考慮發(fā)電經(jīng)濟(jì)性的常規(guī)機(jī)組發(fā)電序位和出力點(diǎn)影響不大,并且系統(tǒng)的風(fēng)能利用率隨CO2價(jià)格的變化不明顯。在CO2價(jià)格為30美元/t時(shí),CO2排放成本已經(jīng)在常規(guī)機(jī)組的發(fā)電成本中占主要因素,即常規(guī)機(jī)組已經(jīng)按CO2排放最少的方式進(jìn)行組合,因此隨著CO2價(jià)格的提高,系統(tǒng)的CO2排放量、常規(guī)機(jī)組的單位發(fā)電成本等保持不變。本算例中,該模式中CO2價(jià)格幾乎不具有對(duì)系統(tǒng)環(huán)保指標(biāo)權(quán)重的指導(dǎo)價(jià)值。因此,在CO2價(jià)格較高、風(fēng)電與常規(guī)機(jī)組相比具備發(fā)電經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)的前提下,模式5更優(yōu)。2.4.3風(fēng)電接入水平對(duì)機(jī)組出力的影響這里以模式4分析不同風(fēng)電接入水平對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)的影響。由于風(fēng)電呈現(xiàn)較強(qiáng)的季節(jié)特性,冬季風(fēng)大,夏季風(fēng)小,且對(duì)于中國(guó)內(nèi)蒙古、東北等含風(fēng)電的電力系統(tǒng),冬季熱電負(fù)荷較重,部分機(jī)組處于“以熱定電”發(fā)電狀態(tài),需要滿發(fā),從而影響系統(tǒng)接納風(fēng)電的能力。因此,這里對(duì)冬季和夏季分別進(jìn)行分析。以7月份的風(fēng)電代表夏季風(fēng)電的典型出力狀況,以12月份的風(fēng)電代表冬季風(fēng)電的典型出力狀況,以7號(hào)和8號(hào)機(jī)組為供熱機(jī)組,處于滿發(fā)狀態(tài)。計(jì)算結(jié)果分別如表5和表6所示,計(jì)算中CO2價(jià)格取30美元/t。從表5和表6可見(jiàn),在當(dāng)前風(fēng)電成本高于火電成本的前提下,隨著風(fēng)電接入水平的增加,系統(tǒng)的單位發(fā)電成本上升,但系統(tǒng)單位CO2排放量、常規(guī)機(jī)組的總發(fā)電成本、常規(guī)機(jī)組的單位發(fā)電成本等指標(biāo)均下降,風(fēng)能利用率也呈下降趨勢(shì)。其中風(fēng)能利用率呈下降趨勢(shì)說(shuō)明對(duì)于一個(gè)電源結(jié)構(gòu)給定的系統(tǒng),隨著風(fēng)電接入水平的提高,通過(guò)優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)等措施提高風(fēng)能利用率,從而改善系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益的空間越大。此外,對(duì)比表5和表6可見(jiàn),由于冬季部分機(jī)組滿發(fā),系統(tǒng)常規(guī)機(jī)組的調(diào)節(jié)能力進(jìn)一步受限,風(fēng)能利用率較低,浪費(fèi)風(fēng)能嚴(yán)重。3發(fā)電資源模型:co價(jià)格機(jī)制與風(fēng)電機(jī)組平等參與的發(fā)電計(jì)劃模式將風(fēng)電納入電力系統(tǒng)日前發(fā)電計(jì)劃是在現(xiàn)有電