- 頭條華電趙冬梅教授團隊提出風-火-核-碳捕集多源協調的優化調度方法2022-06-14 作者：趙冬梅、王浩翔、陶然 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語隨著核電技術的飛速發展，大容量核電機組接入電網是實現電力低碳環保的必然趨勢，而負荷峰谷差的增大和間歇式電源滲透率的提高，迫切需要核電機組以靈活運行方式分擔電網調峰壓力。華北電力大學電氣與電子工程學院的研究人員趙冬梅、王浩翔、陶然，在2022年第3期《電工技術學報》上撰文，建立考慮風電消納效益的風、火、核、碳捕集多源協調模糊優化調度模型。研究結果表明，該優化調度模型在保證核電安全運行的基礎上，提高了電網調度柔性，實現了運行的經濟性和低碳性。
隨著經濟社會的不斷進步，溫室效應與能源問題日益凸顯，大力發展核電、風電、光伏等清潔能源成為解決環境問題和能源危機的重要方式。但風電、光伏具有間歇性和強波動性，目前仍處在小規模的應用階段，而核電因其低碳性與環保性在電力結構中的比重逐年增大。截至2019年底，全球共有443臺在運核電機組，總凈裝機容量為392GWe，發電量占全球發電量約10.4%。
在核電占比較高的地區，核電站因保障其安全性要求以基本負荷運行為主，年利用小時長，運行負荷率高，基本不參與電網調峰，對電網安全運行影響的負面性隨著核電裝機容量增大而上升，這無疑加劇了電網的調峰壓力，加重了燃煤機組深度調峰任務，對電網的安全性和經濟性均造成重大影響。因此，考慮到電網調峰形勢越加嚴峻，使核電積極參與電網日調峰的需求變得越發強烈。
目前有關核電調峰的研究成果較少，且多以多電源聯合運行緩解電網的調峰需求為主。相關文獻所建立的核電調峰數學模型相對簡單，核電機組調峰深度固定，運行方式不夠靈活。同時，在有的學者研究文獻中，由于抽水蓄能電站受到地理位置的制約，其與位于負荷中心的核電站捆綁調峰存在一定的限制。所以，探索一種易于和核電進行調峰配合且工況轉換靈活，相較其他電源在負荷跟蹤能力上具有明顯優勢的調峰電源受到了專家學者的廣泛關注。
近年來，我國正在積極調整電力結構，但火電作為最大的碳排放源，仍在我國電力結構中占據主導地位。為實現電力低碳化，將常規燃煤電廠改造成碳捕集電廠可以有效降低機組的碳排放量，避免負荷峰谷差過大。此外，碳捕集電廠與傳統燃煤電廠相比，具有良好的功率調整特性，可以與不同類型電源協調運行。
目前有關碳捕集電廠配合其他電源參與電網調峰的研究較少，相關文獻對碳捕集電廠的運行原理、經濟調度進行了深入分析，但對于碳捕集電廠的調峰能力及“削峰填谷”特性缺少理論研究。
由此可見，以核電機組和碳捕集機組等低碳和環境友好型電源代替碳排放強度較大的燃煤機組作為可控發電單元是未來的重點研究方向。同時，由于風電、光伏等清潔能源在電網中的滲透率不斷提高，其預測出力的不確定性使模型計算結果與實際值之間存在偏差，分析間歇性電源和負荷預測的不確定性顯得尤為重要。
華北電力大學電氣與電子工程學院的研究人員在現有研究成果的基礎上，為進一步降低電網的運行成本與碳排放量，充分挖掘核電機組、碳捕集機組與可再生能源聯合運行的潛力，構建了考慮風電消納效益的風、火、核、碳捕集多源協調的模糊優化調度模型。
圖1 模糊優化調度模型求解流程
他們首先分析核電機組的可調度性，線性化核電調峰深度，使核電調峰模型更加精確化；其次，建立綜合靈活運行方式碳捕集電廠的數學模型，對碳捕集電廠的“削峰填谷”特性進行理論分析；接著引入模糊參數表征風電和負荷的不確定性，對模糊期望約束和模糊機會約束進行等效處理；最后，通過算例分析風、核、碳捕集協調調度的經濟性和低碳性，驗證了模型的適用性和有效性。
表1 各場景成本比較
研究人員最后認為：
1）線性化調峰深度后，核電機組調峰電量更加精確。同時，核電以日負荷跟蹤運行方式參與電網調峰，有效緩解了燃煤機組調峰壓力，提高了電網運行的經濟性。
2）含有存儲單元的分流式碳捕集機組以綜合靈活運行方式參與電網運行，可以代替抽水蓄能電站實現“削峰填谷”，并輔助核電機組完成調峰任務。相比于不含溶液存儲單元的情況，電網總運行成本下降1.5%，碳排放量下降14.7%，驗證了綜合靈活運行碳捕集機組的經濟性和低碳性。
3）考慮風電和負荷的不確定性后，可以實現風電的完全消納，且總運行成本相比確定性降低1.1%。
本研究所建立的核電機組連續調峰模型并未深入研究放射性污染物的增加量。雖然核電調峰可以滿足放射性要求，不會導致放射性排放顯著增加，但對調峰運行所產生的放射性廢物進行量化仍是至關重要的。下一步研究將討論核電機組連續調峰運行對放射性三廢、維護維修成本等因素的影響。
本文編自2022年第3期《電工技術學報》，論文標題為“計及風電-負荷不確定性的風-火-核-碳捕集多源協調優化調度”，作者為趙冬梅、王浩翔 等。
