电力系统节能技术课程报告

2014年春季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:电力系统节能调度技术学生所在院（系）:电气工程与自动化学院学生所在学科:电气工程学生姓名:刘慧众学号:13S006037学生类别:学术型考核结果阅卷人第1页（共10页）电力系统发电与配用电节能调度浅析1.引言近年来，随着全球极端气候的频发、全球气候变暖日渐严重以及传统一次能源的日趋枯竭，实行节能减排已经在全球范围内形成普遍共识。对我们国家来讲，国家经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式直接相关。不加快调整经济结构、转变增长方式，资源支撑不住，环境容纳不下，社会承受不起，经济发展难以为继。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。我国对节能减排的决心非常大，节能减排一方面能够减轻对日趋枯竭的一次能源的消耗，另一方面可以保护日渐恶化的环境，是一项非常有意义的举措。《中华人民共和国节约能源法》指出“节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略”电力工业的节能减排具有很大潜力。国家发展改革委、环保总局、电监会等部门联合下发了《关于加快电力工业结构调整促进健康有序工作的通知》、《节能发电调度办法(试行)》等文件,要求调整发电调度规则,实施节能、环保、经济调度,优先考虑可再生能源和低能耗机组发电,尽快研究制定新的调度规划,以节能、环保、经济为标准,确定各类机组的发电次序和时间,激励发电企业降低能耗[1]。除大容量集中发电环节外，合理用电，节约用电，以及将一些废弃能源或新兴可再生能源能源转化为电能也已经成为节能减排工作中的有效途径。而这些内容，都可以归结到电力系统节能调度的范畴或者和电力系统的节能调度有着千丝万缕的联系。电力系统节能调度具有诸多益处，从行政角度讲，科学合理的节能减排调度，有助于电力行业顺利完成国家节能减排的规划分解指标；从技术角度讲，节能调度是建设智能电力系统、实现电力系统智慧化运营的必然客观要求；从环境角度讲，科学合理的节能减排调度，为中国，乃至世界的环境保护贡献自己的力量；从国际社会的大环境讲，科学合理的节能减排调度，为提高中国在国际能源与气候、政治与经济等领域的谈判地位、从而保障中国的发展空间和国家利益贡献力量。2.电力系统节能发电调度电力系统节能发电调度是指在保障电力可靠供应的前提下,按照节能、经济的原则,优先调度可再生发电资源,按机组能耗和污染物排放水平由低到高排序,依次调用化石类发电资源,最大限度地减少能源、资源消耗和污染物排放[2]。节能调度的基本原则是以确保电力系统安全稳定运行和连续供电为前提,以节能、环保为目标,通过对各类发电机组按能耗和污染物排放水平排序,以分省排序、区域内优化、区域间协调的方式,实施优化调度,并与电力市场建设工作相结合,充分发挥电力市场的作用,努力做到单位电能生产中能耗和污染物排放最少[3]。2.1机组发电序位表的编制机组发电排序的序位表（以下简称排序表）是节能发电调度的主要依据。我国的电力系统节能调度系统中，各省（区、市）的排序表由省级人民政府责成其发展改革委（经贸委）组织编制，并根据机组投产和实际运行情况及时调整并努力做到机组发电序位表编制的公开、公平、公正。一般来讲，各类发电机组按以下顺序确定序位：1.无调节能力的风能、太阳能、海洋能、水能等可再生能源发电机组；2.有调节能力的水能、生物质能、地热能等可再生能源发电机组和满足环保要求的垃圾发电机组；3.核能发电机组；4.按“以热定电”方式运行的燃煤热电联产机组，余热、余气、余压、煤矸石、洗中煤、煤层气等资源综合利用发电机组；5.天然气、煤气化发电机组；6.其他燃煤发电机组，包括未带热负荷的热电联产机组；7.燃油发电机组。需要注意的是，同类型火力发电机组按照能耗水平由低到高排序，节能优先；能耗水平相同时，按照污染物排放水平由低到高排序。