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电网环保节能经济优化调度研究重庆大学硕士学位论文学生姓名：郭婷婷指导教师：段其昌教授专业：自动化学科门类：控制理论与控制工程重庆大学自动化学院二O一O年四月Study on Optimization of Efficient Power Scheduling Based on Energy Conservation and Environmental Protection A Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of EngineeringByGuo TingtingSupervised by Duan QichangSpecialty： AutomationCollege of Automation of Chongqing University, Chongqing, ChinaApril,2010重庆大学硕士学位论文中文摘要摘 要人类的进步和发展带来了能源的逐渐枯竭、环境的日益恶化、人口的快速增长等一系列全球化的问题。这些问题在困扰着人类文明进一步发展的同时，也使人类逐渐意识到传统的资源管理方式已经不能适应新的形势，必须用新的观点和方法迎接能源、环境、人口等各种挑战，不能仅考虑供应方的利益需求，还应追求需求侧的资源节约和成本节约，并把节约的能源也作为供应方一种可替代的资源，优化资源配置，使资源利用成本最小。流化床燃煤固硫技术是先进的燃烧技术，但这一技术的推广应用因流化床燃煤固硫渣没有成熟和经济的综合利用途径受到严重限制。由于人们对流化床燃煤副产物的认识程度还很有限，基础资料十分缺乏，在一定程度上影响了流化床燃煤固硫渣的资源化利用。本论文较为系统地分析了流化床燃煤固硫渣的特性，并根据现行规范，提出一套新的活性评定方法。在此基础上，对燃煤固硫渣活性的影响因素、激发方法、体积膨胀性能进行了较为系统的试验研究，并利用XRD、SEM等微观手段研究了燃煤固硫渣的自硬性、活性激发及膨胀机理。最后对燃煤固硫渣建材资源化利用进行了比较深入的研究。流化床燃煤固硫渣的特性研究结果表明：（1）因为燃烧温度、燃烧环境、燃烧程度、脱硫剂、脱硫效率等的影响，与普通煤粉锅炉的灰渣相比，流化床燃煤固硫渣有其特殊的火山灰活性，同时因为含有SO3、f-CaO而具有自硬性和膨胀性，是一种特殊的火山灰材料。（2）流化床燃煤固硫渣中的SO3和f-CaO因为特殊的生成条件而具有特殊的性质。SO3是在850900的温度下形成的，是以-CaSO4形态存在，且具有与天然硬石膏和400煅烧石膏不一样的溶解特性。首次从f-CaO的形成过程、颗粒微观结构、晶型和光学参数以及水化历程等方面证明了f-CaO颗粒被固硫产物无水硫酸钙包裹的颗粒特征，f-CaO颗粒被-CaSO4包裹使其水化速度减慢和活性较低；SO3以-CaSO4形态存在和f-CaO颗粒被-CaSO4包裹均对流化床燃煤固硫渣的活性和体积稳定性产生不利影响。（3）现行活性评定方法因流化床燃煤固硫渣性质的特殊而存在较大的局限性，不能直接套用现行的方法进行活性评定。根据现行活性评定方法的原理，结合其特性，首次系统提出了“熟料胶砂28天抗压强度比测定”、“自硬性评价”、“自硬强度测定”的综合评定方法，该方法与现行方法有较好的相容性，且能真实、直观地反映流化床燃煤固硫渣的活性及其对强度的贡献。（4）流化床燃煤固硫渣的活性主要来源于无定形的SiO2和Al2O3物质，除成分中活性SiO2和Al2O3的含量对其火山灰活性有影响外，成分中SO3、f-CaO含量和细度在一定范围内对其活性发挥有一最佳值。（5）常规的化学激发方法能激发流化床燃煤固硫渣的活性，但仅从强度的角度看，其激发的效果并不理想；蒸汽养护和蒸压养护的结果表明湿热养护对燃煤固硫渣活性激发程度较高，特别是蒸压养护，激发效果更为明显。（6）流化床燃煤固硫渣水化时存在严重的体积膨胀问题，其膨胀主要是由于水化反应过程中钙矾石的生成和富余的硬石膏后期溶解结晶生成二水石膏的体积膨胀所产生。首次确认了富余的硬石膏后期溶解结晶生成二水石膏对固硫渣体积膨胀的作用。（7）细度提高对流化床燃煤固硫渣膨胀稳定时间的提前有利，掺加粉煤灰和熟料有利于膨胀率的减小及膨胀稳定期的提前，流化床燃煤固硫渣水化反应的液相碱度越大，膨胀越严重。流化床燃煤固硫渣的特性研究表明其利用有较大的难度，但针对其特性在建材中利用是可能的。作为混凝土细骨料，由于其活性可以改善骨料与水泥浆体的界面结构，故可以提高混凝土的抗弯强度；作为混凝土掺合材可以充分发挥流化床燃煤固硫渣的活性，可以部分补偿混凝土的收缩，从新拌混凝土的性能和混凝土耐久性的考虑最好与粉煤灰复合使用；无论是作为水泥混凝土的掺合材，还是细骨料，流化床燃煤固硫渣均影响新拌混凝土的性能。