[論文]20電網(wǎng)環(huán)保節(jié)能經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度研究

1、論文20電網(wǎng)環(huán)保節(jié)能經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度研究論文20電網(wǎng)環(huán)保節(jié)能經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度研究電網(wǎng)環(huán)保節(jié)能經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度研究重慶大學碩士學位論文學生姓名：郭婷婷指導教師：段其昌教授專業(yè)：自動化學科門類：控制理論與控制工程重慶大學自動化學院二。一 O年四月Study on Optimization of Efficient Power Scheduling Based on Energy Conservation and Environmental Protection A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulf川ment of the Requ

2、irement for the Degree of Master of Engineering By Guo Tingting Supervised by Duan Qichang Specialty :Automation College of Automation of Chongqing University, Chongqing, China April,2010 重慶大學碩士學位論文中文摘 要摘要 人類的進步和發(fā)展帶來了能源的逐漸枯竭、環(huán)境 的日益惡化、人口的快速增長等一系列全球化的問題。這些問題在困擾著人類文明進一步發(fā)展的同時，也使人類 逐漸意識到傳統(tǒng)的資源管理方式已經(jīng)不能適應新的

3、形勢，必 須用新的觀點和方法迎接能源、環(huán)境、人口等各種挑戰(zhàn)，不 能僅考慮供應方的利益需求，還應追求需求側(cè)的資源節(jié)約和 成本節(jié)約，并把節(jié)約的能源也作為供應方一種可替代的資 源，優(yōu)化資源配置，使資源利用成本最小。自20世紀中葉以來，電力系統(tǒng)己成為工業(yè)系統(tǒng)中規(guī)模最 大、層次復雜、資金和技術(shù)密集的復合工程系統(tǒng)之一，在人 類的生產(chǎn)和生活中扮演了極其重要的角色。電能作為現(xiàn)代社會的主要二次能源，在供應著現(xiàn)代化社會 生產(chǎn)和生活的大部分能量的同時，耗費了大量煤、石油等一 次能源。在黨的十七大報告中，明確提由了要加強能源資源節(jié)約和 生態(tài)環(huán)境保護、增強可持續(xù)發(fā)展能力的目標。對于電力系統(tǒng)這樣重要的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，如何在

4、保證安全 供電的前提下減少能源資源消耗，提高其運行效率，實現(xiàn)其 優(yōu)化運行，成為電力系統(tǒng)工程技術(shù)人員和學者研究的熱點。尤其近幾年，隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水 平的快速提高，用電量急速增長，全國都面臨著電力嚴重短 缺的局面。在如此嚴峻的形勢下，深入研究電力系統(tǒng)的潮流優(yōu)化問題 更具有十分重要的意義。本論文較為系統(tǒng)地分析了關(guān)鍵詞：流化床，燃煤固硫渣，活性，膨脹，資源化(不多于5個)II重慶大學碩士學位論文英文摘要ABSTRACT Due to lackof effective ways to utilize the bottom ashes of circulating fluidized

5、 bed combustion (CFB ashes), it is difficult to use widely the advanced technology of circulating fluidized bed combustion and defulfurization. In this paper, the properties of the CFB ashes are systematically analyzed and then a series of methods are proposed to evaluate the reactivity of CFB ashes

6、. Meanwhile, the factors influencing and the method activating the reactivity of CFB ashes, and the expansion properties are investigated experimentally. The spontaneous setting, and the mechanism of activation of reactivity of CFB ashes and its expansion are investigated by XRD and SEM. Finally, th

7、e utilization in building materials of CFB ashes is studied The properties of CFB ashes show it is difficult to utilize CFB ashes in building materials, however reasonable using its properties is possible in building materials. As concrete fine aggregate, it can improve structure of interface betwee

8、n aggregates and cement paste for its reactivity, then can increase the concrete flexural strength. As concrete additive can fully activate the reactivity, and can partly compensate the concrete shrinkage. Because of performance of the fresh concrete and durability, it is better to use it with FA. T

9、hey both influence performance of the fresh concrete. It can produce CFB ashes-fly ash mortar used indoors and CFB ashes-fly ash-clinker mortar used outdoors with low shrinkage by using the cement and expansion of CFB ashes. CFB ashes mixed with lime, FA or cement, can be used for roadbed mixture in

10、 road engineering. Keywords :Circulating Fluidized Bed Combustion, CFB Ashes, Reactivity, Expansion, Utilization in Building Materials.重慶大學碩士學位論文 目錄 目錄摘 要I ABSTRACTII 1 緒論1 1.1問題 的提生及研究意義1 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.2.1國外節(jié)能環(huán)保調(diào)度現(xiàn)狀2 1.2.2國內(nèi)節(jié)能環(huán)保調(diào)度現(xiàn)狀3 1.2.3電力發(fā)電調(diào)度機制改革 4 1.3本文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)6 1.3.1本文研究的內(nèi)容6 1.3.2本文研究的結(jié)構(gòu)6 2電力

