分析電力系統不同調度模式的技術及經濟特性論文
0 引言
電力系統有功調度的主要任務是制定發電機組出力計劃,以滿足呈一定概率規律且周期性變化的負荷需求。在這一過程中,調度機構不僅需要考慮各個機組的差異性,根據機組的發電成本、發電煤耗和環境污染等特點,在機組的最小、最大技術出力范圍內按一定調度目標制定發電計劃,而且需要考慮電力線路有功功率傳輸極限等安全、可靠性準則,保證電力系統的安全運行。
1 傳統經濟調度模式
傳統經濟調度模式,是按等耗量微增率原則分配各機組負荷,即按相等的耗量微增率在發電設備或發電廠之間分配負荷,使系統的總耗量最小。在傳統經濟調度模式中,機組的煤耗量曲線和它的微增率曲線是調度的基礎資料,它們的準確性直接影響到經濟調度效益。而發輸配一體化的管理體制有利于調度機構獲得準確的基礎資料,因此,傳統經濟調度模式適用于發輸配一體化的電力體制。傳統經濟調度模式有以下幾個特點:
1.1 物理意義清晰
假定兩臺機組在微增率不等的狀態下運行,且dF■/dP■>dF■/dP■,可以在兩臺機組的總輸出功率不變的條件下調整負荷分配,讓1號機組減少輸出ΔP,2號機組增加輸出ΔP。于是1號機組將減少燃料消耗(dF■/dP■)×ΔP,2號機組將增加燃料消(dF■/dP■)×ΔP,而總的燃料消耗將可節約:
ΔF=(dF■/dP■)×ΔP-(dF■/dP■)×ΔP>0
這樣的負荷調整可以一直進行到兩臺機組的微增率相等為止,不難理解,等耗量微增率準則也適用于多臺機組間的負荷經濟分配。
1.2 可以考慮網損的影響
傳統經濟調度模式可以通過計算網損微增率,構成煤耗與網損的協調方程式,對機組的耗量特性曲線進行修正,考慮網損對經濟調度的影響。
1.3 對部分不等式約束條件較難處理
傳統經濟調度可以考慮功率平衡等式約束,同時,對于自變量的不等式約束條件,如發電廠有功功率上、下限,水電廠流量上、下限和水庫水位上、下限等,可以通過檢驗方便處理;但是以函數形式出現的不等式約束條件,例如,線路潮流限制和母線電壓上、下限等,傳統經濟調度較難處理。
2 計劃電量調度模式
計劃電量調度模式,可以確保投建機組的發電利用小時數,保證投建機組的固定成本回收,對于促進我國電源投資建設、盡快補足電力供需缺口具有積極作用,促進了這一時期我國電力工業的發展。由于計劃電量調度模式僅與機組容量有關,不考慮機組經濟性、環保性等因素,也帶來了一些問題。
2.1 火電建設小型化
計劃電量調度模式下,小型火電機組可以保證充足的負荷率,確保成本回收。因此,一些地區建設了一批小火電、小油電,以補足電力供需缺口。這些機組煤耗高、污染嚴重,影響電力工業的可持續發展。
2.2 水電及可再生能源發展落后
水電及可再生能源建設投資大、周期長,而且在計劃電量調度模式下分配的發電利用小時數與火電相同,因此電源建設投資更傾向于建設周期短、見效快的火電機組。
2.3 輸電設備建設落后
計劃電量調度模式對電力發展的促進作用,主要傾向于電源建設,對輸電設施建設沒有引導和激勵措施,造成這一時期我國輸電設備較為落后。
2.4 電廠建設不經濟
計劃電量調度模式保證了機組的成本回收,此外,為鼓勵投資興建電廠,國家還規定了還本付息的電價政策。因此電廠建設工程缺乏約束,建設缺乏經濟性。
3 節能發電調度模式
節能發電調度模式改革,必然對電力系統的發展和運行產生影響,具體體現在以下幾個方面:
3.1 引導電源投資建設方向,改善電源結構
目前,我國以火力發電為主,清潔能源和可再生能源發電的比例較小,截止2005年,火電占總裝機容量比例約為75.67%,電源結構不合理。實施節能發電調度后,優先調用清潔能源和可再生能源發電,對我國投資建設清潔能源和可再生能源的引導作用明顯,有利于改善我國的電源結構,優化各類資源配置。
3.2 不能保證系統運行的經濟性最優
節能發電調度能夠獲得在等輸出電量情況下發電側節能降耗和有害氣體減排的作用,但是,由于不同電廠燃煤的來源不同、煤炭運輸成本不同、煤價有差異等因素,煤耗量并不能代表發電機組的邊際生產成本。因此,節能發電調度改變了傳統經濟調度按邊際成本制定發電計劃的原則,偏離了電力系統經濟性的理論基礎,是一種節能但不一定經濟的調度模式。
同時,由于在當前“廠網分離”的體制下,很難獲得真實的發電機組供電標煤煤耗率,并且供電煤耗率本身是發電機組輸出功率的函數,這將使得節能發電調度模式不能達到預期的節能效果。
3.3 電網安全可靠性要求更高
節能發電調度模式下,大容量、低能耗機組接近滿發,可能對電網的傳輸能力、安全裕度要求更高;另外大容量機組滿發后,系統備用由多個小機組承擔,可能造成系統事故備用容量不足,影響系統的可靠性。
4 電力市場交易模式
市場化改革的核心是對電力工業放松管制,以各種方式將發電、輸配電和用電分離,形成多方利益實體的競爭化模式。電力市場化競爭機制的特點是放松管制之后,多方利益實體追求各自利潤的最大化,同時也實現了社會效益的最大化。電力市場交易模式,對電力系統的影響主要體現在以下幾個方面:
4.1 電力市場模式下電力系統更加經濟有效
發電側和售電側引入競爭、打破電力工業的壟斷經營,提高電力工業的生產效率和服務質量。發電競爭的結果使得電力系統整體供電成本下降,電價有所降低。
4.2 電力市場模式兼顧電力系統的節能環保
隨著經濟社會的發展,化石能源的消耗越來越巨大,由此造成的環境問題也越來越嚴重,歐盟國家己經對燃燒化石燃料而釋放的二氧化碳征收高額的碳稅,以化石燃料為能源的發電成本中,購買二氧化碳排放指標的成本已經占發電成本的一定比例,在這種情況下的市場競爭發電調度模式,實際上是一種兼顧節能和環保的經濟調度模式。
4.3 電力市場交易模式復雜性增加
電力市場模式下需要考慮中長期交易、期貨交易、實時交易等不同電量約束,調度的復雜性增加。市場模式下強調競爭,為達到各方利益最大化,可能造成電網在臨界安全附近運行,淡化電力系統運行中復雜物理規律與市場競爭的關聯,威脅電力系統運行的安全,可能背離預期的經濟效果。
4.4 市場化競爭可能產生不必要的市場力
電力市場模式下,一些公司可能利用自身所占的市場份額優勢或與其他公司形成聯盟后所占的市場份額優勢來操縱市場價格,這些公司的收益往往超過競爭所能取得的收益,產生不必要的市場力。為防止市場中公司之間的勾結行為,市場管理者應當采取相應的監管措施。
5 結束語
總之,在市場交易模式下,由于電力交易的多樣性,調度機構不僅應當考慮時段之間的爬坡速率限制,而且應當考慮各種雙邊合同、電量合同以及期貨合同等在各個調度時段之間的合理分配,同時,電網潮流的不確定性和多變性,使得安全經濟調度的重要作用也日益明顯。
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