利用燃煤固硫渣的活性和膨胀性能，可以配制低收缩率的燃煤固硫渣粉煤灰内墙用抹面砂浆，也可以配制燃煤固硫渣粉煤灰熟料外墙用抹面砂浆。流化床燃煤固硫渣与石灰、粉煤灰或水泥混合，必要时掺加激发剂，从强度上看完全可以满足公路工程对路基混合料的要求。关键词：流化床，燃煤固硫渣，活性，膨胀，资源化（不多于5个）IV重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTDue to lack of effective ways to utilize the bottom ashes of circulating fluidized 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. 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, the utilization in building materials of CFB ashes is studied.The results show that: (1) The CFB ashes is different from the ashes of common coal boiler for there are great difference in forming condictions such as the combustion temperature, combustion environment, the degree of combustion, desulfurizer and the efficiency of desulfurization. While CFB ashes have the properties of cement and expansion for its containing SO3 and f-CaO, so it is a special pozzolanic material. (2) The SO3 and f-CaO have their properties for their typical forming condition. SO3 is fixed in ashes at 850900, and it exists in -CaSO4 and has different solubility with the natural anhydrite and the plaster calcined at 400. It is the first time to prove that the particles of f-CaO is coated with-CaSO4 by investigating the process of forming f-CaO, the microstructure, spathic type and optic parameter and the hydrating process. Results also show that the microstructure can slow down the hydrating and deteriorate the reactivity of CFB ashes. (3) The current method evaluating reactivity of pozzolanic materials has great limits to evaluate the CFB ashes. A series of new methods are developed which can evaluate the reactivity and its devotion to strength really and directly. (4) The reactivity of CFB ashes is attributed to the amorphous SiO2 and Al2O3, but the SO3 and f-CaO of CFB ashes can influence its reactivity and expansion, and there is an optimum content. The higher reactivity can be achieved if the fineness is bigger. (5) The common method can activate its reactivity, but the result of activation is not ideal