11、節(jié)能環(huán)保調(diào)度 理論研究7 2.1電力節(jié)能經(jīng)濟調(diào)度內(nèi)容7 2.1.1電力經(jīng)濟調(diào)度內(nèi)容7 2.1.2電力節(jié)能的主要方面8 2.2電力調(diào)度環(huán)保問題10 2.2.1各電廠對環(huán)境的影響10 2.2.2減少電力環(huán)境污染的方法11 2.3電力調(diào)度的相關(guān)算法11 2.3.1電力調(diào)度常規(guī)算 法11 2.3.2電力調(diào)度智能算法13 2.4本章小結(jié)15 3電力節(jié)能 經(jīng)濟調(diào)度模型研究16 3.1電力機組相關(guān)特性研究16 3.1.1單機機組的耗量特性16 3.1.2機組啟動耗量特性19 3.2傳統(tǒng)經(jīng)濟電力調(diào)度模型20 3.2.1以煤耗最低為目標的模型203.2.2以購電成本最低為目標的模型22 3.2.3以污染排放總量

12、最小為目標的模型 23 3.3電力節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟調(diào)度模型243.3.1傳統(tǒng)調(diào)度模型的弊端24 3.3.2節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟調(diào)度的要求24 3.3.3目標函數(shù)25 3.3.4約束條件25 3.4本章小結(jié)26 4 電力經(jīng)濟調(diào)度算法研究27 4.1粒子群優(yōu)化算法27 4.1.1粒子群優(yōu)化算法的基本原理27 4.1.2自適應慣性權(quán)重的改造29 4.3禁忌搜索算法31 4.3.1禁忌搜索的相關(guān)參數(shù)和操作31 4.3.2禁忌搜索算法的基本流程 32 4.4基于禁忌搜索的動 態(tài)粒子群算法 34 4.4.1 TS-APSO算法思想34 4.4.2 TS-APSO 算法流程34 4.5仿真實驗與對比分析 37 4.6本

13、章小結(jié)40 5 基于TS-APSO算法在電力調(diào)度中的應用研究41 5.1多目標電力調(diào)度模型的化解 41 5.2基于TS-APSO算法的求解過程（結(jié)合模型）41 5.3算例分析47 5.4本章小結(jié)55 6結(jié)論與 展望56 6.1主要結(jié)論56 6.2后續(xù)研究工作的展望 56致 謝 57參考文獻58附錄61 62重慶大學碩士學位論文1緒論1緒論1.1問題的提由及研究意義能源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。我國是世界第二大能源消費國，但人均能源占有量不到世 界平均水平的一半，能源稀缺，成為制約中國經(jīng)濟持續(xù)高速 發(fā)展的瓶頸1。另一方面，與世界先進水平相比，我國能源利用效率和經(jīng) 濟效益還存在著較大差距

14、。高耗能產(chǎn)品的能源消耗要比發(fā)達國家平均水平高40%左右，單位產(chǎn)值能耗大約是世界平均水平的2倍多，能源有效利用率要比世界平均水平低10多個百分點2。因此，節(jié)約能源和提高能源利用率的潛力很大，充分挖掘 節(jié)能潛力，降低能源消耗，是擺在我們面前的一項緊迫任務。電力工業(yè)既是重要的能源生產(chǎn)部門，同時又是耗能大戶。電力系統(tǒng)在發(fā)、供、用電過程中，其自身電能損耗是相當 大的。據(jù)有關(guān)資料的估算：從發(fā)電、供電、用電全過程中，廣義電力系統(tǒng)中的各種電氣 設(shè)備總的電能損耗約占發(fā)電量的28%33%,我國發(fā)電機、變壓器、電力線路、電動機等電氣設(shè)備，電能損耗總量每年 高達30003700億kWh ,這相當于一個較大電力系統(tǒng)的發(fā)

15、電 量3 o所以挖掘節(jié)能潛力，實施電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度，降低電力系統(tǒng)的 損耗，提高供電的經(jīng)濟效益是電力調(diào)度部門的中心工作。過去由于供電負荷緊張，人們只注重安全可靠供電，而不 太注重電網(wǎng)的經(jīng)濟運行和經(jīng)濟效益。現(xiàn)在隨著電力工業(yè)的發(fā)展，供電不足的矛盾已基本解決， 人們逐漸認識到電網(wǎng)降損節(jié)能、提高經(jīng)濟效益的重要性。隨著中國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，發(fā)達國家上百年工業(yè)化過 程中分階段由現(xiàn)的環(huán)境問題在中國集中由現(xiàn)，環(huán)境與發(fā)展的 矛盾日益突生。資源相對短缺、生態(tài)環(huán)境脆弱、環(huán)境容量不足，逐漸成為 中國發(fā)展中的重大問題。黨的十七大報告指由：堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策，關(guān)系人民群眾切身利 益和中華民族生存發(fā)展?！比缃?，轉(zhuǎn)變

16、經(jīng)濟發(fā)展方式、大力推進節(jié)能環(huán)保成為舉國上 下的共識，也是當前及今后相當長一段時期內(nèi)我國經(jīng)濟工作 的中心任務之一。電力工業(yè)是生產(chǎn)清潔二次能源的重要產(chǎn)業(yè)，但其中的燃 煤發(fā)電業(yè)又是化石能源消耗和污染物排放的大戶。據(jù)有關(guān)資料顯示，2006年，中國的發(fā)電用原煤超過了12億噸，占全國煤炭消費總量的一半，排放的二氧化硫占全國 排放總量的54%,火電用水占工業(yè)用水的 40%,煙塵排放占 全國排放量的20%,產(chǎn)生的灰渣占全國灰渣總量的70% o大量燃用煤炭帶來了許多環(huán)境污染問題。加強電力行業(yè)節(jié)能減排工作，減少煤炭等能源資源的消耗，對緩解我國能源供應壓力， 保障國家能源安全意義重大。然而，由于前幾年電力供應緊張，

