电力系统碳排放及低碳电力系统规划

付玉川

摘 要：电力系统实现了一次能源向二次能源转换和电能的使用，在我国生产运用中碳排放水平最高。我们的低碳经济和节能政策的发展对电力部门的发展提出了许多挑战。低碳能源是防治全球变暖和实现我们经济可持续发展的关键，但如何有效地规划和利用科学，这是确保能源系统的稳定和安全运行以及提高能源效率和减少排放的一个重要手段。本文件全面分析了低碳经济中电力工业的新趋势和特点，并分析了未来的前景。“低碳能源的发展方向和低碳技术的研究和应用前景，以及问题和挑战，在低碳战争的情况下，能源行业需要解决的问题。

关键词：电力系统 碳排放 系统规划

电力系统实现一次能源向二次能源的转换以及电能的输配和使用，是国民生产中碳排放水平最高的部门之一。对低碳经济发展的压力以及我们的节能政策的通过将对发展造成许多挑战。作为连接电力生产和消费的电力供应系统中的一个节点，电网企业的主要职能是：与电力规划、运作和供电方面的投资有关的问题。在低碳发展的新时代，规划对主要商业网络的投资，企业经营将面临许多挑战和风险。在我国低碳电力发展的背景下，电力企业也应在能源系统的规划和投资方面发挥重要作用，为实现节能和减少排放的总体目标，发展低碳能源，支持国家生产。这就要求有针对性地分析与发展低碳系统有关的风险和挑战，以便找到有效的解决办法。

一、低碳经济的概念以及对电力系统产生的影响

1、简析低碳经济的主要观点。把低污染、低耗能、低排放作为发展基础的经济模式被称之为低碳经济，低碳经济的本质是组建清洁能源框架以及提升能源的有效利用率，低碳经济的主要观点是通过从制度、发展、技术三个方面的根本转变，促使社会主义经济发展中人为排放的二氧化碳和吸收的二氧化碳达到一个平衡状态。在应用低碳经济模式时，首先需要作为重点分析考量的是碳排放交易与低碳电力技术。

2、低碳经济对能源系统的影响。碳捕获技术的采用对能源系统的设计和运行有着深远的影响。采用能够科学和有效地减少碳排放的低碳技术，在某种程度上导致了发电厂建设成本的增加，这就对我国的电力系统提出了根据国家政策与我国电力的实际情况进行减排。另一方面，碳捕集电厂的运行机制以及结构特征具有明显的灵活性，与一般的火电厂的运行主要特征相比存在着较为明显的差异化，低碳经济技术给火电厂创造了全新的运营模式，除此以外，也给我过电力系统事业提出了更高的要求。

3、研究碳交易机制。通过引入碳交易机制，不仅给我国电力系统运营成本费用的支出带来了一定的影响，同时也给我国的电力系统在实际的操作中解决碳排放量高低的问题提供了捷径，当电力系统碳排放额过多时，可以销售多余的系统碳排放额，通过这样的形式获取一定的经济利润，可以减少电力系统的运营成本支出。相反，当电力系统中碳排放额较低时，则需要购入缺少的排放额，毫无疑问这就会增加电力系统的运营成本费用支出。因此，在系统的后续运行和初期规划工作中，应该根据实际的碳交易机制进行考虑与规划。除此之外，还应该在传统的影响因素考虑电力系统的排放额度，科学、合理的调度发电机组，并通过提高风电以及水电等清洁能源有效利用率，从而有效的实现最大限度的减排。

二、低碳电力系统规划的具体内容

1、低碳电网集成。将低碳能源系统纳入主流是低碳能源系统规划的中心内容，在国家和国际两级促进和便利能源部门的发展；在规划过程中必须首先考虑到经济和技术两个方面，以确保技术的实际应用和某些技术的获取。在这方面，必须加强上游和下游两级的综合电力规划，并在经济上加以考虑。环境惠益与经济惠益之间协同增效的好处。第二，必须考虑资源问题。优化资源整合不仅是根据当地条件开发新能源系统的一个重要环节，而且也是更广泛地应用能源技术的一个重要环节。

2、发电机组优化组合。发电机组是电力系统的核心，也是生产电力能源的重要设备。在低碳电力系统规划中，发电机组优化组合是一项重要内容，能够提高发电机组的稳定性，能够保证发电机组的正常运行，能够保证电力的生产，能够稳定输送电量，促进了新型电网建设。发电机组整合优化的难点在于将系统运营成本降至最低，但是同时又不能妨碍可持续发展策略的推行。在低碳发展战略实施后，发电机组优化组合成为了可能，不仅减少了不同机组组合之间的摩擦，而且有效降低了碳排放总额，同时电力系统的成本费用也有了明显的降低，凸显了低碳电力系统规划的重要作用。发电机组优化组合主要是通过合理的运转模式来实现，能够限制电力系统的碳排放，而且能够提升电力能源的生产效率和质量，有助于推进电力工业的低碳化进程。