in the point of strength. It shows that steam curing and high-pressure steam curing is best to activate CFB ashes, especially for high-pressure steam curing. (6) The expansion mechanism of CFB ashes is the expansion of the forming of ettringite and the solution and crystallization of -CaSO4. (7) Fineness is beneficial to stabilize the expansion of CFB ash. FA and clinker are advantageous to reduce the expansion and stabilize expansion. The higher alkalinity in liquid phase is, the more expansion.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 between 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. They 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 road engineering.Keywords： Circulating Fluidized Bed Combustion, CFB Ashes, Reactivity, Expansion, Utilization in Building Materials.重庆大学硕士学位论文 目录目 录摘 要IABSTRACTIII1 绪论11.1 问题的提出及研究意义11.2 国内外研究现状21.2.1 国外节能环保调度现状21.2.2 国内节能环保调度现状31.2.3 电力发电调度机制改革41.3 本文的研究内容和结构61.3.1 本文研究的内容61.3.2 本文研究的结构62 电力节能环保调度理论研究72.1 电力节能经济调度内容72.1.1 电力经济调度内容72.1.2 电力节能的主要方面82.2 电力调度环保问题102.2.1 各电厂对环境的影响102.2.2 减少电力环境污染的方法112.3 电力调度的相关算法112.3.1 电力调度常规算法112.3.2电力调度智能算法132.4 本章小结153电力节能经济调度模型研究163.1 电力机组相关特性研究163.1.1 单机机组的耗量特性163.1.2 机组启动耗量特性193.2 传统经济电力调度模型203.2.1 以煤耗最低为目标的模型203.2.2 以购电成本最低为目标的模型223.2.3 以污染排放总量最小为目标的模型223.3电力节能环保经济调度模型233.3.1 传统调度模型的弊端233.3.2节能环保经济调度的要求233.3.3 目标函数243.3.4 约束条件253.4 本章小结264 电力经济调度算法研究274.1 粒子群优化算法274.1.1 粒子群优化算法的基本原理274.1.2 自适应惯性权重的改造294.3 禁忌搜索算法314.3.1 禁忌搜索的相关参数和操作314.3.2 禁忌搜索算法的基本流程324.4 基于禁忌搜索的动态粒子群算法344.4.1 TS-APSO算法思想344.4.2 TS-APSO算法流程344.5仿真实验与对比分析354.6 本章小结395 基于TS-APSO算法在电力调度中的应用研究405.1 多目标电力调度模型的化解405.2 基于TS-APSO算法的求解过程（结合模型）405.3 算例分析415.4 本章小结506 结论与展望526.1 主要结论526.2 后续研究工作的展望52致 谢53参考文献54附 录5761重庆大学硕士学位论文 1 绪论1 绪论1.1 问题的提出及研究意义能源是国民经济和社会发展的重要物质基础。我国是世界第二大能源消费国，但人均能源占有量不到世界平均水平的一半，能源稀缺，成为制约中国经济持续高速发展的瓶颈1。另一方面，与世界先进水平相比，我国能源利用效率和经济效益还存在着较大差距。高耗能产品的能源消耗要比发达国家平均水平高40%左右，单位产值能耗大约是世界平均水平的2倍多，能源有效利用率要比世界平均水平低10多个百分点2。因此，节约能源和提高能源利用率的潜力很大，充分挖掘节能潜力，降低能源消耗，是摆在我们面前的一项紧迫任务。电力工业既是重要的能源生产部门，同时又是耗能大户。电力系统在发、供、用电过程中，其自身电能损耗是相当大的。