低碳电力系统规划与运行优化策略

2022-04-03回俊龙凌云頔

黑龙江科学 2022年6期

回俊龙，凌云頔

(国网吉林省电力有限公司长春供电公司，长春 130000)

应对经济全球化发展及气候变化，应发展清洁低碳绿色经济。低碳节能电力工程技术是推动电力低碳技术转型、实现电力行业可持续发展的重要策略。

1 低碳电力技术

低碳绿色电力勘测技术是在地区建设项目中进行勘测应用设计，即组织展开低碳电力技术在本地区建设项目的勘测应用研究规划，落实低碳绿色发展理念，探索新生产材料、新生产装备、新生产工艺、新生产技术、新生产流程的综合应用。对低碳施工技术在建筑施工中的实际应用情况进行前期策划，实施建筑一体化低碳施工，在施工、调整试验、验收考核阶段推行符合低碳技术应用要求的“四节一环保”洁净化施工。通过以上设计、施工等措施，达到资源节约、环境保护、水土保持、生态保护的目的，加强过程质量管理，实现安全建设工程总目标[1]。

低碳电力理念的广泛引入对于我国电力行业发展具有重要意义。低碳电力经济技术的研究成果应紧扣低碳电力行业的本质属性，分析低碳电力经济对我国电力行业的深刻影响，促进低碳发展为主要目标，建立电力发展创新模式，促进现代电力工业发展。

表1为低碳电力技术概况。

表1 低碳电力技术概况Tab.1 General situation of low carbon power technology

碳排放的计算与评估。碳排放的计算与评估是低碳电力的技术基础，需从电力行业入手，探究碳排放的定量计算方法，了解电力行业碳排放发展现状，对未来的排放趋势进行预测。

网络化的碳排放分析方法。除了对电力系统碳排放的总量特性进行分析外，还需引入网络碳排放流的概念与分析理论，将电力系统的碳排放与电网的拓扑结构相结合，研究网络化的碳排放分析方法与计算模型，掌握电力系统中影响碳排放的关键因素，对电力系统面向低碳目标的运行方式和电网规划提出针对性的指导。

要促进可再生能源的低碳技术应用，如风能、太阳能、水能发电等，优化低碳经济能源结构，促进总体能源结构的升级。

2 低碳电力技术及碳交易机制的影响

低碳技术中，CCS在电力行业中应用较为广泛，其能够实现对排放源释放的二氧化碳气体的分离与捕集，在管道支持下实现运输与封存，避免大量二氧化碳排放至空气中造成温室效应。火电厂通常会开展碳捕集设备的加装工作，以实现对碳排放量的有效控制，为减少碳减排提供极大助力。在碳捕集技术的支持下，电力系统运行与规划发展产生了较大变化。规划过程中，低碳技术可使碳排放量降低，但会增加电厂运营成本，需从减排的社会效益与成本控制的经济效益方面入手，进行权衡考虑，结合自身发展需求来响应减排政策。在运行优化方面，电厂引进碳捕集技术，其运行机制相对其他电厂来说更为灵活、更具潜力，但是运行模式的改变会增加电力系统的调度难度。

引入碳交易机制，电力系统能够更灵活地解决碳减排与经济效益之间的矛盾，对运行成本的优化具有积极意义。在电力系统产生富余碳排放额度时，通过出售额度的方式可实现经济效益的增长，有效缓解电力系统的运维成本压力。在碳排放额度不满足需求的情况下，电厂则需按规范要求支付罚款并进行额度购买，这将使电厂的运维成本进一步增加。在规划运行时，要将碳交易机制纳入工作范围，考虑传统因素，基于碳排放额度的影响对电网结构和电源结构规划进行适当调整。运行过程中，电力公司需要做好发电机组的调度管控，在发展新能源的基础上进一步推行碳捕集电厂的建设发展，确保碳减排工作的有序推进。

3 低碳发电技术特性

低碳发电技术是促进我国电力行业发展的关键。低碳发电技术的应用选择，除了受能源成本、效益、风险与技术成熟度等因素的影响，还与能源储备、资源环境、电力行业发展情况密切相关。低碳发电技术尚不成熟，具有发展风险大、成本高、效果不确定等特点，主要类型包括清洁风能发电应用技术、igccs发电应用系统等高效风能发电应用技术，核电、水电、光伏、生物质热能发电等低碳风能发电应用技术。应分析各种发电技术的经济效益、制约因素与应用前景，结合我国电网规划与能源调度各个环节，使电力系统碳排放在2025年达到顶峰[2]。

4 低碳电力系统规划

电力系统工程规划设计主要是对电力系统实际运行的一种模拟，需要立足于实际，解决实际应用问题，模拟电网建设运行，找到电网建设中的薄弱点，确定电网重点建设项目及建设总体方案、规模和施工时序，确定电网项目的实际投资额和具体需求。