17、促使各地燃煤機組大量建設(shè)，小機組關(guān)停步伐放緩，導致了電源結(jié)構(gòu)的進一步惡化。嚴峻形勢之下，有關(guān)人士將目光投向發(fā)電調(diào)度方式的改 革，通過改革發(fā)電調(diào)度方式來加快小火電機組的關(guān)停和淘 汰。據(jù)有關(guān)分析，若實行節(jié)能調(diào)度，充分利用高效的機組發(fā)電， 逐步淘汰高能耗的小火電機組，每年將節(jié)約發(fā)電用原煤1億噸以上，由此初步推算，還能減排煙塵約30萬噸、二氧化硫約90萬噸、氮氧化物約 50萬噸、二氧化碳約1.6億噸。如此效果顯然是以往調(diào)度方式下的節(jié)能措施無論如何難以做到的O問題還在于它在直接降低發(fā)電用煤及相應污染物排放的 同時，還能間接地減少煤炭開采對環(huán)境的破壞和煤炭運輸對 環(huán)境的污染，其社會效益與經(jīng)濟效益十分巨大。

18、節(jié)能環(huán)保調(diào)度不僅是電力工業(yè)落實節(jié)約資源和環(huán)境保護 國策的主動積極之舉，也是促進自身轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、走新型 工業(yè)化道路、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求。實施節(jié)能環(huán)保調(diào)度既有利于貫徹落實節(jié)能減排目標，也有 助于加快電源結(jié)構(gòu)調(diào)整，加速電力企業(yè)分化，促進可再生能 源發(fā)電機組和大型環(huán)保機組的發(fā)展，迫使高耗能和高污染的 小煤電以及燃油發(fā)電機組逐步退由市場。這對加速我國電力產(chǎn)能優(yōu)勝劣汰，促進電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)整體 優(yōu)化升級產(chǎn)生推動作用。節(jié)能環(huán)保調(diào)度是在我國經(jīng)濟社會發(fā)展的特殊時期、電力工 業(yè)肩負特殊使命背景下由臺的重要改革舉措，也是我國電網(wǎng) 調(diào)度方式的一次重大變革。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1國外節(jié)能環(huán)保調(diào)度現(xiàn)狀 美國

19、 是世界上最大的能源消費國，70年代后期，隨著世界性的能源短缺和環(huán)境問題的日益嚴重，為了提高能源的利用效率， 減少能源浪費和環(huán)境污染，美國相繼推由了公共電力公司 管制法和國家節(jié)約能源法等有關(guān)法規(guī)。例如，如果一家企業(yè)被判處違反節(jié)能、潔能法規(guī)，處罰將非常嚴厲，要么倒閉垮臺，要么常年承擔清理污染責任而負擔沉重。因此，他們都不敢輕易以身試法。美國的新能源法主要以減稅等豉勵性立法措施，刺激企 業(yè)家及家庭、個人更多的使用節(jié)能、潔能產(chǎn)品。該法規(guī)規(guī)定，在未來 10年內(nèi)，美國政府將向全美能源企 業(yè)提供146億美元的減稅政策，以豉勵石油、天然氣、煤氣 和電力企業(yè)采取節(jié)能、潔能措施。止匕外，美國有12個州實施可再生

20、能源配額制度和綠色電 力認證等，推行可再生能源發(fā)電市場的發(fā)展，獲得認證的供 電商可以在市場營銷中使用綠色電力標志，普遍得到了可再 生能源公司和民眾的支持4。巴西在能源生產(chǎn)方面能夠自給自足，主要受益于可再生 能源的開發(fā)和利用。巴西能源與礦產(chǎn)部長西拉斯最近強調(diào)指由，隨著社會的參 與和人們對提高生活質(zhì)量的承諾，可再生能源的投資會相應 增加。巴西可再生能源的原料利用率已經(jīng)達到44.6% ,而全球的平均利用率是13.5%,巴西的目標是達到 50%。在生物發(fā)電、生物柴油和潮汐發(fā)電等領(lǐng)域進行的能源資源 研發(fā)方面，巴西也位于世界的前列。目前，法國運行中的核電機組共有59座，總功率為63363MW ,占到了全球

21、總數(shù)的 14%及全球總量的17. 6%。法國核電機組每年供應 4000多億kWh電力，占總發(fā)電量 的約78%,位居世界主要工業(yè)大國的首位。很明顯，核電現(xiàn)在已經(jīng)在法國電力及能源中占據(jù)了舉足 輕重的位置，為保證本國經(jīng)濟穩(wěn)步和迅速發(fā)展發(fā)揮著極為重 要的作用。同時，核電作為安全清潔的能源，還為法國保持一個優(yōu)良 的生態(tài)環(huán)境發(fā)揮著突生作用。與周邊國家相比較，法國目前的CO2排放水平是相對較低 的，而這一成績的取得應主要歸功于核電。長期以來，法國一直優(yōu)先發(fā)展核電，而大量減少火電。發(fā)展核電每年使法國少排放 3.45億噸CO2,為改善法國以 及世界的環(huán)境質(zhì)量做由了重要貢獻。1.2.2 國內(nèi)節(jié)能環(huán)保調(diào)度現(xiàn)狀近年來