据有关资料的估算：从发电、供电、用电全过程中，广义电力系统中的各种电气设备总的电能损耗约占发电量的28%33%，我国发电机、变压器、电力线路、电动机等电气设备，电能损耗总量每年高达30003700亿kWh，这相当于一个较大电力系统的发电量3。所以挖掘节能潜力，实施电网经济调度，降低电力系统的损耗，提高供电的经济效益是电力调度部门的中心工作。过去由于供电负荷紧张，人们只注重安全可靠供电，而不太注重电网的经济运行和经济效益。现在随着电力工业的发展，供电不足的矛盾已基本解决，人们逐渐认识到电网降损节能、提高经济效益的重要性。随着中国经济持续快速发展，发达国家上百年工业化过程中分阶段出现的环境问题在中国集中出现，环境与发展的矛盾日益突出。资源相对短缺、生态环境脆弱、环境容量不足，逐渐成为中国发展中的重大问题。党的十七大报告指出：“坚持节约资源和保护环境的基本国策，关系人民群众切身利益和中华民族生存发展。”如今，转变经济发展方式、大力推进节能环保成为举国上下的共识，也是当前及今后相当长一段时期内我国经济工作的中心任务之一。电力工业是生产清洁二次能源的重要产业，但其中的燃煤发电业又是化石能源消耗和污染物排放的大户。据有关资料显示，2006年，中国的发电用原煤超过了12亿吨，占全国煤炭消费总量的一半，排放的二氧化硫占全国排放总量的54%，火电用水占工业用水的40%，烟尘排放占全国排放量的20%，产生的灰渣占全国灰渣总量的70%。大量燃用煤炭带来了许多环境污染问题。加强电力行业节能减排工作，减少煤炭等能源资源的消耗，对缓解我国能源供应压力，保障国家能源安全意义重大。然而，由于前几年电力供应紧张，促使各地燃煤机组大量建设，小机组关停步伐放缓，导致了电源结构的进一步恶化。严峻形势之下，有关人士将目光投向发电调度方式的改革，通过改革发电调度方式来加快小火电机组的关停和淘汰。据有关分析，若实行节能调度，充分利用高效的机组发电，逐步淘汰高能耗的小火电机组，每年将节约发电用原煤1亿吨以上，由此初步推算，还能减排烟尘约30万吨、二氧化硫约90万吨、氮氧化物约50万吨、二氧化碳约1.6亿吨。如此效果显然是以往调度方式下的节能措施无论如何难以做到的。问题还在于它在直接降低发电用煤及相应污染物排放的同时，还能间接地减少煤炭开采对环境的破坏和煤炭运输对环境的污染，其社会效益与经济效益十分巨大。节能环保调度不仅是电力工业落实节约资源和环境保护国策的主动积极之举，也是促进自身转变发展方式、走新型工业化道路、实现可持续发展的内在要求。实施节能环保调度既有利于贯彻落实节能减排目标，也有助于加快电源结构调整，加速电力企业分化，促进可再生能源发电机组和大型环保机组的发展，迫使高耗能和高污染的小煤电以及燃油发电机组逐步退出市场。这对加速我国电力产能优胜劣汰，促进电力产业结构整体优化升级产生推动作用。节能环保调度是在我国经济社会发展的特殊时期、电力工业肩负特殊使命背景下出台的重要改革举措，也是我国电网调度方式的一次重大变革。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外节能环保调度现状美国是世界上最大的能源消费国，70年代后期，随着世界性的能源短缺和环境问题的日益严重，为了提高能源的利用效率，减少能源浪费和环境污染，美国相继推出了公共电力公司管制法和国家节约能源法等有关法规。例如，如果一家企业被判处违反节能、洁能法规，处罚将非常严厉，要么倒闭垮台，要么常年承担清理污染责任而负担沉重。因此，他们都不敢轻易以身试法。美国的新能源法主要以减税等鼓励性立法措施，刺激企业家及家庭、个人更多的使用节能、洁能产品。该法规规定，在未来10年内，美国政府将向全美能源企业提供146亿美元的减税政策，以鼓励石油、天然气、煤气和电力企业采取节能、洁能措施。此外，美国有12个州实施可再生能源配额制度和绿色电力认证等，推行可再生能源发电市场的发展，获得认证的供电商可以在市场营销中使用绿色电力标志，普遍得到了可再生能源公司和民众的支持4。巴西在能源生产方面能够自给自足，主要受益于可再生能源的开发和利用。巴西能源与矿产部长西拉斯最近强调指出，随着社会的参与和人们对提高生活质量的承诺，可再生能源的投资会相应增加。巴西可再生能源的原料利用率已经达到44.6%，而全球的平均利用率是13.5%，巴西的目标是达到50%。在生物发电、生物柴油和潮汐发电等领域进行的能源资源研发方面，巴西也位于世界的前列。目前，法国运行中的核电机组共有59座，总功率为63363MW，占到了全球总数的14%及全球总量的17. 6%。法国核电机组每年供应4000多亿kWh电力，占总发电量的约78%，位居世界主要工业大国的首位。很明显，核电现在已经在法国电力及能源中占据了举足轻重的位置，为保证本国经济稳步和迅速发展发挥着极为重要的作用。