一种考虑碳排放配额影响与区域污染物浓度约束的环境经济调度方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑碳排放配额影响与区域污染物浓度约束的环境经济调度方法，采用A值法计算区域大气环境容量系数，确定各区域环境污染物浓度阈值；基于传统基准值法、考虑污染物浓度阈值确定各区域碳排放初始配额，从而建立碳交易成本模型；采用多源高斯烟羽扩散模型从时间、空间、浓度三个维度，建立燃煤机组污染物浓度分布模型；考虑污染物浓度约束与碳交易成本建立环境经济调度优化模型。与现有技术相比，本发明专利技术考虑区域环境差异性进行初始碳排放配额的分配，从控制碳排放量和限制污染物浓度时空分布出发建立优化模型，合理调整机组出力，缓减污染物浓度阈值较低区域的环境压力。缓减污染物浓度阈值较低区域的环境压力。缓减污染物浓度阈值较低区域的环境压力。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑碳排放配额影响与区域污染物浓度约束的环境经济调度方法


[0001]本专利技术属于电力系统低碳优化的
，尤其涉及一种考虑碳排放配额影响与区域污染物浓度约束的环境经济调度方法。

技术介绍

[0002]碳排放权交易作为一种运用市场手段限制温室气体排放的工具，受到越来越多的国家和地区的采纳。电力系统低碳转型是电力行业应对气候变化、实施深度减排的关键，这不仅需要多种低碳技术的支撑，也需要构建合适的市场机制为市场主体提供碳减排的激励。
[0003]碳排放权的合理分配是建设碳交易市场的基础。目前，统一的碳排放配额和针对总量的碳排放控制，没有考虑到区域环境差异对碳交易成本及减排策略的影响，难以兼顾碳排放总量与污染物分布的控制。