22、，我國經(jīng)濟快速增長，各項建設(shè)取得了巨大成就，但也付由了巨大的資源和環(huán) 境代價，經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，這種狀況與 經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不合理、增長方式粗放直接相關(guān)。不加快調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變增長方式，資源難以支撐，環(huán) 境難以容納，社會難以承受，經(jīng)濟發(fā)展難以持續(xù)。電力工業(yè)是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要支撐，隨著電力工業(yè)規(guī)模 的不斷擴大，充足的電力供應有力地支持了經(jīng)濟的快速發(fā) 展，但電力工業(yè)自身的能源消耗和污染排放問題也日益突由，使其成為能源消耗大戶和主要的污染源。我國政府己經(jīng)開始高度重視能源節(jié)約和污染物減排工作，十一五”規(guī)劃綱要將 單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低”和污染物排放總量減少”列為約束性指標5-6。作為

23、社會普遍關(guān)注的節(jié)能減排的重點領(lǐng)域，電力工業(yè)又好又快地發(fā)展將成為經(jīng)濟社會發(fā)展的主旋律。20世紀80年代前，發(fā)電調(diào)度采用發(fā)電燃料消耗最低或者 發(fā)電成本最小原則進行調(diào)度，發(fā)電煤耗量小或發(fā)電成本低的 機組先運行，發(fā)電煤耗量大或發(fā)電成本高的機組后運行。從20世紀80年代初期開始，隨著集資辦電政策的實施， 形成了獨立電廠和直屬電廠并存的局面，存在著混合的發(fā)電 調(diào)度方式。2002年電力體制改革后， 實現(xiàn)了廠網(wǎng)分開，發(fā)電廠歸屬了 不同的發(fā)電主體。電力市場規(guī)則不完善，發(fā)電競爭上網(wǎng)市場尚未建成，能耗 高、效率低的中小火電機組和能耗低、效率高的大型火電機 組的年運行小時數(shù)基本相當，存在只求公平而忽視效率的傾 向。可

24、以看生，現(xiàn)有的發(fā)電調(diào)度排序原則未能從降低能源消耗 的角度來進行優(yōu)化，已不能適應建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好 型社會的要求。因此研究以節(jié)能環(huán)保為目標的電力調(diào)度方式來促使高效 節(jié)能機組多運行、淘汰低效高能耗發(fā)電機組、提高電力行業(yè) 的整體效率勢在必行。2008年8月，國家發(fā)展改革委員會、環(huán)?？偩?、國家電 監(jiān)會、能源辦頒發(fā)了節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法（試行），并提由要在全國范圍內(nèi)推行節(jié)能發(fā)電調(diào)度改革試點工作，其主要指導 思想是在保證電力系統(tǒng)安全運行和連續(xù)供電的前提下，以節(jié) 能、環(huán)保為目標，通過對各類可調(diào)發(fā)電機組按能耗排序，以 分省排序、區(qū)域內(nèi)優(yōu)化、區(qū)域間協(xié)調(diào)的方式，實施優(yōu)化調(diào)度， 使電能生產(chǎn)中消耗的煤炭、石油最少，

25、對于減少能源消耗和 污染物排放，緩解我國能源供應壓力，保障國家能源安全， 推動國民經(jīng)濟又快又好發(fā)展，具有重要戰(zhàn)略意義。2007年8月2日國務院已同意并正式公布由國家發(fā)改委、 國家環(huán)?？偩帧译姳O(jiān)會和國家能源辦聯(lián)合制定的節(jié)能 發(fā)電調(diào)度辦法。新的節(jié)能發(fā)電調(diào)度方式將改變過去對每臺發(fā)電機組平均 分配發(fā)電量的做法，在保證電力系統(tǒng)安全運行和連續(xù)供電的 前提下，以節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟原則對機組進行排序，確定機 組的年發(fā)電量，以分省排序、區(qū)域內(nèi)優(yōu)化、區(qū)域間協(xié)調(diào)的方 式，實施優(yōu)化調(diào)度，使電能生產(chǎn)中消耗的煤炭、石油最少。新的發(fā)電調(diào)度開始實行后，將直接影響機組的利用小時 數(shù)，從而牽動電廠經(jīng)濟效益。改革現(xiàn)行發(fā)電調(diào)度方式

26、，開展節(jié)能發(fā)電調(diào)度，對于減少能源消耗和污染物排放，緩解我國能源供應壓力，保障國家能 源安全，推動國民經(jīng)濟又快又好發(fā)展，具有重要戰(zhàn)略意義。節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法暫時僅在江蘇、河南、四川、廣東 和貴州等5省試行。2007年12月1日-12月29日，貴州省電網(wǎng)公司進行模擬 試驗，模擬試驗期間，貴州電網(wǎng)嚴格按照國家和省政府相關(guān) 文件執(zhí)行，在近一個月的模擬運行中，貴州電網(wǎng)按節(jié)能發(fā)電 調(diào)度的原則進行發(fā)電計劃曲線的編制執(zhí)行、進行節(jié)能發(fā)電調(diào) 度信息發(fā)布等工作時的工作流程、工作職責和部門間協(xié)調(diào)能 力完全經(jīng)得住考驗。通過對節(jié)能發(fā)電調(diào)度計劃和常規(guī)發(fā)電計劃的比較分析，模 擬運行期間，共節(jié)約標準煤1.66萬噸，平均每千瓦時降