同时，核电作为安全清洁的能源，还为法国保持一个优良的生态环境发挥着突出作用。与周边国家相比较，法国目前的CO2排放水平是相对较低的，而这一成绩的取得应主要归功于核电。长期以来，法国一直优先发展核电，而大量减少火电。发展核电每年使法国少排放3.45亿吨CO2，为改善法国以及世界的环境质量做出了重要贡献。1.2.2 国内节能环保调度现状近年来，我国经济快速增长，各项建设取得了巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构、转变增长方式，资源难以支撑，环境难以容纳，社会难以承受，经济发展难以持续。电力工业是经济社会发展的重要支撑，随着电力工业规模的不断扩大，充足的电力供应有力地支持了经济的快速发展，但电力工业自身的能源消耗和污染排放问题也日益突出，使其成为能源消耗大户和主要的污染源。我国政府己经开始高度重视能源节约和污染物减排工作，“十一五”规划纲要将“单位国内生产总值能源消耗降低”和“污染物排放总量减少”列为约束性指标5-6。作为社会普遍关注的节能减排的重点领域，电力工业又好又快地发展将成为经济社会发展的主旋律。20世纪80年代前，发电调度采用发电燃料消耗最低或者发电成本最小原则进行调度，发电煤耗量小或发电成本低的机组先运行，发电煤耗量大或发电成本高的机组后运行。从20世纪80年代初期开始，随着集资办电政策的实施，形成了独立电厂和直属电厂并存的局面，存在着混合的发电调度方式。2002年电力体制改革后，实现了厂网分开，发电厂归属了不同的发电主体。电力市场规则不完善，发电竞争上网市场尚未建成，能耗高、效率低的中小火电机组和能耗低、效率高的大型火电机组的年运行小时数基本相当，存在只求公平而忽视效率的倾向。可以看出，现有的发电调度排序原则未能从降低能源消耗的角度来进行优化，已不能适应建设资源节约型、环境友好型社会的要求。因此研究以节能环保为目标的电力调度方式来促使高效节能机组多运行、淘汰低效高能耗发电机组、提高电力行业的整体效率势在必行。2008年8月，国家发展改革委员会、环保总局、国家电监会、能源办颁发了节能发电调度办法(试行)，并提出要在全国范围内推行节能发电调度改革试点工作，其主要指导思想是在保证电力系统安全运行和连续供电的前提下，以节能、环保为目标，通过对各类可调发电机组按能耗排序，以分省排序、区域内优化、区域间协调的方式，实施优化调度，使电能生产中消耗的煤炭、石油最少，对于减少能源消耗和污染物排放，缓解我国能源供应压力，保障国家能源安全，推动国民经济又快又好发展，具有重要战略意义。2007年8月2日国务院已同意并正式公布由国家发改委、国家环保总局、国家电监会和国家能源办联合制定的节能发电调度办法。新的节能发电调度方式将改变过去对每台发电机组平均分配发电量的做法，在保证电力系统安全运行和连续供电的前提下，以节能、环保、经济原则对机组进行排序，确定机组的年发电量，以分省排序、区域内优化、区域间协调的方式，实施优化调度，使电能生产中消耗的煤炭、石油最少。新的发电调度开始实行后，将直接影响机组的利用小时数，从而牵动电厂经济效益。改革现行发电调度方式，开展节能发电调度，对于减少能源消耗和污染物排放，缓解我国能源供应压力，保障国家能源安全，推动国民经济又快又好发展，具有重要战略意义。节能发电调度办法暂时仅在江苏、河南、四川、广东和贵州等5省试行。2007年12月1日-12月29日，贵州省电网公司进行模拟试验，模拟试验期间，贵州电网严格按照国家和省政府相关文件执行，在近一个月的模拟运行中，贵州电网按节能发电调度的原则进行发电计划曲线的编制执行、进行节能发电调度信息发布等工作时的工作流程、工作职责和部门间协调能力完全经得住考验。通过对节能发电调度计划和常规发电计划的比较分析，模拟运行期间，共节约标准煤1.66万吨，平均每千瓦时降低煤耗234克，节能发电调度成效己初步显现。2007年12月19日0:00-24:00，四川省电力公司进行了节能发电调度实际调电试验。这是一次实战，试验期间，安排水电等清洁能源最大可调出力800万千瓦全额上网发电，按照能耗水平依序安排750万千瓦火电机组上网发电。有6台共77万千瓦煤耗和污染物排放高的机组停运，部分煤耗较高、排序靠后的火电机组全天仅能按最低技术出力运行，按能耗排序在前的60万千瓦火电机组全天满发。当日，全网煤耗水平显著下降，根据实际运行情况分析，与传统调度模式对比，调电试验当日节约标准煤424.8吨，相当于平均供电煤耗降低2.9克/千瓦时。节能环保调度相对于以往的调度来说是一种全新意义上的改革，它将彻底改变以往各发电厂平均分配发电指标的局面，对整个电力行业的发展将带来深远影响。1.2.3 电力发电调度机制改革 传统经济发电调度传统经济发电调度经历了近百年的历史，为电力工业体制的发展留下了宝贵的经验。