机组运行能耗水平近期暂依照设备制造厂商提供的机组能耗参数排序，逐步过渡到按照实测数值排序，对因环保和节水设施运行引起的煤耗实测数值增加要做适当调整。污染物排放水平以省级环保部门最新测定的数值为准。2.2机组发电组合方案的制订根据国家颁布的《节能发电调度办法（试行）》，机组发电组合方案的制订应该具体由省级发展改革委（经贸委）负责，认真组织开展年、季、月、日电力负荷需求预测及管理工作，根据负荷预测和发电机组实际运行情况，制定本省（区、市）年、季、月发电机组发电组合的基础方案。各级电力调度机构应按照排序表和发电组合的基础方案，并根据电力日负荷预测和发电机组的实际发电能力、电网运行方式，综合考虑安全约束、机组启停损耗等各种因素，确定次日机组发电组合的方案。省级电力调度机构依据本省（区、市）排序表和各机组申报的可调发电能力，确定发电机组的启停机方式，形成满足本省（区、市）电力系统安全约束的机组次日发电组合方案，报所在区域电力调度机构。区域电力调度机构在各省（区、市）机组次日发电组合方案的基础上，依据节能调度的原则，进一步优化调整本区域内发电机组的启停机方式。由上述原则可以看出，我国电力系统节能调度机组发电组合方案是以省级单位为独立实体来制订的，大区级的电网电能计划根据省级计划为基础制定，省级的以及更小级别的电网季度电能计划乃至每月、每日的发电计划也是以省级电网年度电能计划作为基石，所以，省级省级电网年度电能计划制定方法是发电调度的重中之重。而省级电网年度电能计划制定方法一般来讲包含有三种模式。模式一为全差别电量模式；模式二为部分差别电量模式：模式三为全市场化模式。全差别电量模式是将年度总电量空间的全额（100%）拿出来实行年度差别电能计划。相比于模式二和模式三，模式一中的发电计划其可控制性要好一些，但是灵活性和市场的参与程度就相对弱一些。在全差别电量模式中风电单元的年度电能计划可以按照以下原则来进行：对某风电场，如果其计划年份与历史年份的装机容量未发生改变，则可以用历史年份的电量值作为该风电场计划年份的电能计划值；若其装机容量发生改变，则可以用历史年份的装机容量和电量值进行简单折算以获得其计划年份的电能计划值。当然，还需要考虑其计划年份机组检修容量不同而造成的计划差异，根据风能发电不稳定，不可控，随机性较大的特点，也可进一步考虑到不同年份检修时间安排的差异性与风速分布差异性的影响，对风能计划进行修正。全差别电量模式中水电单元的年度电能计划可以按照以下原则来进行：对某水电单元，如果其计划年份与历史年份的水情预测结果未发生大的改变，则可以用历史年份的电量值作为该水电单元计划年份的电能计划值；如果水电单元的水情预测结果变化较大，则可以用历史年份的水情和电量值进行简单折算以获得其计划年份的电能计划值；水电单元的年度电能计划还可以由历史电量数据经简单统计的方式预测得出。水电资源可再生清洁能源，对环境冲击较小，电力廉价，应该大力发展和使用水电，但是考虑到水力发电一般还伴随着控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改善河流航运甚至有改善地区的交通、稳定电力供应和对旅游业及水产养殖有重大影响，所以对水电的利用应该综合考虑，实现经济利益、生态利益的最大化。全差别电量模式中核电单元的年度电能计划可以按照以下原则来进行：核电单元具有一次性投资大、在运行时主要承担比较稳定的基荷等特点，因此在核原料供应正常及单元检修计划稳定的情况下，年度电能计划一般参照上一年度的计划值直接给定即可；只有在核原料供应链出现问题、检修计划做比较大的调整时，才需要对核电单元的年度电能计划做适度修改。全差别电量模式中供热火电单元的年度电能计划可以按照以下原则来进行：供热火电单元供热期的电能计划主要依赖于热负荷预测的结果，对某个供热火电单元，其年度电能计划由其计划年份热负荷预测值和该热电单元的热电比（统计期内供热量与供电量所表征的热量之比）共同确定。全差别电量模式中非供热火电单元的年度电能计划的制定原则相对要复杂一些：首先，将考察指标分类，第一类为考虑优先级最高（权重最大）。