中国发电产业节能降耗的优化模型与方法研究

论文摘要

发电产业作为国家能源工业的重要组成部分,其节能降耗成效直接关系到我国政府在“十一五”规划纲要中制定的节能降耗目标能否实现。本文从电源结构、节能调度、发电权交易、发电侧分时电价、发电备用、发电企业直供电等不同的角度研究了我国发电产业的节能降耗问题。针对目前我国电源结构不合理的现状,从能源、经济、环境协调发展的角度研究了电源结构优化问题。分析了我国电力发展面临的能源、环境约束,详细阐述了电力与能源、经济、环境之间的关系;然后,综合考虑电力行业的节能减排任务及电价上涨对经济增长的影响,构建了基于能源、经济、环境协调发展的电源结构优化模型,并在不同的既定目标下进行了情景分析。以充分利用水资源为目的,研究了水火电协调优化调度和水电站经济运行问题。基于我国火电占绝对份额、水电次之的电源结构,综合考虑火力发电机组和水力发电机组的运行特点,以充分利用水资源、节约化石能源为目的,应用大系统分解协调理论,分别构建了水火电协调调度优化模型和水电站经济运行优化模型。以减少煤炭消耗为目标,研究了水电企业与火电企业之间的发电权交易问题。在分析了发电权交易模式的基础上,针对合约市场、日前市场和实时市场,基于水电企业和火电企业的报价函数,构建了水火发电权交易的定价优化模型,并给出了求解算法。以节能减排为导向,优化设计了发电侧峰谷分时电价、发电侧与售电侧联合峰谷分时电价。在峰谷分时电价方案的设计中,考虑了发电机组的上网电量及其在峰、平、谷时段的电量分配问题;根据各类机组在发电过程中所排放污染物带来的经济损失,为发电机组设置了环境价值参数。然后,以实施峰谷分时电价后平均发电能耗成本最低为目标函数,分别建立了发电侧峰谷分时电价的优化模型和发电侧与售电侧峰谷分时电价联合优化模型。以促进发电企业节能降耗为目的,研究了用户参与下的最优发电备用容量问题和发电企业直供电交易问题。综合考虑了发电机组的故障率、电力负荷需求的随机增长性和用户可中断负荷的备用功能,构建了基于用户可中断负荷的发电备用容量优化模型,并给出了求解算法;界定了参与发电企业直供电交易的交易主体,分析了拍卖机制下发电企业的报价行为和大用户的购电策略,构建了发电企业与大用户直供电交易优化模型,算例结果表明,发电企业直供电能够促使发电企业提高机组效率,降低发电能耗。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.2.1 降低发电能源消耗是实现节能降耗的重要途径之一
• 1.2.2 降低发电能源消耗是中国电力工业发展的必然选择
• 1.3 国内外研究动态
• 1.3.1 有关电源结构优化的研究现状
• 1.3.2 有关水火电协调优化调度的研究现状
• 1.3.3 有关发电权交易的研究现状
• 1.3.4 有关分时电价优化设计的研究现状
• 1.3.5 有关用户参与备用服务的研究现状
• 1.3.6 有关发电企业直供电交易的研究现状
• 1.4 本文的主要工作和创新点
• 第二章 以节能减排为目的的电源结构优化模型
• 2.1 中国电源结构现状
• 2.1.1 电力装机容量及其构成
• 2.1.2 发电量及其构成
• 2.1.3 电源结构不合理
• 2.1.4 电源结构不合理的原因
• 2.1.5 调整电源结构的必要性
• 2.2 中国电力发展面临的能源、经济、环境约束
• 2.2.1 中国的能源与环境现状
• 2.2.2 电力与能源、环境、经济之间的关系
• 2.3 基于能源、经济、环境协调发展的电源结构优化模型
• 2.3.1 目标函数
• 2.3.2 决策变量
• 2.3.3 约束条件
• 2.3.4 电力供需约束
• 2.4 基于能源、经济、环境协调发展的电源结构优化情景分析
• 2.4.1 既定的节能和环保目标下最小化电价上涨幅度
• 2.4.2 既定的经济和环保目标下最小化不可再生能源消耗量
• 2.4.3 既定的节能和经济目标下最小化环境治理费用
• 2.4.4 统筹兼顾能源经济环保目标
• 2.5 本章小结
• 第三章 以充分利用水资源为目的的节能调度优化模型
• 3.1 节能发电调度
• 3.2 机组运行特点
• 3.2.1 火力发电的运行特点
• 3.2.2 水力发电的运行特点
• 3.3 水火电协调调度优化模型
• 3.3.1 第一级优化模型
• 3.3.2 第二级优化模型
• 3.4 水电站经济运行优化模型
• 3.4.1 水电站经济运行优化准则
• 3.4.2 水电站经济运行优化模型
• 3.5 水电站经济运行优化模型求解算法
• 3.5.1 模型离散化
• 3.5.2 模型求解算法
• 3.6 本章小结
• 第四章 以降低电煤消耗量为目的的发电权交易优化模型
• 4.1 发电权交易基本思想
• 4.2 发电权交易的基本原则
• 4.3 发电权交易模式
• 4.3.1 经纪人交易模式
• 4.3.2 基于经纪人模式的交易过程
• 4.4 基于期权的发电权交易
• 4.5 水火电发电权交易
• 4.5.1 水火电发电权交易的流程分析
• 4.5.2 水火电发电权交易的效益分析
• 4.6 水火电发电权交易价格优化模型
• 4.6.1 合约市场优化模型
• 4.6.2 日前市场优化模型
• 4.6.3 实时市场优化模型
• 4.7 算例分析
• 4.7.1 发电权合约交易
• 4.7.2 发电权日前交易
• 4.8 本章小结
• 第五章 以节能减排为导向的峰谷分时电价优化模型
• 5.1 实行峰谷分时电价的意义
• 5.2 现行峰谷分时电价存在的问题
• 5.2.1 供电公司缺乏实施峰谷分时电价的主动性
• 5.2.2 发电公司与供电公司之间的利益没有平衡
• 5.2.3 峰谷时段划分的方法
• 5.3 基于电力资源优化配置的发电侧峰谷分时电价研究
• 5.3.1 峰谷电价与峰谷电量的关系
• 5.3.2 发电侧峰谷分时电价优化设计
• 5.3.3 机组收入增量参数的确定
• 5.3.4 算例分析
• 5.4 以节能调度为导向的发电侧与售电侧联合峰谷分时电价研究
• 5.4.1 用户对售电侧峰谷分时电价的响应
• 5.4.2 发电侧与售电侧峰谷分时电价联合设计的约束条件
• 5.4.3 发电侧与售电侧峰谷分时电价联合设计的优化模型
• 5.4.4 环境价值参数的确定
• 5.4.5 模型求解
• 5.4.6 算例分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 以促进发电企业节能降耗为目的用户参与下的优化模型
• 6.1 基于用户可中断负荷的发电备用容量优化模型
• 6.1.1 中国实施用户可中断负荷管理的意义及现状
• 6.1.2 电力系统备用需求
• 6.1.3 用户可中断负荷的备用功能分析
• 6.1.4 基于发电可靠性和负荷需求增长的备用需求量
• 6.1.5 用户参与下的发电备用容量优化模型
• 6.1.6 模型求解
• 6.2 发电企业与用户直供电交易研究
• 6.2.1 交易主体的界定
• 6.2.2 发电企业与大用户直供电交易优化模型
• 6.2.3 模型求解
• 6.2.4 算例分析
• 6.2.5 结果分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 攻读博士学位期间参加的科研工作