2015年9月25日，國家主席習(xí)近平在首次訪問美國期間，在華盛頓同美國總統(tǒng)奧巴馬舉行會談，并發(fā)表“中美元首氣候變化聯(lián)合聲明”。指出“中國到2030年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降60%－65%，森林蓄積量比2005年增加45億立方米左右。中國將推動綠色電力調(diào)度，優(yōu)先調(diào)用可再生能源發(fā)電和高能效、低排放的化石能源發(fā)電資源。”“綠色電力調(diào)度”作為兩國元首聯(lián)合聲明中唯一提及的電力系統(tǒng)技術(shù)，其重要性不言而喻。本文將就相關(guān)問題進(jìn)行一些探討，希望起到拋磚引玉的作用。

綠色電力調(diào)度的涵義

能耗與排放是電力調(diào)度始終關(guān)注的兩個指標(biāo)。在傳統(tǒng)的計劃調(diào)度方式下，通常根據(jù)發(fā)電廠或發(fā)電機(jī)組的投資、建設(shè)和運(yùn)營成本，確定機(jī)組的年利用小時數(shù)，一般數(shù)值比較接近，這種“大平均”調(diào)度模式導(dǎo)致了高效環(huán)保的大火電機(jī)組、水電及核電等清潔能源機(jī)組的發(fā)電能力無法充分發(fā)揮，高污染、高能耗的小火電機(jī)組卻能多發(fā)電的情況，造成了能源資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。由于化石能源日趨枯竭，同時環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重，在節(jié)能與環(huán)保的雙重壓力下，2007年起國家開始試行節(jié)能發(fā)電調(diào)度，在保障電力可靠供應(yīng)的前提下，以節(jié)能、環(huán)保為目標(biāo)，優(yōu)先調(diào)度可再生發(fā)電資源，按機(jī)組能耗和污染物排放水平由低到高排序，依次調(diào)用化石類發(fā)電資源，并與電力市場建設(shè)工作相結(jié)合，最大限度地減少能源、資源消耗和污染物排放。其中不同類型發(fā)電機(jī)組的調(diào)度優(yōu)先級（即機(jī)組發(fā)電排序的序位表）在2007年8月發(fā)改委、環(huán)保總局、電監(jiān)會和能源辦聯(lián)合下發(fā)的《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法》中作了具體規(guī)定。

近年來，國內(nèi)不少省份和研究單位開展了“綠色電力調(diào)度”的嘗試或研究。2008年年底，湖北省啟動綠色電力調(diào)度機(jī)制，在確保電網(wǎng)安全運(yùn)行、保障電力供應(yīng)的前提下，對不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和超總量排污的非脫硫燃煤機(jī)組實(shí)施停運(yùn)限排，將其發(fā)電量指標(biāo)調(diào)配給運(yùn)行正常的脫硫機(jī)組。寧夏自2010年起實(shí)行綠色電力調(diào)度制度，并于2014年出臺《寧夏回族自治區(qū)綠色電力調(diào)度管理暫行辦法》，在確保電網(wǎng)必需的火電機(jī)組開機(jī)的前提下，優(yōu)先調(diào)度脫硫、脫硝、除塵設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定的機(jī)組發(fā)電，降低脫硫脫硝措施不符合要求、污染物排放不達(dá)標(biāo)的火電機(jī)組發(fā)電負(fù)荷。上海市從2011年底開始實(shí)施“清潔發(fā)電、綠色調(diào)度”工作，將年度發(fā)電量計劃中各發(fā)電機(jī)組按容量分為５個等級，每一等級機(jī)組在發(fā)電利用小時數(shù)上拉開５０小時差距，從而讓高能效的大機(jī)組代替小機(jī)組多發(fā)電，實(shí)現(xiàn)降低能耗的目標(biāo)。廣西自2013年底起實(shí)施電力綠色調(diào)度，安排已有脫硝設(shè)施的企業(yè)多發(fā)電，安排未上脫硝設(shè)施的火電機(jī)組減少發(fā)電。同時，通過向區(qū)外購電以減少區(qū)內(nèi)火力發(fā)電。