27、低煤 耗234克，節(jié)能發(fā)電調(diào)度成效己初步顯現(xiàn)。2007年12月19日0:00-24:00,四川省電力公司進行了節(jié) 能發(fā)電調(diào)度實際調(diào)電試驗。這是一次實戰(zhàn)，試驗期間，安排水電等清潔能源最大可調(diào) 出力800萬千瓦全額上網(wǎng)發(fā)電，按照能耗水平依序安排750萬千瓦火電機組上網(wǎng)發(fā)電。有6臺共77萬千瓦煤耗和污染物排放高的機組停運，部 分煤耗較高、排序靠后的火電機組全天僅能按最低技術(shù)生力 運行，按能耗排序在前的 60萬千瓦火電機組全天滿發(fā)。當日，全網(wǎng)煤耗水平顯著下降，根據(jù)實際運行情況分析,與傳統(tǒng)調(diào)度模式對比，調(diào)電試驗當日節(jié)約標準煤424.8噸,相當于平均供電煤耗降低 2.9克/千瓦時。節(jié)能環(huán)保調(diào)度相對于以往的

28、調(diào)度來說是一種全新意義上 的改革，它將徹底改變以往各發(fā)電廠平均分配發(fā)電指標的局 面，對整個電力行業(yè)的發(fā)展將帶來深遠影響。1.2.3 電力發(fā)電調(diào)度機制改革 傳統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)電調(diào)度 傳統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)電調(diào)度經(jīng)歷了近百年的歷史，為電力工業(yè)體制的發(fā) 展留下了寶貴的經(jīng)驗。在我國垂直一體化的管理體制時期，曾一直實行按照煤耗水平排序的傳統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)電調(diào)度方式。此調(diào)度方式是根據(jù)動力系統(tǒng)調(diào)度管理規(guī)程編制動力系 統(tǒng)和系統(tǒng)內(nèi)各發(fā)電廠日負荷調(diào)度曲線，使整個動力系統(tǒng)在最 經(jīng)濟方式下運行，本著發(fā)電煤耗最小或發(fā)電成本低的機組先 運行，發(fā)電煤耗量大或發(fā)電成本高的機組后運行的原則。具體做法是：采用等耗微增供電煤耗率法進行各發(fā)電廠間的有功負荷分

29、配，并進行網(wǎng)損修正"當僅改變負荷分配無法滿足負荷需 求變化時，就需要通過機組組合，滿足系統(tǒng)負荷需求，使系 統(tǒng)總煤耗最小。 計劃模式發(fā)電調(diào)度 20世紀70年代，我國國民經(jīng)濟的 迅猛發(fā)展，電力消費增速加快，全國用電緊張，電煤以及其 它因素對缺電的矛盾開始加劇。為了盡快解決缺電問題和確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，國 家開始實行集資辦電，豉勵大、中、小電站一齊建設(shè)，對各 類發(fā)電企業(yè)平均分配發(fā)電量計劃指標逐漸成為電力調(diào)度的 核心。按這種調(diào)度規(guī)則，每臺發(fā)電機組每年發(fā)電利用小時都由調(diào) 度指標決定，電力調(diào)度機構(gòu)按月跟蹤年、日跟蹤月”的方式執(zhí)行；小火電沒有達到預定的發(fā)電計劃指標時，大機組即使 還有潛力也不

30、能多發(fā)；燃煤機組未完成電量計劃時，水電機 組也可能棄水。這樣，計劃調(diào)度方式在一定程度上演化成為公平而公平”、簡單平均的發(fā)電調(diào)度方式。這樣，使得網(wǎng)內(nèi)同類型機組無論在煤耗、效率和排放水平 上有多大差異，都會得到基本相同的年利用小時數(shù)。在此調(diào)度方式下，一方面低效、高排放機組無需技改降耗 就能旱澇保收；另一方面使得高效、低排放機組經(jīng)濟壓力過 大，造成發(fā)電企業(yè)投資建設(shè)節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟型電廠的動力 受到壓制7。節(jié)能環(huán)保發(fā)電調(diào)度電力工業(yè)不僅是經(jīng)濟發(fā)展的支撐，也是能源消耗與環(huán)境污染的大戶，要發(fā)展資源節(jié)約型社 會經(jīng)濟必須要提高電力生產(chǎn)效率，要保護環(huán)境更要處理好電 力生產(chǎn)環(huán)節(jié)的污染問題。針對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、關(guān)停小火

31、電等方面，陸續(xù)由臺了一系 列宏觀調(diào)控措施。同時，電力工業(yè)應參照環(huán)保部門的有關(guān)標準，嚴格控制污 染物排放水平，并將減少污染物排放量作為衡量發(fā)電調(diào)度方 式優(yōu)劣的一項重要指標8 o 市場環(huán)境下的發(fā)電調(diào)度市場環(huán)境下的發(fā)電調(diào)度模式是在電力行業(yè)的發(fā)、輸、配、售電環(huán)節(jié)均分離并形成競爭市 場后實施的，以市場競價的結(jié)果為依據(jù)制定發(fā)電計劃。目前，西方發(fā)達國家已經(jīng)實施了競價上網(wǎng)的發(fā)電調(diào)度模 式，通過有效的市場競爭手段達到全網(wǎng)購電成本最低的目 的。具體調(diào)度方法是對網(wǎng)內(nèi)一定容量以上的機組參與競價交 易，按其上網(wǎng)電價的報價高低來決定機組的電量。要實現(xiàn)這一理想目的，需要具備諸多方面的條件。首先，網(wǎng)內(nèi)裝機富裕，當裝機不足時，