在我国垂直一体化的管理体制时期，曾一直实行按照煤耗水平排序的传统经济发电调度方式。此调度方式是根据动力系统调度管理规程编制动力系统和系统内各发电厂日负荷调度曲线，使整个动力系统在最经济方式下运行，本着发电煤耗最小或发电成本低的机组先运行，发电煤耗量大或发电成本高的机组后运行的原则。具体做法是：采用等耗微增供电煤耗率法进行各发电厂间的有功负荷分配，并进行“网损修正”，当仅改变负荷分配无法满足负荷需求变化时，就需要通过机组组合，满足系统负荷需求，使系统总煤耗最小。 计划模式发电调度20世纪70年代，我国国民经济的迅猛发展，电力消费增速加快，全国用电紧张，电煤以及其它因素对缺电的矛盾开始加剧。为了尽快解决缺电问题和确保电力系统安全稳定运行，国家开始实行集资办电，鼓励大、中、小电站一齐建设，对各类发电企业平均分配发电量计划指标逐渐成为电力调度的核心。按这种调度规则，每台发电机组每年发电利用小时都由调度指标决定，电力调度机构按“月跟踪年、日跟踪月”的方式执行；小火电没有达到预定的发电计划指标时，大机组即使还有潜力也不能多发；燃煤机组未完成电量计划时，水电机组也可能弃水。这样，计划调度方式在一定程度上演化成“为公平而公平”、简单平均的发电调度方式。这样，使得网内同类型机组无论在煤耗、效率和排放水平上有多大差异，都会得到基本相同的年利用小时数。在此调度方式下，一方面低效、高排放机组无需技改降耗就能旱涝保收；另一方面使得高效、低排放机组经济压力过大，造成发电企业投资建设节能、环保、经济型电厂的动力受到压制7。 节能环保发电调度电力工业不仅是经济发展的支撑，也是能源消耗与环境污染的大户，要发展资源节约型社会经济必须要提高电力生产效率，要保护环境更要处理好电力生产环节的污染问题。针对产业结构调整、关停小火电等方面，陆续出台了一系列宏观调控措施。同时，电力工业应参照环保部门的有关标准，严格控制污染物排放水平，并将减少污染物排放量作为衡量发电调度方式优劣的一项重要指标8。 市场环境下的发电调度市场环境下的发电调度模式是在电力行业的发、输、配、售电环节均分离并形成竞争市场后实施的，以市场竞价的结果为依据制定发电计划。目前，西方发达国家已经实施了竞价上网的发电调度模式，通过有效的市场竞争手段达到全网购电成本最低的目的。具体调度方法是对网内一定容量以上的机组参与竞价交易，按其上网电价的报价高低来决定机组的电量。要实现这一理想目的，需要具备诸多方面的条件。首先，网内装机富裕，当装机不足时，为满足负荷需求已有机组要尽量满发，无法形成竞争基础；其次，需要完善的市场规则，如果市场规则不完善，会导致市场操纵力滥用，个别市场参与者控制价格谋取超额利润。1.3 本文的研究内容和结构1.3.1 本文研究的内容课题研究目标是通过分析节能环保发电调度的特点以及相关理论知识，建立节能环保经济调度模型，并通过相关算法进行优化调度，使电力调度更节能，环保，经济。课题将在广泛阅读文献的基础上，阐述节能环保发电调度概念的提出和实践的发展状况，深入探讨节能环保调度实施的必要性、内容和要求，研究节能环保调度实施的原则和保障措施。在此基础上，结合传统的电力调度模型，提出新的节能环保调度模型，以及计及节能环保约束的相关电力调度算法，并对所提出的方法和算法结合相关数据进行了算例分析。本文的主要研究内容和研究思路如下： 综述发电调度方式的发展和现状，指出现阶段实施节能环保发电调度的必要性和意义，对调度方式及其内容、要求进行了阐述，并对与此相关的几个重要关系进行了分析。 对传统电力调度模型进行研究，分析传统电力调度模型的不足，在此基础上，提出节能经济调度模型。 针对电力系统相关特性和相关调度算法进行研究，提出相应解决方法和思路，并结合相关实际数据进行算例分析。1.3.2 本文研究的结构第一部分为绪论，包括节能环保经济优化调度的背景意义及国内外节能环保调度现状概述。第二部分为节能环保经济调度相关理论知识的研究，主要包括节能发电调度办法的研究、电力调度的常规算法和智能算法研究以及电力调度的内容等。第三部分为节能发电调度模型，在研究传统经济发电调度计划的基础上，提出了节能环保经济电力调度模型。第四部分为电力调度算法研究，提出了一个基于禁忌搜索的动态粒子群算法，并通过测试函数验证算法的优化效果。第五部分为算法在电力节能环保调度模型中的应用，结合一些相关参数，进行算例验证与分析。第六部分为结论，主要对论文的研究成果和不足进行总结。重庆大学硕士学位论文 2 电力节能环保调度理论研究2 电力节能环保调度理论研究节能环保经济调度，即根据负荷需求和节能要求，在确保电网安全稳定运行的前提下，以制度的创新，改变目前电力调度方式；采用先进的信息技术，运用大规模非线性、组合优化理论，优化发电方式；减少化石类燃料的耗用，确保节能减排环保目标任务的实现，促进社会经济又好又快发展。