按照第一类指标档次数值由小到大排序，小者优先；第一类指标档次相同时，按照第二类指标档次数值由小到大排序，也是小者优先，最终将非供热火电单元分别赋予了不同的组合优先等级。然后，逐级确定组合优先级高者的年度电能计划值，可以概括为设优先级为K的单元已进入组合方案且其年度电能计划值也已求得，确定优先级等于K+1的单元是否进入组合方案，其年度电能计划值是多少。综合考虑能量消耗与环境保护指标后，适度调整非供热火电单元组合方案及其年度电能计划值：对前面求得的年度电能计划，如果综合二者指标在课接收范围内，则上述结果被最终接受；如果超出目标标准，则需要对上述方案进行适度调整。具体调整原则可以参考以下几点：1.计算已进入年度电能计划组合方案且已经分得具体计划值的非供热火电单元经网损修正后的折算电价并统计出其最小值；2.计算未进入年度电能计划组合方案的非供热火电单元经网损修正后的折算电价，并找出其值小于已进入年度电能计划组合方案者非供热火电单元经网损修正后的折算电价的最小值的火电单元，再综合考虑能量消耗、环境保护以及综合成本之后，选择整体效益最佳的非火电单元进入到发电计划中，同时淘汰部分原先已经在计划中，但是整体效益欠佳的非火电单元。对于部分差别电量模式，它将年度总电量空间的非全额（例如80%）拿出来实行年度差别电能计划。该类模式下，参与年度电能计划的发电序位表与第一类模式相同。风电单元、水电单元、核电单元、供热火电单元的年度电能计划可以参照第一类模式制定，仅仅是对于非供热火电单元，可以只针对剩余电能空间的80%、按与模式一类似的方法进行分配。对于全市场化模式，它是将年度总电量空间的一部分额度（例如80%）拿出来投入年度竞价交易，而其余额度（剩余20%部分）投入月度竞价交易。该类模式下，参与年度电能计划的发电序位表总体上参照第一类模式：风电单元、水电单元、核电单元、供热火电单元优先，其年度电能计划可以参照第一类模式制定，而非供热火电单元，需要针对剩余电能空间的80%进行竞价交易。对于以上三种省级电网年度电能计划的制定方法，可以根据不同情况，应对于不同要求来选择，也可以以此为基础开发一套或几套新的适用于新的节能发电调度特点的方案。总之，电力系统的节能发电调度对电力行业以至于全国的节能减排都起到了十分重要的作用。3.电力系统配电环节的节能调度在保证电力系统安全可靠运行和电能质量符合标准的前期下，尽量提高电能生产和输送的效率，电网经济运行就是这样一项实用性很强的节能技术。这项技术是在保证技术安全、经济合理的条件下，充分利用现有的设备、元件，不投资或有较少的投资，通过相关技术论证，选取最佳运行方式、调整负荷、提高功率因数、调整或更换变压器、电网改造等，在传输相同电量的基础上，以达到减少系统损耗，从而达到提高经济效益的目的[4]。配电变压器是城市供配电网和楼宇建筑供配电系统中不同电压电能之间转换的重要设备，同时也是电能分配调度的核心电气设备。随着配电变压器运行时间不断加长，变压器损耗在整个楼宇建筑供配电系统损耗中所占的比例达10%以上[5]。所以，研究配电变压器的经济节能运行，也具有十分重要的意义，下面主要针对配电变压器的经济运行进行一些简单分析。变压器运行过程中产生的损耗分为空载损耗和负载损耗。空载损耗主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗与频率成正比，与磁通密度增量的平方成正比；涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片厚度三者的积成正比。变压器负载损耗主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损，其大小与负载电流的平方成正比。同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。图1配电变压器综合功率损耗率曲线如图1是参考文献5中给出的配电变压器的综合功率损耗率曲线，根据国家给出的相关文件《工矿企业电力变压器运行导则》提出了变压器经济运行的概念，并结合综合功率确定变压器经济运行区的方法，变压器在额定负载条件下的运行应属经济运行区。因此，经