32、為滿足負荷需求已 有機組要盡量滿發(fā)，無法形成競爭基礎(chǔ)；其次，需要完善的 市場規(guī)則，如果市場規(guī)則不完善，會導致市場操縱力濫用， 個別市場參與者控制價格謀取超額利潤。1.3本文的研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)1.3.1本文研究的內(nèi)容 課題研究目標是通過分析節(jié)能環(huán)保發(fā)電調(diào)度的特點以及相關(guān)理論知識，建立節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟調(diào)度模型，并通過相關(guān)算法進行 優(yōu)化調(diào)度，使電力調(diào)度更節(jié)能，環(huán)保，經(jīng)濟。課題將在廣泛閱讀文獻的基礎(chǔ)上，闡述節(jié)能環(huán)保發(fā)電調(diào)度概念的提生和實踐的發(fā)展狀況，深入探討節(jié)能環(huán)保調(diào)度實施 的必要性、內(nèi)容和要求，研究節(jié)能環(huán)保調(diào)度實施的原則和保 障措施。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)的電力調(diào)度模型，提由新的節(jié)能環(huán) 保調(diào)度模型，以及計及

33、節(jié)能環(huán)保約束的相關(guān)電力調(diào)度算法， 并對所提由的方法和算法結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)進行了算例分析。本文的主要研究內(nèi)容和研究思路如下： 綜述發(fā)電調(diào)度方式的發(fā)展和現(xiàn)狀，指由現(xiàn)階段實施節(jié)能 環(huán)保發(fā)電調(diào)度的必要性和意義，對調(diào)度方式及其內(nèi)容、要求 進行了闡述，并對與此相關(guān)的幾個重要關(guān)系進行了分析。 對傳統(tǒng)電力調(diào)度模型進行研究，分析傳統(tǒng)電力調(diào)度模 型的不足，在此基礎(chǔ)上，提由節(jié)能經(jīng)濟調(diào)度模型。 針對電力系統(tǒng)相關(guān)特性和相關(guān)調(diào)度算法進行研究，提 由相應解決方法和思路，并結(jié)合相關(guān)實際數(shù)據(jù)進行算例分 析。1.3.2本文研究的結(jié)構(gòu) 第一部分為緒論，包括節(jié)能環(huán)保 經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度的背景意義及國內(nèi)外節(jié)能環(huán)保調(diào)度現(xiàn)狀概述。第二部分為節(jié)能環(huán)保

34、經(jīng)濟調(diào)度相關(guān)理論知識的研究，主 要包括節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法的研究、電力調(diào)度的常規(guī)算法和智 能算法研究以及電力調(diào)度的內(nèi)容等。第三部分為節(jié)能發(fā)電調(diào)度模型，在研究傳統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)電調(diào) 度計劃的基礎(chǔ)上，提由了節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟電力調(diào)度模型。第四部分為電力調(diào)度算法研究，提生了一個基于禁忌搜 索的動態(tài)粒子群算法，并通過測試函數(shù)驗證算法的優(yōu)化效 果。第五部分為算法在電力節(jié)能環(huán)保調(diào)度模型中的應用，結(jié) 合一些相關(guān)參數(shù)，進行算例驗證與分析。第六部分為結(jié)論，主要對論文的研究成果和不足進行總 結(jié)。重慶大學碩士學位論文2電力節(jié)能環(huán)保調(diào)度理論研究2電力節(jié)能環(huán)保調(diào)度理論研究節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟調(diào)度，即根據(jù)負荷需求和節(jié)能要求，在確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行

35、的前提下， 以制度的創(chuàng)新，改變目前電力調(diào)度方式；采用先進的信息技 術(shù)，運用大規(guī)模非線性、組合優(yōu)化理論，優(yōu)化發(fā)電方式；減 少化石類燃料的耗用，確保節(jié)能減排環(huán)保目標任務的實現(xiàn)， 促進社會經(jīng)濟又好又快發(fā)展。2.1電力節(jié)能經(jīng)濟調(diào)度內(nèi)容 2.1.1電力經(jīng)濟調(diào)度內(nèi)容 通 過電力節(jié)能經(jīng)濟調(diào)度，優(yōu)化發(fā)電機組合以決定系統(tǒng)內(nèi)所有的 發(fā)電設(shè)備的運行策略，從而極大限度地降低發(fā)電燃料消耗， 降低網(wǎng)絡(luò)損耗等，使系統(tǒng)在滿足功率平衡的條件下總的運行 費用最小。電力經(jīng)濟調(diào)度所研究內(nèi)容主要包括：電力負荷預測。首先要預測將來的負荷作為制定電力調(diào)度的依據(jù)。按照調(diào)度計劃的周期，可分為日負荷預測、周負荷預測和 年負荷預測等。不同周期的負

36、荷有不同的變化規(guī)律。負荷預測的精度直接影響調(diào)度的準確性，進而影響系統(tǒng)的 運行成本和發(fā)電計劃的效益，由于增大備用容量、發(fā)電再計 劃再調(diào)度和計劃外開停機都會增加運行成本，所以提高預測的精度可以降低備用容量，減少臨時功率調(diào)整和避免計劃外 開停機。負荷預測的核心是根據(jù)預測對象的歷史數(shù)據(jù)，建立數(shù)學模 型來表述其發(fā)展變化的規(guī)律。機組組合。機組組合用于確定計劃期內(nèi)的機組開停表。系統(tǒng)負荷在一天內(nèi)變化范圍很大時，有時僅改變機組功率 而不改變機組組合時，調(diào)節(jié)范圍難以滿足負荷變化的要求。有時并網(wǎng)機組較多，發(fā)電容量較大，但這時高峰負荷機組 功率大，低谷負荷機組功率小，即不安全也不經(jīng)濟。機組組合在研究周期內(nèi)合理選擇運行