2.1 电力节能经济调度内容2.1.1 电力经济调度内容通过电力节能经济调度，优化发电机组合以决定系统内所有的发电设备的运行策略，从而极大限度地降低发电燃料消耗，降低网络损耗等，使系统在满足功率平衡的条件下总的运行费用最小。电力经济调度所研究内容主要包括：电力负荷预测。首先要预测将来的负荷作为制定电力调度的依据。按照调度计划的周期，可分为日负荷预测、周负荷预测和年负荷预测等。不同周期的负荷有不同的变化规律。负荷预测的精度直接影响调度的准确性，进而影响系统的运行成本和发电计划的效益，由于增大备用容量、发电再计划再调度和计划外开停机都会增加运行成本，所以提高预测的精度可以降低备用容量，减少临时功率调整和避免计划外开停机。负荷预测的核心是根据预测对象的历史数据，建立数学模型来表述其发展变化的规律。机组组合。机组组合用于确定计划期内的机组开停表。系统负荷在一天内变化范围很大时，有时仅改变机组功率而不改变机组组合时，调节范围难以满足负荷变化的要求。有时并网机组较多，发电容量较大，但这时高峰负荷机组功率大，低谷负荷机组功率小，即不安全也不经济。机组组合在研究周期内合理选择运行机组并安排开停计划，使计划周期内系统的运行费最小。机组间经济功率分配。经济功率分配是指在开停机确定的情况下，如何确定机组的发电功率值，使系统的运行费用最低。发电与输电协调：除了发电的经济性外，网络也有经济性，表现为网络传输损失的多少。有的电厂靠近燃料基地，发电的经济性好，但送电到负荷中心引起较大的网损；有些电厂靠近负荷中心，发电经济性较差，但增加功率却能使网损下降。发电与输电协调就是解决发电与输电的综合经济性最优问题。水火电经济协调问题。水电厂水库越大调节能力也就越强，从水电厂本身经济性来看应该尽量维持高水位运行，用自然来水发出更多的电能，但从系统角度来看更希望利用水电厂的调峰能力，这就需要充分研究水火电经济协调问题。水电系统按日调节能力划分为不变水头水电厂和变水头水电厂，而在有水利联系的水电厂间还存在梯级协调调度问题，这是一个复杂的优化问题。联合电力系统经济调度。随着电力网的不断扩大，临近的电力网通过联络线连接在一起运行，由此可以错开峰荷，降低备用容量、充分利用能源，这就需要考虑联合电力系统经济调度问题，其目的是确定各系统间的联络线交换功率计划，以协调更大范围的运行经济效益。考虑安全约束的经济调度。仅仅考虑经济特性编制的调度计划不一定实用，因为它可能不满足系统的安全约束。实际电力系统调度计划总是要把安全放在第一位的，因为电网事故所造成的经济损失要远远大于经济调度带来的效益，因此必须研究考虑安全约束的经济调度。如果两个区域间的传输线或功率流超过传输线实际物理能力极限时，就要减少相应的实际发电功率，而不再考虑经济性。考虑网损的经济调度。网损的计算要对网络结构和潮流分布情况充分了解，通常传输损耗可以看成是用户电力负荷的一部分，并由相应的发电厂负担。也可在计算成本时，给机组的边界价格上加入罚因子，以反映传输损耗对机组的相对影响。考虑环保要求的经济调度。在发达国家，公众对生态环境保护的意识日益增强，早在1990年美国就出台了法律强制要求火力发电厂通过改进生产设备，或者优化运行方式来减少污染以及有害气体排放量9。发电厂可以通过安装净化设备、采用排放更少的燃料、用燃烧更充分的锅炉设备来替换陈旧的设备，或者采用“环境经济调度”方法。前二种方法需要改进、安装或替换现有的设备，由于需要大量的投资，因此是长期规划涉及的问题。环境经济调度却是在维持现有运行设备不变的情况下，通过优化运行方式，使废气排放量与燃料费用都达到最低水平的短期规划方案。2.1.2 电力节能的主要方面电力行业不同于其他制造行业，其二次能源电力产品不可以贮存，一次能源通过跟随电力需方时刻变化的负荷设备而随时调整的发电设备输变电设备电力需方负荷设备，一次完成。电力节能的主要方面如图2.1所示。电力节能降低最大电力需求和提高功率因数。电力需方节电电网降损节能发电节能提高负荷率；采用高功率因数电气设备；配电线路的优化；采用高效节能用电设备；供配电设备经济运行；负荷设备的经济运行；发展新能源及可再生能源发电，减少化石能源使用；资源综合利用发电，节约化石能源消耗。发展核电，减少化石能源使用；电力系统各发电厂的高效经济运行，降低能源消耗；火电机组的高效经济运行，降低能源消耗；对早期低效的火电设备实施节能技术改造，提高能效降低能源消耗；发展热电联产、热电冷联供，提高热能综合效率；采用清洁高效火电设备，降低化石能源消耗；积极发展水电，老水电机组提效增容改造及经济运行，减少化石能源的使用；降低发电损耗（调整水电、火电、核电、抽水蓄能发电出力，使负荷均衡化，高功率因数运行，降低厂用电）；降低变压器损耗（选用高效节能变压器，并列运行有功的经济分配，高负荷率高功率因数运行，变压器冷却系统自动控制）；降低输配电线路损耗（变电站合适配置、高电压送电、高负荷率、高功率因数送电，导线截面合理选择及多回送电，环形供电，铜导线选用，灵活交流输电FACTS）；全国电力系统联网运行，实现六大区域电网间功率交换和电力转送，电力资源优化配置；发挥电力需方自用发电分散电源优点，降低输变电损耗（负荷中心设置，削峰使负荷均衡，提供有功、无功）；电力系统经济运行及自动化，降低发电输变电损耗（经济调度各电厂有功，高负荷运行，调整系统无功、电压，高功率因数运行，系统自动化及安全稳定运行）。