含風電系統低碳經濟調度

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摘要：傳統能源的開發(fā)與消費對環(huán)境的影響越來越受到了人們的關注，現如今更多人倡導低碳出行、低碳經濟，那么可再生的清潔能源開發(fā)就符合低碳發(fā)展的需求。因此作為具有強大競爭力的風電能源，在近幾年得到了非常大的開發(fā)，極大地促進了電力的低碳化發(fā)展。為了使得碳排放轉化成為具有經濟價值的可調度資源，就需要在低碳經濟調度目標的建立中加入碳交易。為應對各種不良的影響，在經濟調度的目標中需要引入旋轉備用補償成本和負效率運行補償成本，并且需要構建一種新的低碳經濟調度模型，以實現電能生產的經濟性和低碳性，以此更好的促進低碳經濟的發(fā)展。

關鍵詞：碳交易；低碳經濟調度；風力發(fā)電

在“十二五”規(guī)劃綱要中已經將溫室氣體的排放指標納入五年計劃，說明國家非常重視溫室氣體排放的把控。因此，碳作為溫室氣體的主要元素之一，同時也是電力行業(yè)作為碳排放的主要來源之一，很明顯存在著非常大的優(yōu)化空間，低碳電力對于低碳經濟和電力的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。因此，風電作為可再生能源的清潔能源，在低碳經濟發(fā)展的時代得到了更多的應用與推廣。然而，在傳統的電力調度模型中，并未考慮到碳排放以及碳排放對環(huán)境所產生的影響問題，所以需要構建全新的電力經濟調度模型，以實現低碳與經濟的協調化和多問題單目標化。這種新型的經濟調度模型充分考慮了風電的不穩(wěn)定性，更好地使系統在安全的約束條件下實現低碳經濟調度目標。

一、含風電系統的低碳經濟調度模型

1.概述

系統排放最小和發(fā)電成本最小是含風電系統的低碳經濟調度模型中的兩個調度目標。在這個含風電系統的低碳經濟調度模型的構建中，對新型低碳經濟調度目標需要考慮到電能生產的經濟性和系統排放的低碳性，將多目標問題進行單一化，以此簡化優(yōu)算的過程，使其在簡化之后也能夠達到更加方便快捷、精確的結果。以經濟性和低碳性作為出發(fā)點考慮電能的生產與開發(fā)，提高碳的利用效率和降低碳的排放量，促進低碳經濟的發(fā)展。與此同時，還要考慮到風電出力的隨機性，故需要相關的專業(yè)模型，表示出其中的約束條件，更好地解決風電出力隨機性的問題。

2.基于碳交易的系統低碳調度目標

（1）系統低碳化目標

就我國現有的電源結構和發(fā)電技術來看，在短期內能夠控制電力二氧化碳排放最有效的方法之一，就是使用電力調度的方法。風能屬于可持續(xù)發(fā)展和可循環(huán)使用的清潔能源，使用風力發(fā)電就不會產生碳的排放。所以對于含風電的系統來說，主要會產生碳的排放就是內含的常規(guī)發(fā)電機組，這樣一來，那么系統的碳排放量最小化的目標用公示就表示為，其中研究周期時段數目為T，常規(guī)發(fā)電機組數目為N。

（2）碳交易的引入及分配原則

碳交易是為減少碳的排放量而建立起的一種碳交易機制，這是通過在合法允許的情況下進行的碳排放權的買賣。這也是政府在對碳排放總量的嚴格把控下將碳的排放權合理地分配到各個排放源，若是各個碳排放源的實際碳排放量小于實際分配到的排放量，那么就可以將剩余的排放量拿到市場上進行出售，從而獲得經濟利益。但是，若某排放源的實際排放量超出了分配到的實際排放量，就必須到市場上購買排放量來填補超出的部分，不然將會受到相關部門的巨額罰款。這種碳交易機制可以大大降低碳的排放量，并且促進清潔能源的使用與配置的優(yōu)化。對于碳的排放權問題，起初的分配方式主要有兩種，一種是免費分配，另一種則是有償分配。對于我國目前的電力行業(yè)來說，若是對其所擁有的碳排放權進行費用繳納，這會增加發(fā)電行業(yè)的經濟負擔，容易產生對碳排放權相關事宜的抵觸感，就難以更好地推動節(jié)能減排工作的開展。所以站在電力行業(yè)的角度上看，免費分配的方式更能得到行業(yè)的支持，也就會更加容易推行。所以在本文中所采用的是基于免費初始碳排放權的分配方式，即將碳的排放權的分配與系統發(fā)電量相互聯系起來。這樣一來，即使是不同的發(fā)電機組類型，都可以采用碳排放額度與發(fā)電量的正比關系進行分配。