37、機組并安排開停計劃，使計劃周期內(nèi)系統(tǒng)的運行費最小。機組間經(jīng)濟功率分配。經(jīng)濟功率分配是指在開停機確定的情況下，如何確定機組 的發(fā)電功率值，使系統(tǒng)的運行費用最低。發(fā)電與輸電協(xié)調(diào)：除了發(fā)電的經(jīng)濟性外，網(wǎng)絡(luò)也有經(jīng)濟性，表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)傳輸損 失的多少。有的電廠靠近燃料基地，發(fā)電的經(jīng)濟性好，但送電到負荷 中心引起較大的網(wǎng)損；有些電廠靠近負荷中心，發(fā)電經(jīng)濟性 較差，但增加功率卻能使網(wǎng)損下降。發(fā)電與輸電協(xié)調(diào)就是解決發(fā)電與輸電的綜合經(jīng)濟性最優(yōu) 問題。水火電經(jīng)濟協(xié)調(diào)問題。水電廠水庫越大調(diào)節(jié)能力也就越強，從水電廠本身經(jīng)濟性 來看應該盡量維持高水位運行，用自然來水發(fā)生更多的電 能，但從系統(tǒng)角度來看更希望利用水電廠的調(diào)峰能

38、力，這就 需要充分研究水火電經(jīng)濟協(xié)調(diào)問題。水電系統(tǒng)按日調(diào)節(jié)能力劃分為不變水頭水電廠和變水頭 水電廠，而在有水利聯(lián)系的水電廠間還存在梯級協(xié)調(diào)調(diào)度問 題，這是一個復雜的優(yōu)化問題。聯(lián)合電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度。隨著電力網(wǎng)的不斷擴大，臨近的電力網(wǎng)通過聯(lián)絡(luò)線連接在 一起運行，由此可以錯開峰荷，降低備用容量、充分利用能 源，這就需要考慮聯(lián)合電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題，其目的是確 定各系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)線交換功率計劃，以協(xié)調(diào)更大范圍的運行 經(jīng)濟效益。考慮安全約束的經(jīng)濟調(diào)度。僅僅考慮經(jīng)濟特性編制的調(diào)度計劃不一定實用，因為它可 能不滿足系統(tǒng)的安全約束。實際電力系統(tǒng)調(diào)度計劃總是要把安全放在第一位的，因為 電網(wǎng)事故所造成的經(jīng)濟損失要遠

39、遠大于經(jīng)濟調(diào)度帶來的效 益，因此必須研究考慮安全約束的經(jīng)濟調(diào)度。如果兩個區(qū)域間的傳輸線或功率流超過傳輸線實際物理 能力極限時，就要減少相應的實際發(fā)電功率，而不再考慮經(jīng) 濟性?？紤]網(wǎng)損的經(jīng)濟調(diào)度。網(wǎng)損的計算要對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和潮流分布情況充分了解，通常 傳輸損耗可以看成是用戶電力負荷的一部分，并由相應的發(fā) 電廠負擔。也可在計算成本時，給機組的邊界價格上加入罰因子，以 反映傳輸損耗對機組的相對影響?？紤]環(huán)保要求的經(jīng)濟調(diào)度。在發(fā)達國家，公眾對生態(tài)環(huán)境保護的意識日益增強，早在 1990年美國就由臺了法律強制要求火力發(fā)電廠通過改進生 產(chǎn)設(shè)備，或者優(yōu)化運行方式來減少污染以及有害氣體排放量 9。發(fā)電廠可以通過安裝

40、凈化設(shè)備、采用排放更少的燃料、用 燃燒更充分的鍋爐設(shè)備來替換陳舊的設(shè)備，或者采用 環(huán)境經(jīng)濟調(diào)度”方法。前二種方法需要改進、安裝或替換現(xiàn)有的設(shè)備，由于需要 大量的投資，因此是長期規(guī)劃涉及的問題。環(huán)境經(jīng)濟調(diào)度卻是在維持現(xiàn)有運行設(shè)備不變的情況下，通 過優(yōu)化運行方式，使廢氣排放量與燃料費用都達到最低水平 的短期規(guī)劃方案。2.1.2電力節(jié)能的主要方面 電力行業(yè)不同于其他制造行 業(yè)，其二次能源電力產(chǎn)品不可以貯存，一次能源通過跟隨電 力需方時刻變化的負荷設(shè)備而隨時調(diào)整的發(fā)電設(shè)備-輸變電設(shè)備-電力需方負荷設(shè)備，一次完成。電力節(jié)能的主要方面如圖 2.1所示。電力節(jié)能降低最大電力需求和提高功率因數(shù)。電力需方節(jié)電