可見由于“綠色電力調(diào)度”的概念涵義比較寬泛，具體實(shí)施起來各有差別，但總體都圍繞“減排”（脫硫、脫硝）和節(jié)能，采用行政手段進(jìn)行。與節(jié)能發(fā)電調(diào)度相比，綠色電力調(diào)度更強(qiáng)調(diào)環(huán)保和減排。本課題組自2009年開始對綠色電力調(diào)度進(jìn)行了深入的研究，并作為主要研究力量參與由海南電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)的國家８６３重點(diǎn)科技課題“多類型新能源發(fā)電綜合消納的關(guān)鍵技術(shù)”（課題編號2012AA050201）研究（國家８６３計劃“智能電網(wǎng)高級分析與優(yōu)化運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)”重大項(xiàng)目課題一），研究成果已于2015年7月10日通過國家科技部驗(yàn)收。本課題組所研究的綠色電力調(diào)度不但強(qiáng)調(diào)風(fēng)、光、水等可再生能源的消納及節(jié)能和環(huán)保的綜合優(yōu)化，也強(qiáng)調(diào)風(fēng)、光、火、水、氣、核、抽水蓄能等多類型電源的互補(bǔ)運(yùn)行[1]。

綠色電力調(diào)度的技術(shù)框架

綠色電力調(diào)度應(yīng)該實(shí)現(xiàn)從年度、月度、日前到日內(nèi)、實(shí)時調(diào)度計劃的有機(jī)銜接和持續(xù)動態(tài)優(yōu)化，而不能采用類似于節(jié)能發(fā)電調(diào)度的簡單排序方法。限于篇幅，本文僅對日前、日內(nèi)、實(shí)時調(diào)度進(jìn)行探討，而將年度、月度調(diào)度計劃作為輸入數(shù)據(jù)。本文所提綠色電力調(diào)度技術(shù)特點(diǎn)包括：

1. 新能源并網(wǎng)條件下的電力系統(tǒng)多時間尺度魯棒調(diào)度

協(xié)同調(diào)度水電、火電、風(fēng)電、氣電等多種電源的開機(jī)出力，在多個時間尺度（日前、日內(nèi)、實(shí)時）內(nèi)逐級降低新能源的預(yù)測偏差給電網(wǎng)的沖擊作用，并采用魯棒調(diào)度方式保證了調(diào)度方案的魯棒性，調(diào)度流程如圖1所示。新能源的預(yù)測精度低給電網(wǎng)調(diào)度帶來了挑戰(zhàn)，一般情況下新能源的預(yù)測精度跟時間跨度成反比，因此將調(diào)度框架分為日前計劃、日內(nèi)滾動計劃、實(shí)時計劃三個時間尺度，在多個時間尺度內(nèi)逐步削減新能源的不確定性性對電網(wǎng)的影響。

1）日前計劃。在已知機(jī)組初始狀態(tài)、聯(lián)絡(luò)線交換計劃、年度和月度計劃的基礎(chǔ)上，基于次日負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)、新能源功率的短期預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行日前計劃編制，確定機(jī)組啟停方案及出力。

2）日內(nèi)滾動計劃?；陬A(yù)測精度更高的新能源及負(fù)荷超短期功率預(yù)測數(shù)據(jù)修正日前發(fā)電計劃，一般情況下不改變機(jī)組的啟停方案。

3）實(shí)時計劃。對5~15分鐘后的發(fā)電計劃作出調(diào)整。在日內(nèi)滾動調(diào)度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)化調(diào)度方案，修正調(diào)度計劃與預(yù)測結(jié)果的偏差。

在日前計劃和日內(nèi)滾動計劃中，均采用魯棒調(diào)度的方法，即將調(diào)度模型中的不確定因素（如新能源功率）考慮為一個波動區(qū)間——不確定集，使調(diào)度方案對不確定因素在此不確定集內(nèi)的變化具有適應(yīng)性。尋找最優(yōu)不確定集。

2. 考慮能耗與環(huán)保的綜合成本計算

不同于傳統(tǒng)調(diào)度方法，綠色電力調(diào)度的優(yōu)化目標(biāo)中需考慮以下幾類成本：

1）發(fā)電成本：發(fā)電成本是機(jī)組在調(diào)度周期內(nèi)發(fā)電所消耗燃料的成本。

2）環(huán)境成本：環(huán)境成本是指為處理發(fā)電產(chǎn)生的燃料廢渣廢氣而付出的成本，其主要由排放物SO2、NOx、粉塵(TSP)、CO2等造成，包括發(fā)電環(huán)境成本和棄風(fēng)/光環(huán)境成本兩部分：

發(fā)電環(huán)境成本：發(fā)電環(huán)境成本是調(diào)度計劃消耗燃料產(chǎn)生的環(huán)境成本；

棄風(fēng)/光環(huán)境成本：棄風(fēng)/光環(huán)境成本是指棄風(fēng)/光的環(huán)境效益，即棄風(fēng)/光量等效火電發(fā)電產(chǎn)生的環(huán)境成本。