（3）考慮碳交易的系統低碳化模型

在本文所闡述的內容中，只考慮到兩種碳交易情況，第一種：若某發(fā)電系統的碳排放量超過了所得到的分配額度，就需要在市場購買碳排放權以彌補超出的量；第二種：若是某電力系統的碳排量在規(guī)定時期仍小于所獲得的分配額度，就可以將多余的額度，也就是碳排放權，將其放到市場上去銷售，從而獲得碳交易的相關收益。這樣不僅能夠使碳排放權得到合理的調度，權衡相關者之間的利益，也能夠更好地實現碳交易的利潤最大化，從而實現碳排放的最小化。

二、模型分析

在傳統的模型研究中，大多數采用的就是多目標優(yōu)化的算法進行求解。但在本文中所提到的新型含風電系統的低碳經濟調度模型，則綜合了以往的低碳調度模型和經濟調度模型，改變了原來直接采用多目標優(yōu)化的方法，用相加的方法將多目標問題轉化成為了單目標，以此就可以將含風電系統的低碳經濟調度轉變成了簡單的經濟調度問題。在含風電系統的低碳經濟調度模型的建立中，表示各個影響因素換成了價格這個變動量，這樣就可以實現各個因素之間的直接相加，從而也不會影響最終結果，還能夠將其中存在的權重問題一并得以解決。再有就是考慮到現有的碳交易的電網規(guī)劃仍不是很完善，并且現在市場上的碳排放權交易主要是以發(fā)電企業(yè)或者是發(fā)電機組為單位而進行的實際情況，所以本文是從整體的發(fā)電系統的角度來看，將從整體出發(fā)進而協調發(fā)電企業(yè)或發(fā)電機組的碳排放的調度權，從而更好地實現發(fā)電的整體系統的低碳經濟調度。與傳統的模型相比較，本文所提出的新型經濟調度模型還增加了決策變量，更加豐富、擴展了模型的內容，使模型能夠更好的引導相關內容的開展。與此同時，在新型模型的構建中使用了價格的變量因素，因此低碳經濟調度目標的權重大小就由碳交易價格的高低來決定。若是碳的價格上升，那么系統的低碳經濟調度目標權重因素就會隨之增大；相反，若是碳的價格下降，系統的低碳經濟調度目標權重因素就會隨之減小。因此，各機組的發(fā)電出力就會由于碳交易的引入而受到影響，從而發(fā)生改變，這樣就能更好地實現電力系統低碳與經濟之間的協調，以及更加優(yōu)化地進行調度。

三、結論

近年來，傳統方式下的碳資源消耗帶來的經濟、環(huán)境問題已經引起了人們越來越多的重視。低碳環(huán)保出行也在不斷地深入人心，人們對于清潔能源的開發(fā)與需求的呼聲也越來越多。風能作為清潔能源的一個重要代表，隨著對風能開發(fā)的技術的逐漸成熟，其在節(jié)能減排方面發(fā)揮了巨大的作用。綜上所述，本文在對低碳調度和經濟調度模型的基礎上，極大地考慮了發(fā)電系統對環(huán)境的影響，以及各風電機組出力的隨機性，以引入碳交易的模式，通過碳排放權的協調分配，實現目前能夠最大化地降低碳排放量。在隨機規(guī)劃理論上建立的基于碳交易的含風電系統低碳經濟調度模型，改變了原來的優(yōu)化方法，用各因素之間相加的方法，實現了將多目標的問題轉化成單目標化。這種新型的模型與以往傳統的模型相比，更加全面地考慮了發(fā)電系統的經濟與環(huán)境效益，以及各發(fā)電機組之間的相關利益問題。利用碳價格的因素來調節(jié)相關方的交易利益，更好地綜合了低碳調度模式和經濟調度模式之間的相互協調，促進了相關方更好的發(fā)展，從而更加有效地推動低碳經濟與低碳環(huán)保事業(yè)的發(fā)展與進步。

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作者：劉陽 單位：中國華電集團有限公司四川分公司