低碳储能电力系统的总体规划主要包括对开发低碳储能电源与建设低碳智能电网的规划。在能源系统碳排放中，电力系统的碳排放约占40%，应通过征收电能资源替代税的方式有效减少电力终端用户的直接能源碳排放[3]。从低碳智能电源的应用来说，其与发电负荷变化预测有着直接的关系，如果在智能电网投入运营之后再开始进行节能改造，将增加运营成本，降低发电机组工作功率与能源效率。因此，改造配套措施应基于前期的技术论证与规划来开展，避免受到外部因素的影响，促进其应用。

电源和电网是电力系统的重要组成，应对电力系统运行进行科学合理规划，促进电源低碳化发展。在安装电源时，要根据电力系统实际负荷进行安全建设，综合考虑系统建设成本及后期运行管理，对电力系统的电源设计展开合理规划评估。

5 低碳电力系统的优化策略

5.1 优化启停发电机组

优化各个发电机组在启动调度期内每个特定时间段的电机运转状态，对发电机组进行优化启停整合。规划发电机组的目的是将电力系统的实践运营成本降至最低，不同电力机组之间的组合将直接影响电力系统发电能耗，甚至会导致系统碳排放量与总额之间存在一定的差异[4]。

5.2 优化调度发电机组模式

优化电力调度管理可保证电力发电机组的正常运营，要合理协调火力发电机组的电源发电量，将电力燃料发电成本降到最低。除了优化电力运行管理模式以外，还要充分考虑环境资源保护，基于节能低碳绿色经济发展理念，优化调度发电机组模式。

5.3 优化含碳捕集电厂

碳捕集与封存装置的运行机制非常复杂，具有一定的应用局限性。针对新型含碳捕集热电联产燃气机组的碳利用和运行经济性问题，应构建集风电、电转气(powerto-gas，P2G)一体的虚拟电厂，以虚拟电厂收益最大化为目标，以CO2捕集率、热电比、电转气功率为决策变量，建立虚拟电厂优化运行模型。这种聚合模式的虚拟电厂可获得更高的经济效益、更好的风电消纳效果、更低的碳排放[5]。

6 低碳电力系统规划展望

电网与电源是电力系统规划过程中密不可分的两部分，低碳电力系统规划需要做好两方面的协调配合。在电源方面，电力公司要做好容量、布局的充分预测，确保电压等级、输电容量、线路走向等符合城市发展需求；电网结构对于电源装机工作具有较大影响，在低碳经济体系中，要综合考虑电网和电源因素，确保碳减排的电力负荷稳定供应[6-8]。

输电网与发电厂协调配合，才能实现就近并网，避免因大量转移而产生不必要的线路损耗，在满足正常用电需求的情况下降低碳排放量。电力系统规划目标是满足市场电力需求，特别是满足消费者的电能需求，由此可见，碳排放的根源在于电力负荷，输电网的合理规划能够从分布和流动方面对碳排放进行引导。应重点控制电网与电源协调规划，推动低碳经济发展，减少碳排放。进一步开发可再生清洁能源，潮汐能、风能等通常来自于偏远区域，应根据电力负荷需求建设输电线路，做好可再生电网专用输电线路的规划[9]。

很多专业人员对电力系统电源开展了规划研究，规划设计和方法已初获成果，但对于电网与电源协调方面的规划相对较少，未来需要进行更深入的研究。其中，可再生风电应作为核心技术，为低碳电力规划提供了助力，应针对风电能源并网进行充分评估分析，在满足布局规划要求的情况下，尽可能提高电网接纳新能源的能力。目前，碳捕集技术设备已应用于火电厂中，而火电厂系统运行分析的算法模型较为简易，应将完全捕集分析转化为动态捕集分析，确保火电厂的优化配置计算结果与实际相符。跨区输电将成为配置大区资源的重要途径，应对电力联网规模进行分析，对电量输送、电源类型应用进行综合优化。要加强电网和电源协调规划，提升电力系统的运行可靠性[10]。

电力行业在针对电力系统在低碳经济体系中的运行优化情况进行了较多研究，相关成果推动了运行优化水平的有效提升。在后续研究工作中，电力公司需要对碳捕集、碳交易相关技术进行深入分析，进一步优化发电机组的启停和组合模式，针对性地建立相应的优化模型和算法体系。在碳捕集方面，要充分考虑系统接入碳捕集后的变化情况，从安全、经济、低碳等多方面入手，综合考虑碳捕集电厂的价值，考虑新能源电厂与碳捕集电厂的协调配合与运行优化模式，建立常规机组与碳捕集机组的配合运行模式。相关部门应有针对性地推出运行调度政策，为低碳电力系统规划提供动力[11-12]。