3、环境和经济调度机制。环境和经济调度机制是低碳能源规划的基础，可促进低碳能源资源的最佳配置，有助于发展低碳能源系统。在设计生态经济和调度机制时，应注意三点：1）稳定性。环境保护和经济管理，即低碳管理，不仅与能源消耗有关，但这也影响到电力系统中的碳总排放量。在设计时必须注意规划的稳定性，以促进新能源的有序连接和有效减少总体积。2）公正。环境保护和经济管理涉及许多利益相关者的利益，在设计时要注重调度的公正性，这样才能让多方主体共同发挥作用。在设计时，必须特别注意公平分配，以便多边行动者能够共同行动。3）优化配置。环保经济调度机制的作用就是优化资源配置，这就意味着在设计过程中要始终坚持这一点，这样才能提高能源并网率，才能实现节能减排。

三、低碳目标下的电力系统规划分析

1、低碳电源的规划。电源规划就是依据规划期内的负荷预测要求，在满足可靠性前提下，寻找最理想的电源扩展方案。传统的能源规划方法是基于计划期间的总成本，主要是从从可靠性和成本效益的角度评估各种能源促进方案，但不考虑低碳排放。在低碳目标范围内，在规划能源系统扩展时，必须特别注意各种因素，与低碳经济的联系。低碳能源将在低碳目标中得到更多的关注。

2、低碳电网的规划。电网规划就是在电源规范和负荷预测的前提下对输电线路的投建方案进行确定。低碳目标下对电力研究的重点主要就是在发电侧和用电侧方面，在输电环节研究较少。让电力实现低碳发展的过程中输电环节也具有重要意义。所以在低碳目标下，在电力系统的规划阶段需要对不同网架结构的低碳效益进行重点考虑，主要包括如何降低网损，有效提高电网对清洁随机性电源的接纳能力及电网对电力系统低碳化的支撑作用。

3、低碳供电协调规划。能源供应和电力供应是电力系统中非常重要的组成部分，两者之间有非常直接的联系。电力系统的布局和容量将影响计划的输电线路。目前的能源系统结构也将影响到发电机组的布局。为了有效实现低碳目标，需要协调能源规划和能源系统。

四、低碳电力系统运行优化层面的研究现状与展望

1、低碳经济下的发电机组优化组合及优化启停。电力系统的机组优化组合及优化启停是用于确定各机组在某一调度周期中各时段上运行状态的优化问题，是进行机组优化调度的前提。常规的机组组合问题一般采用系统运行成本最小作为优化目标，而忽略了能源消耗对环境和社会可持续发展的负面影响。对考虑环境约束的机组组合问题进行了研究，但主要针对 SO2 和 NOx 等污染气体的排放，而未对CO2 排放进行有效的考量。在低碳经济模式下，不同的机组组合状态，在影响系统发电能耗的同时，也将导致碳排放总量的差异；同时，由于实行碳交易和碳排放额度限制，作为发电调度基础的机组组合，将在很大程度上影响系统发电的碳排放总量及其相应的费用，对整个电力系统的碳减排效果具有决定性作用。将 CO2 排放量最小化作为优化目标之一引入机组组合问题，建立了综合考虑 SO2 减排、CO2 减排和节能 3 个目标的机组组合模型，但并未考虑低碳经济相关要素的影响，有待进一步的深入研究。

2、低碳经济优化发电机布局。与UC不同的是，优化能源组合的布局是在参与系统中的能源组合的条件下安装的，强调机组之间的有效载荷分配是最大限度地提高能源系统效率的有效手段。电力系统的传统经济管理是在符合系统和发电机要求的条件下进行的，这有助于合理分配电力系统。每台发电机的单位功率和系统燃料的成本最小化，不考虑环境影响。随着人类社会日益关注环境问题，传统的经济规划也出现了缺陷，这导致了能源系统的环境和经济管理，同时考虑到SO2和NOx等主要污染物排放的影响。然而，低碳经济模式下的二氧化碳排放也会对电力分配产生影响。为协助最大限度地减少发电机组中的二氧化碳排放量，开发了一个低碳电力管理的双管齐下的模型，并正在开发一个新的模型。对CO2排放量的估算使用了碳税，并将其作为目标,这更充分地反映了在低碳经济中能源管理的优化。

3、展望未来。目前正在进行关于在低碳经济中优化能源系统功能的研究，并取得了一些成果，在这一领域进行研究的基础上提出的建议可在以下领域深化进一步的研究。（1）研究了碳交易、碳限制、碳捕获技术等的影响。考虑到低碳因素及其作用，在低碳经济中建立了一个比较完整的模型和方法系统，以优化能源系统的总量。（2）发电厂的碳捕获将是今后优化低碳能源系统的一个优先事项。从减少碳排放和经济角度进行经济分析，以及从系统接受和使用清洁能源的角度进行经济分析建立一个机制，以协调风力和电力捕获电厂、太阳能发电厂的工作，将发电厂碳氢化合物专用运行机制及其与普通机组的合作机制相结合，研究集聚能源的问题，优化运行，优化控制，优化备用功率。（3）研究在低碳经济中管理能源系统的规则和条例，为了在体制一级管理低碳电力发展。

低碳经济发展模式是我国未来保持可持续发展的必由之路。电力行业作为基础能源行业、碳排放量最高的行业，依据国家总体低碳发展路线实行碳减排至关重要。本文对低碳经济下电力系统规划和运行优化方面的研究现状及未来重点研究方向进行了全面的分析，力图建立较为完整的低碳电力系统规划与运行优化研究框架，以期为后续相关研究提供思路和方法借鉴。

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