[发明专利]一种考虑碳排放流的低碳电源电网规划模型

说明书

技术领域

本发明涉及电网规划和运行领域，尤其是一种考虑碳排放流的低碳电源电 网规划模型。

背景技术

电力系统规划包括电源规划与电网规划两个层面，是电力系统发展的一项 重要的前期工作，电力规划的根本目的是根据对某一区域在某一时期内负荷预 测的结果，寻求一个最经济的电力发展方案，使之够满足运行可靠性的要求。 我国提出了“2020年单位GDP碳排放强度比2005年下降40％～45％”的低碳 发展目标。该目标的实现一方面取决于我国能源结构的低碳化，另一方面取决 于产业结构和用能方式的优化，不同地区的产业结构、能源禀赋不同，对该目 标的贡献能力亦存在差异。

针对我国低碳发展目标，碳排放计量方法的不同也将对电力行业的规划带 来影响。已有的研究结果表明，不同碳排放计算口径对区域电力碳排放的统计 差异接近50％，这对低碳发展目标完成情况的核算将产生巨大的影响。由于电 能属于清洁的二次能源，在使用过程中并不产生碳排放，传统基于宏观统计法 的碳排放计算在核算诸如单位GDP碳排放强度下降的低碳目标时将对电能输 出地区不公平，同时难以调动能源输入省份节能减排工作的积极性。由此，迫 切需要实现碳排放计量从发电环节向用电环节的转变，而这种转变也将为面向 低碳目标的电源电网规划带来新的挑战，碳排放流是实现这种转变的重要工 具。

碳排放流的核心思想是将发电环节的碳排放分摊至用电环节，从用户侧实 现电力消费对应碳排放的计量。已有的考虑碳排放流和用电碳排放约束的跨区 域电力传输模型均以平均发电(或用电)碳排放强度作为外送电力流的碳流密 度。此种分析方法忽略了能源基地外送电能的实际情况，难以考虑多区域互联 网络中不同区域间的双边电量合约。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑碳排放流的低碳电源电网规划模型，模型将 在传统电力规划的投资问题中尝试应用碳排放流对用电环节的碳排放约束、跨 行业碳排放交易、区域间电量合约等要素进行描述，并综合考虑不同地区间碳 价差异、系统运行的调峰备用约束，形成完整的规划方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种考虑碳排放流的低碳电源电网规划模型，本模型中的决策变量主要包 括以下三类：第一类为表示第y年区域a中为区域b负荷供电的第u 类电源的扩展容量，脚标中a与b均表示区域，当a与b表示同一区域，表明 该类机组新增容量用于平衡区域a本地负荷，为本地容量；当a与b表示不同 区域时，表明该类机组新增容量用于平衡区域b的负荷，为外送容量；

第二类为表示第y年区域a向区域b间送电通道的新增容量；

第三类为为第y年，典型日d中时段t下，区域a中为区域b负 荷供电的第u类电源的出力；

目标函数如下：

式中，与分别表示系统在第y年的总投资建设成本、 固定运行成本、可变运行成本和区域间联络线建设成本，目标函数中第五项表 示碳交易成本，其中与由投资问题描述，由运行子问题描述， Y表示所有待规划年份，r代表通货膨胀率。

进一步地，总建设投资成本

模型对采用等年值分解的形式，将各类电厂的投资成本按折现率平摊 到电厂的服役年限中，并忽略电源在规划期后的残值，模型默认固定区域中各 类电厂的单位容量投资成本为定值，其中A表示模型中各子区域的集合，U表 示待规划电源种类的集合。

进一步地，总固定运行成本

式中，P_u,y,a和表示第y年区域a中第u类电源的可用容量和单位容量固定 运行成本，可用容量P_u,y,a可由下式表示：

式中，P_u,y,a,b表示第y年区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的扩展容量， 有：

式中，P_u,0,a,b表示规划期初区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的已有容量，表示该类电源在第i个规划年中的退役容量。

进一步地，区域间联络线建设成本可由下式表示：

式中，和表示第y年从区域a至区域b送电通道的新建容量和单位 容量建设成本，B表示可选的送电通道的集合，此处的送电通道指改进的等值 网络中的直送通道。

进一步地，总可变运行成本为系统发电成本，可由下式表示：

式中，表示第y年区域a中第u类电源的单位发电成本。D为系统所有 典型运行方式下的日集合，TD为系统在典型日D中的时段集合，ΔT为时段 持续时长。