3）風(fēng)險成本：風(fēng)險成本是當(dāng)新能源波動超過調(diào)度計劃消納能力而采用的棄風(fēng)/光或切負(fù)荷措施帶來的成本。

4）綜合成本：綜合成本是指將發(fā)電成本、環(huán)境成本和風(fēng)險成本之和。

在魯棒調(diào)度中，不確定集是魯棒調(diào)度結(jié)果所必須滿足的新能源出力波動集合，其范圍越大，調(diào)度計劃消耗燃料越多，應(yīng)對新能源波動的能力越強(qiáng)，風(fēng)險成本越低，發(fā)電成本和環(huán)境成本越高；相反，其范圍越小，調(diào)度計劃消耗燃料越少，應(yīng)對新能源波動的能力越弱，風(fēng)險成本越高，發(fā)電成本越低。因此如何確定新能源最優(yōu)不確定集是問題關(guān)鍵所在。

綠色電力調(diào)度其他技術(shù)細(xì)節(jié)可參考作者所負(fù)責(zé)國家863計劃課題科技報告（編號713806039-2012AA050201/04）。

圖1 綠色電力調(diào)度框圖

市場環(huán)境下的綠色電力調(diào)度

2015年3月15日，中共中央和國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》（中發(fā)〔2015〕9號，后稱9號文件），并先后確定在深圳、蒙西、湖北、安徽、寧夏、云南、貴州七個省區(qū)開展以輸配電價改革和售電側(cè)市場開放為重點(diǎn)的試點(diǎn)，拉開了新一輪電力體制改革的序幕。以往的節(jié)能發(fā)電調(diào)度或綠色電力調(diào)度都采用計劃經(jīng)濟(jì)模式下的行政手段來完成，難以適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境，需要根據(jù)9號文件指導(dǎo)精神研究市場環(huán)境下的綠色電力調(diào)度方案。

9號文件規(guī)定將分步實(shí)現(xiàn)公益性以外的發(fā)售電價格由市場形成，“參與電力市場交易的發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)電價由用戶或售電主體與發(fā)電企業(yè)通過協(xié)商、市場競價等方式自主確定。參與電力市場交易的用戶購電價格由市場交易價格、輸配電價（含線損）、政府性基金三部分組成。”“按照接入電壓等級，能耗水平、排放水平、產(chǎn)業(yè)政策以及區(qū)域差別化政策等確定并公布可參與直接交易的發(fā)電企業(yè)、售電主體和用戶準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。按電壓等級分期分批放開用戶參與直接交易，參與直接交易企業(yè)的單位能耗、環(huán)保排放均應(yīng)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，不符合國家產(chǎn)業(yè)政策以及產(chǎn)品和工藝屬于淘汰類的企業(yè)不得參與直接交易。進(jìn)一步完善和創(chuàng)新制度，支持環(huán)保高效特別是超低排放機(jī)組通過直接交易和科學(xué)調(diào)度多發(fā)電?！?/span>

9號文件從市場主體準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)上加以控制，客觀上有利于綠色電力調(diào)度的實(shí)施。此外，應(yīng)該采用新能源補(bǔ)貼、碳排放權(quán)交易、排污稅（費(fèi)）（或稱庇古稅）等多種途徑保證環(huán)保高效的發(fā)電機(jī)組在市場競爭中更具優(yōu)勢。由于發(fā)電企業(yè)與售電主體或用戶的雙方（或多方）直接交易往往都采用中長期合同的形式，最后仍需通過日前、日內(nèi)調(diào)度來實(shí)現(xiàn)，因此圖1的綠色電力調(diào)度框架可以保持不變，但這時的年度計劃、月度計劃將由市場主體間的合同來替代。如果隨著市場化改革的深化，需要進(jìn)行短期和即時交易，圖1的綠色電力調(diào)度框架要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，建立與不同時間尺度相對應(yīng)的日前市場、日內(nèi)市場和實(shí)時市場。

[1]HaoyongChen, Peizheng Xuan, Yongchao Wang, et al. Key Technologies for Integration ofMultitype Renewable Energy Sources-Research on Multi-Timeframe Robust Scheduling/Dispatch. IEEE Transactions on Smart Grid, 7(1), pp. 471-480, 2016/1/1.

作者：陳皓勇