[发明专利]一种电力系统发电结构优化与任务分配的方法及系统

说明书

本发明涉及电力系统优化领域，具体公开了一种电力系统发电结构优化与任务分配方法及系统。方法包括以下步骤：运用生命周期评估方法，对发电过程中相关的虚拟水耗量和碳排放量进行分析；获得不同发电类型的相关虚拟水系数和碳排放系数；计算每个省份具体的水压力指标值，对各省的水危机等级进行划分；在现有条件下，通过发电结构与发电任务的调整与调配，最大程度地从电力系统缓解地区水压力，和减少发电相关碳排放；将目标转换为数学表达式，构建多目标优化模型；获得各省份不同发电形式的优化发电量，及其对应虚拟水耗与碳排放量。本发明考虑实际装机容量，各发电设备利用小时数和电力传输水平，在已有条件下使电力生产与规划更环保和优化。

技术领域

本发明涉及电力系统优化和环境水-能-碳耦合领域，更具体地，涉及一种电力系统发电结构优化与任务分配方法及系统。

背景技术

在我国，缺水问题突出，水危机具体体现在水资源总量大而人均占有量却不足世界平均水平的四分之一。水的生产和利用过程，从获取、处理、输送到消费侧和废水处理等各个环节涉及的机械运转都需要电力的驱动。电力部门是仅此于农业部门的第二大用水部门，全国总用水量的14％来自于电力部门。无论是火电还是核电，在冷却、产生蒸汽推动汽轮机等环节以及从生产到输送和消费侧的过程中都需要用到大量的水资源。电力部门是水密集型的，因此，它是缓解地区水压力的一个重要的突破口。虚拟水在解决水资源危机的问题上发挥着重要作用。基于虚拟水理论，对电力系统的水消耗进行优化，可以为电力系统的可持续发展提供新的思考角度与决策参考。此外，二氧化碳是全球气候变暖的主要温室气体之一，如何应对气候变化成为了全人类社会的重大挑战，从各方努力探索控制二氧化碳排放已经成为国际共识。电力部门是碳排放的主要来源之一。电力行业的碳减排涉及发电、输电、变电、配电和用电等环节。电能属于清洁、高效的二次能源，在使用过程中的碳排放较小，相比之下，发电环节是主要的碳排放来源。煤炭一直在我国能源消费系统中占主导作用，为积极地应对气候变化，我国政府签署了《巴黎协定》，计划在2030年左右达到碳排放最大值。为此，电力部门作为我国碳排放的主要来源部门，针对电力部门的碳减排措施是必要的。

许多研究已根据虚拟水理论核算了电力部门中的隐含虚拟水量，包括多种能源发电类型对应的单位虚拟水耗量，以及在电力贸易背后传输的虚拟水量。同时，一些学者也核算了不同能源类型下发电的碳排放量。通过对电力相关虚拟水与碳排放的核算，可以清晰表征水-电或碳-电的耦合关系，从而以电力部门为切入点，缓解水压力和减少碳排放。但是，大多数研究只单独考虑了水电耦合或碳电耦合，对于同时存在水、碳问题的电力系统而言是不够全面的。因此需要通过水-电-碳耦合，来完整地对电力系统进行优化与评估。可再生能源大规模应用带来的诸如可靠性和经济性等的问题仍有待解决。在规划低碳电力系统时，应全面地考虑整个系统因素，除了技术限制之外，还需要均衡考虑各方面的发展，如政策、监管和市场机制。向可再生能发电完全转型不可一蹴而就，在转型的同时，对已有电力系统的优化能促进电力系统的可持续发展，是十分必要的。

发明内容

本发明提出了一种电力系统发电结构优化与任务分配方法及系统，从而克服电力部门中只单独考虑了水电耦合或碳电耦合，针对同时存在水、碳问题的电力系统而言不够全面的缺陷。

为达到上述目的，一方面，本发明提供了一种电力系统发电结构优化与任务分配方法，包括以下步骤：

S1，对电力生产过程中的投入产出分析及生命周期分析，获取各种发电技术产生的虚拟水耗量与碳排放量；

S2，根据各种发电技术产生所述碳排放量与虚拟水耗量分别获取各种发电技术的虚拟水系数和碳排放系数；

S3，获取各省份的水压力指标值，根据所述水压力指标值划分各省的水危机等级；

S4，基于各省份的各种发电技术的虚拟水系数、碳排放系数和水压力指标值，利用小时数和电力传输容量对各省份发电方式的装机容量进行约束，建立对各省份发电结构与发电任务进行调整与调配的多目标优化模型；