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电力综合资源规划节能评价模型的研究

发布时间:2017-07-28 08:08

1 引言


能源是社会发展和人类生存的前提。近年来,随着社会的进步和经济发展,人们对物质能源的需求日益增加,能源供需紧张,环境污染严重。因此,转方式、调结构成为社会的主流趋势。电力作为能源的重要组成部分,对经济发展和居民生活起着至关重要的作用。科学高效的使用能源,合理配置电力资源,走可持续发展的道路显得尤为关键。
上世纪,国外便开展了对电源规划的研究,形成了一套科学的电源规划体系。在研究过程中美、法、德等国家,首先对能源的综合、环境治理这一课题进行科学研究。中国在掌握大量科研资料的基础上,从本国国情出发,运用建立模型的途径来对本国综合资源规划进行探究。
本文从原理、过程、模型、目的及阻碍因素着手对综合资源规划进行了简单介绍。同时本文还从减能降耗的大目标出发,探讨了发电侧、需求侧以及节能主体方在综合资源规划中的作用,通过详细研究三者,建立了与之相对应的模型。借用模型来解决研究和实际操作中遇到的问题。

2 电源规划理论概述


电力能源与其他能源存在差异。在电力的策过程中,物质能源依附性、不可再生性、能源互补转换性、环境影响性、用户消耗可控性都是重要的变动影响因素。针对电力能源的这些物质属性,在能源生产、制作及消耗的过程中,要密切注意环境保护、可持续性发展、减能降耗、清洁能源的开发和利用等方面。

电源规划作为电力规划的重要方面,在规划的过程中要充分考虑到环境保护、经济发展、人类正常生活、资源再利用等因素。电源规划的主要目标有:缓解电力资源供需矛盾;增强资源的综合利用率,尤其是非可再生资源;减少对环境的压力,挖掘清洁资源和可再生资源,建设可持续性和环境保护型社会。
(1)传统规划方法
20世纪60年代,传统规划法则是电力规划的主要手段。传统电力规划通过对当前电力负载量大小的评估,在满足诸多客观因素的前提下,达到最佳电力规划的目标。传统电力规划数据运算通常把实现全部资金消耗最小化作为目的,全部资金消耗由发电厂资金消耗及运作消耗组成。如下:          
是全部资金消耗; 是第t年的资金消耗;r代表贴现比重; 是第t年的运作消耗; 是贴现基础年份。
(2)数学规划方法
1970年后,随着社会进步和科学的发展,电力规划开始把数学规划法则当做电力规划的主要运算法则。数学规划法则分为:线性法则、动态最佳法则、混合整数法则。这三种法则各有利弊。其中线性法则适用于在线性算数的范围中获得目标函数最佳答案的办法;动态最佳法则用于多阶段判断过程中求得最佳答案;混合整数法则适用于变动因素中有非整数的情况。
(3)人工智能规划方法
随着新兴理论和电力规划相融合的发展,电力规划步入新阶段——人工智能化阶段。它包括理论非清晰化、系统专业化、模拟神经网络、遗传算法四种方法。理论非清晰化用于处理非确定性因素。系统专业化适用于处理分散性、非线性的问题。模拟神经网络用于寻求最佳解决规则。遗传算法能高效处理“维数灾”问题。
(4)电力综合资源规划方法
90年代,中国着力于电力综合资源规划的研究。它是一种新颖的规划手段,适用于研究需求估量、供给两方剖析及总体规划等问题。它与传统电力规划有很大不同。第一、双方的侧重资源类型存在差异;第二、资源持有方也有所不同;第三、方案牵涉的操作运行对象不一致;第四、两者的资源挑选所依据的原则也是不一样的。
(5)电源规划理论的实践应用
上世纪60年代,国外便探究出多个适用于不同对象的电力规划模型及运用算法。一方面,国内通过借鉴国外的成熟的理论体系和研究成果;另一方面从本国国土面积广大,资源空间分布存在差异,国家能源政策指导变动大的实际国情出发,我国对电源规划进行多方面、多领域的探究科研,得出了一套极具中国特色、适合本国国情的电源规划算法。
3 电力综合资源规划中节能评价分析方法
(1)电力综合资源规划
电力能源综合策划即将供需双方的要求及特点准确把握,对总体的电力能源需求综合考虑,在确保利益最大化和能源利用最佳化的基础上,实现总投资金额最少化的目标。它的操作步骤主要是:确立最终目标;估算能源总体需求量;对供需两侧准确把控;总体规划已选资源;运行规划设计方案;多方面监督评价规划方案。
(2)电力综合资源规划目标及其分析
能源综合规划是电力综合资源规划的核心内容,其关键作用在于建造PIRP模型同时借此获得真实有效、合理科学的电力策划方案。PIPR通过综合调整供需双方的资源配比,以最少的资金投入比重,实现满足社会的能源需求的目标。
PIRP是在一定限制因素下对全部投入最少化的策划,它与TPRP的差异在于PIRP额外考虑了排放物的限制情况。通过对PIRP的提升可以轻易的得出最佳运行方案,同时也可以轻松的计算出其他因素的数值。
依据上文所述原理,为寻找到国内在第T年对清洁可再生能源的消耗以及电厂动能最大化的高效操作方案即实现从0年到T年的总成本最小化目标。设立目标函数为:
                                     (公式1)
式中  ——电力建设的总成本;
      ——规划期内各年投产机组的固定费用之和(考虑资金时间价值);
 ——规划期内各年所有机组的运行费用之和(考虑资金时间价值);
     ——规划期内各年投产机组在规划期末的残值(考虑资金时间价值)。
    三个分项分别用公式表示为:

                                         (公式2)
式中  ——规划期的时间段,在本论文中,规划期为0~T年;
      ——年份;
      ——机组类型的数量,在本论文中,机组类型有14个;
      ——机组类型的序号,,1、2、3 …… 11、14依次代表煤电、燃气发电、水电、核  电、风电、太阳能发电、照明设备EPP、电机EPP、调速设备EPP、移峰设备EPP、高效家电EPP、可中断设备EPP、节能变压器EPP、政策EPP (通过对需求侧施行管理政策减少电能消费,以形成广义的EPP,可细分为N种),前6个为常规电源,后8个为能效电厂;


    ——第t年第 类机组的新增装机容量;
    ——第t年第 类机组的单位容量成本;
        ——第t年的资金时间价值系数。
                        (公式3)

式中  ——第t年第 类机组的总发电量;
          ——第t年第 类机组的单位变动成本;
          ——常规电源类型数量,在本论文中为6 (即煤电、燃气发电、水电、核电、风电、太阳能发电)。
                                                  (公式4)
     式中  ——第t年新增的第 类机组在规划期末(第T年)的残值;
          ——第T年的资金时间价值系数。
       更进一步式(2-3)中的    可以由第t年第m类机组的年平均利用小时数确定,即               
                                            (公式5)               


   式中  ——第t年第   类机组的期初装机容量;
         ——第t年第  类机组新增容量折算等效平均容量的系数;
     ——第t年第讲类机组的年平均利用小时数。

通过研究PIRP模型,可以看出:化石能源是影响规划目标的主要因素;燃料投入占总投入的很大比重;提高化石燃料利用率有利于缓解污染物排放及能源的供给矛盾;水能动力束缚使得供电方对其他动能的依赖性增加;风能的能源挖掘是目前科研的主要方面;缩减太阳能成本是使其参与PIPR的基础。减少能耗,提高利用率是本国电力资源策划的中心。
(3)电力节能综合影响因素分析
本国电力需求主要受经济格局变动、低碳政策运行、清洁资源推广、电力传送和新型科技进步及运用、节能减耗及电力需求方的监管这几方面的影响。伴随着产业化区域化转移及新型低碳政策运行和新型清洁动能的投入使用,并且在国家加大治污力度及大力发展新兴动能传输技术下,国家的电力节能取得长效发展。
(4)节能绩效指标
(5)电力节能关键要素分析模型

4 电力综合资源规划节能评价模型设计
(1)电力需求侧管理的能效电厂效应
(2)电力综合资源规划系统架构分析
(3)电力综合资源规划模型的构建
电力综合资源规划流程
电力综合资源规划模型的决策目标
电力综合资源规划模型的约束条件
(4)算例分析
电力综合资源规划模型求解
环境承载力综合评价与电源区域布局
5 总结与展望

参考文献
[1] 姓名1,姓名2. 文献题目[J]. 期刊名称. 年份 期数(月份):页码.




本文编号:582892

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