图2.1 电力节能方面Fig. 2.1 2.2 电力调度环保问题2.2.1 各电厂对环境的影响发电厂按使用能源划分有下述基本类型，火力发电厂，水力发电厂，核能发电厂，风力发电厂，太阳能发电厂，地热发电厂，潮汐发电厂等。由于各类发电厂使用能源的不同在其产生电能过程中对环境的影响也各不相同。 火电厂对环境的影响。我国火电厂95%左右以燃煤为主，煤炭中除了含有大量的炭外，还有灰分、硫、氮以及有害的微量元素。煤炭燃烧在释放热能的同时还产生SO2，NOx、烟尘和灰渣。以煤炭为主的能源结构，使我国面临以下两个突出问题：首先是以煤为主的能源供应意味着比较低的能源效率；另一个所面临的就是环境污染问题。随着SO2和氮氧化物等排放量增加，酸雨越来越严重，使土壤、湖泊、河流水质酸化，生态遭破坏，农业减产；CO2等所产生的“温室效应”使地球变暖，全球性气候异常，自然灾害增多；氯氟烃类化合物的排放使大气臭氧层遭到破坏，加之大量粉尘的排放，使癌症发病率增加，严重威胁人类健康10。 水电站对环境的影响。目前，我国绝大多数水电站对生态环境的影响利大于弊，水库对生态环境的不利影响主要有：水库淹没和移民安置加剧库区人地矛盾，移民安置如果不当，会造成库区乱垦滥伐，加剧水土流失，导致局部地区生态环境质量下降和移民生活水平下降；有些水库淹没珍稀动植物的生存地及文物古迹；大坝切断了回游性鱼类的回游通道，同时库区原有河道内的产卵场被淹没以及下游产卵场所由于水文情势的改变而受到影响；水库可能诱发地震及其他环境地质问题，如地下水位变化和库岸稳定等11。 核电站对环境的影响。核电站运营过程中的环境影响的主要来源是气态、液态流出物的排放和放射性固体废物的贮存、处置。在核电站的正常运营期，核燃料裂变会产生大量裂变产物，反应堆内就会出现大量的放射性核素，虽然它们中的绝大部分被密封在燃料元件包壳和回路冷却系统中，但仍有极少量会通过烟囱排入大气，或与冷却水混合排入水体。此外核电厂还会产生一定数量的中低放固体废物和高放固体废物。核电厂在事故状态下可能会向环境中释放大量的放射性物质，对环境和公众健康产生极大危害。 风能发电对环境的影响。风能是一种干净的、储量极为丰富的再生能源，它和存在于自然界的矿物燃料能源，如煤、石油、天然气等不同，不会随着其本身的转化和利用而减少，可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源。自20世纪80年代末以来，随着世界各国对环境保护、能源短缺及节能等问题的日益关注，认为大规模利用风力发电是一条有效的节能、环保的途径。 天然气发电对环境的影响。相对燃煤电厂而言，其对环境的影响比较小，其SO2和固体废弃物几乎为零，温室气体(GHG)减少1/2，NOx减少2/3，TSP减少3/4。另外从生态效益看，其占地面积减少1/2，耗水量减少2/3。这些数据充分表明，在日益严峻的环保形势下，天然气发电对生态环境的贡献是极其显著的。2.2.2 减少电力环境污染的方法随着电力工业的加速发展，对我过电力环保提出了严峻的挑战。由于我国是以燃煤为主的电源结构，必然在电力建设与生产过程中面临很多的环境问题。电力部门在环境保护方面做出了很大努力，尤其是在进行火力发电企业环保改造和优化能源结构方面，为解决环保问题奠定了坚实的基础。 火电厂的改造。为现有的火电厂加装脱硫脱硝设备是最直接的减少污染气体排放的方式之一。在诸多脱硫工艺技术中，石灰石-石膏法烟气脱硫技术仍是当前的主流工艺技术，所占比重达90%以上，脱硫效率达95%以上，设备阻力在2000Pa左右。目前，降低燃煤设备氮氧化物排放的主要技术措施有3大类：改变燃烧条件，炉膛喷射脱硝，烟气脱硝。火电厂改造需要投入大量的资金占用土地，同时设备的运营还要消耗电能，使得电厂的经济性下降。但是脱硫脱硝设备的投入可以使得硫化物和氮氧化物的排放量有显著的减少。 优化能源结构。从能源整体结构看，我国火电的比重过大，而且在以后相当长的一段时间里不会有明显的改变。因此在我国电力工业逐步调整能源结构的过程中，优化火电结构是其重要组成部分。中国水电资源在世界上蕴藏最丰富，可开发的资源量大约5.4亿千瓦，风能清洁，取之不尽，核电是清洁高效的能源，污染少、温室气体接近零排放，都是有效优化能源结构的良好