41、電網(wǎng)降損節(jié)能 發(fā)電節(jié)能 提高負荷率； 采用高功率因數(shù)電氣設(shè)備；配電線路的優(yōu)化；采用高效節(jié)能用電設(shè)備； 供配電設(shè)備經(jīng)濟運行；負荷設(shè)備的經(jīng)濟運行；發(fā)展新能源及可再生能源發(fā)電，減少化石能源使用；資源綜合利用發(fā)電，節(jié)約化石能源消耗。發(fā)展核電，減少化石能源使用；電力系統(tǒng)各發(fā)電廠的高效經(jīng)濟運行，降低能源消耗；火電機組的高效經(jīng)濟運行，降低能源消耗； 對早期低效的火電設(shè)備實施節(jié)能技術(shù)改造， 提高能效降低能源消耗；發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)、熱電冷聯(lián)供，提高熱能綜合效率；采用清潔高效火電設(shè)備，降低化石能源消耗； 積極發(fā)展水電，老水電機組提效增容改造及經(jīng)濟運行，減少化石能源的使用；降低發(fā)電損耗（調(diào)整水電、火電、核電、抽水蓄能發(fā)

42、電由力，使負荷均衡化，高功率因數(shù) 運行，降低廠用電）；降低變壓器損耗（選用高效節(jié)能變壓 器，并列運行有功的經(jīng)濟分配，高負荷率高功率因數(shù)運行， 變壓器冷卻系統(tǒng)自動控制）；降低輸配電線路損耗（變電站 合適配置、高電壓送電、高負荷率、高功率因數(shù)送電，導線 截面合理選擇及多回送電，環(huán)形供電，銅導線選用，靈活交 流輸電FACTS）;全國電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行， 實現(xiàn)六大區(qū)域電 網(wǎng)間功率交換和電力轉(zhuǎn)送，電力資源優(yōu)化配置；發(fā)揮電力需方自用發(fā)電分散電源優(yōu)點，降低輸變電損耗（負荷中心設(shè) 置，削峰使負荷均衡，提供有功、無功） ；電力系統(tǒng)經(jīng)濟運 行及自動化，降低發(fā)電輸變電損耗（經(jīng)濟調(diào)度各電廠有功， 高負荷運行，調(diào)整系統(tǒng)無

43、功、電壓，高功率因數(shù)運行，系統(tǒng) 自動化及安全穩(wěn)定運行）。圖2.1電力節(jié)能方面 Fig. 2.1 2.2電力調(diào)度環(huán)保問題 2.2.1各電廠對環(huán)境的影響發(fā)電廠按使用能源劃分有下述基本類型，火力發(fā)電廠，水力發(fā)電廠，核能發(fā)電廠，風力發(fā) 電廠，太陽能發(fā)電廠，地熱發(fā)電廠，潮汐發(fā)電廠等。由于各類發(fā)電廠使用能源的不同在其產(chǎn)生電能過程中對 環(huán)境的影響也各不相同。 火電廠對環(huán)境的影響。我國火電廠95%左右以燃煤為主，煤炭中除了含有大量的炭外，還有灰分、硫、氮以及有害的微量元素。煤炭燃燒在釋放熱能的同時還產(chǎn)生SO2, NOx、煙塵和灰渣。以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，使我國面臨以下兩個突生問題： 首先是以煤為主的能源供應意

44、味著比較低的能源效率；另一 個所面臨的就是環(huán)境污染問題。隨著SO2和氮氧化物等排放量增加， 酸雨越來越嚴重，使 土壤、湖泊、河流水質(zhì)酸化，生態(tài)遭破壞，農(nóng)業(yè)減產(chǎn)；CO2等所產(chǎn)生的 溫室效應”使地球變暖，全球性氣候異常，自然 災害增多；氯氟燒類化合物的排放使大氣臭氧層遭到破壞， 加之大量粉塵的排放，使癌癥發(fā)病率增加，嚴重威脅人類健 康10 O水電站對環(huán)境的影響。目前，我國絕大多數(shù)水電站對生態(tài)環(huán)境的影響利大于弊， 水庫對生態(tài)環(huán)境的不利影響主要有：水庫淹沒和移民安置加劇庫區(qū)人地矛盾，移民安置如果不 當，會造成庫區(qū)亂墾濫伐，加劇水土流失，導致局部地區(qū)生 態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降和移民生活水平下降；有些水庫淹沒珍稀

45、動 植物的生存地及文物古跡；大壩切斷了回游性魚類的回游通 道，同時庫區(qū)原有河道內(nèi)的產(chǎn)卵場被淹沒以及下游產(chǎn)卵場所 由于水文情勢的改變而受到影響；水庫可能誘發(fā)地震及其他環(huán)境地質(zhì)問題，如地下水位變化和庫岸穩(wěn)定等11。核電站對環(huán)境的影響。核電站運營過程中的環(huán)境影響的主要來源是氣態(tài)、液態(tài)流 生物的排放和放射性固體廢物的貯存、處置。在核電站的正常運營期，核燃料裂變會產(chǎn)生大量裂變產(chǎn) 物，反應堆內(nèi)就會由現(xiàn)大量的放射性核素，雖然它們中的絕 大部分被密封在燃料元件包殼和回路冷卻系統(tǒng)中，但仍有極 少量會通過煙囪排入大氣，或與冷卻水混合排入水體。此外核電廠還會產(chǎn)生一定數(shù)量的中低放固體廢物和高放 固體廢物。核電廠在事故狀態(tài)下可能會向環(huán)境中釋放大量的放射性 物質(zhì)，對環(huán)境和公眾健康產(chǎn)生極大危害。 風能發(fā)電對環(huán)境的影響。風能是一種干凈的、儲量極為豐富的再生能源，它和存在 于