技术实现思路

[0004]针对现有区域电力系统低碳调度方法存在的以上问题，本专利技术旨在提出一种环境经济调度方法，实现碳排放量总量与区域污染物浓度分布的双重约束。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种考虑碳排放配额影响与区域污染物浓度约束的环境经济调度方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：采用A值法计算区域大气环境容量系数，确定各区域环境污染物浓度阈值；
[0008]步骤2：基于基准值法、考虑污染物浓度阈值确定各区域碳排放初始配额，建立阶梯型碳交易成本模型；
[0009]步骤3：采用多源高斯烟羽扩散模型从时间、空间、浓度三个维度，建立燃煤机组污染物浓度分布模型；
[0010]步骤4：以碳交易成本、机组启停成本、弃风弃光成本等为目标，考虑区域环境污染物浓度约束建立环境经济调度模型；
[0011]步骤5：以年为运行周期进行精细化运行模拟，求解该模型获得最优电源出力和各设备的运行曲线以及燃煤机组功率分配。
[0012]进一步地，所述步骤1中，根据A值法求解大气环境容量，区域边界污染物浓度表达为：
[0013][0014][0015]其中：A为大气环境容量系数，km2/a；H为混合层高度，m；v
d
、v
w
分别为平均干沉降速
度及湿沉降速度，m/s；U为气体平流速度，m/s；S为该区域的面积，km2；c为污染物浓度，mg/m3，当A＝0时c＝c0；q为大气污染物在浓度为c时的排放量，t/a；t表示时间。
[0016]求得的区域k的污染物浓度阈值为：
[0017][0018]其中，tv
k
为区域k的污染物浓度阈值，即该区域可承受的最大污染物浓度，mg/m3； q
k
为区域k污染物排放总量，t；A
k
为区域k大气环境容量系数，km2/a；v
k
为区域k的风速，m/s；S
k
为区域k的面积，km2；H
k
为区域k的混合层高度，m。
[0019]进一步地，所述步骤2中，考虑污染物浓度阈值确定各区域碳排放初始配额，首先，采用基准值法确定的初始碳排放配额为：
[0020][0021]式中，cea
k.0
表示区域k初始碳排放配额，quota0是单位发电量的初始碳排放配额系数，P
t.k
表示t时刻区域k的发电量，T为调度周期。
[0022]其次，在初始碳排放配额的基础上，由区域环境污染物阈值，对碳排放配额进行调整。根据环境差异将规划区域划分为K个子区域，子区域k0的污染物浓度阈值为tv
k0
，假定该区域单位发电量碳配额系数为quota0，若区域环境浓度阈值满足tv
k
≤tv
k+1
，则区域k的碳配额系数为：
[0023][0024]其中，K为划分的区域总数，quota
k
为区域k考虑大气环境背景的碳配额系数。ω表示污染物浓度阈值与碳排放量配额之间的相关系数，因火电机组在污染物和二氧化碳排放量上存在数量级的差异，因此二者之间需要进行转换。
[0025]进一步地，所述步骤2中，阶梯型碳交易成本模型为：
[0026][0027][0028]式中，f
CO2
表示碳交易成本函数，cem
k
为区域k碳排放量，Δcem
k
为区域k的碳排放交易量，cc表示燃煤机组碳排放系数，cea
k
表示区域k碳排放配额，P
C.t.k
为区域k在t时刻的火电机组功率，P
t.k
表示区域k在t时刻的电源总功率，θ为碳排放区间长度，λ分别为碳交易价格区间增长率，C1为碳交易基础价格。
[0029]进一步地，所述步骤3中，燃煤机组污染物浓度分布模型由如下过程推出：
[0030]高架连续点源的地面浓度为：
[0031][0032]其中，c为污染物浓度；x、y、z分别表示任一点到原点的坐标值；σ
y
、σ
z
分别为水平扩散系数、垂直扩散系数；v是平均风速，m/s；烟囱的有效高度H
c
为烟囱实际高度 H
cs
与烟羽提升高度ΔH
c
之和，Q为燃煤电厂在单位时间内排放的污染物质量。
[0033]将风向坐标系统一转换为地理坐标系：
[0034][0035]其中，x、y为高斯烟羽扩散模型使用的坐标变量，m；x
pol
、y
pol
为点源的地理坐标系坐标变量，m；x
mon
、y
mon
为计算点或监测点的地理坐标系坐标变量，m；为风向角 (以正南方向为正方向)，度；
[0036]据此可得到燃煤机组i的排放物m在坐标(x，y，0)处的浓度值：
[0037][0038]其中，为机组i污染m的浓度值，表示机组i污染物m的排放量。
[0039]故t时刻区域k的燃煤机组污染物m浓度贡献值可由式表示为：
[0040][0041]其中，表示燃煤机组在t时刻k区域的污染物m浓度贡献，为t时刻机组i在检测点j处的污染物m浓度，Y为污染物浓度检测点数，N为燃煤机组个数。
[0042]进一步地，所述步骤4中，环境经济调度模型目标函数包括碳交易成本、运维成本、弃风弃光成本、燃料成本与机组启停成本：
[0043]min F＝F
cem
+F
om
+F
ab
+F
fuel
+F
sts
ꢀꢀꢀ
(13)
[0044][0045]式中，F
cem
、F
om
、F
ab
、F
fuel
、F
sts
分别为碳交易成本、运维成本、弃风弃光成本、燃料成本与机组启停成本，P
g.t
表示电源g在t时刻的功率。Δcem
k.t
为t时刻区域k的碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑碳排放配额影响与区域污染物浓度约束的环境经济调度方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采用A值法计算区域大气环境容量系数，确定各区域环境污染物浓度阈值；步骤2：基于基准值法、考虑污染物浓度阈值确定各区域碳排放初始配额，建立阶梯型碳交易成本模型；步骤3：采用多源高斯烟羽扩散模型从时间、空间、浓度三个维度，建立燃煤机组污染物浓度分布模型；步骤4：以碳交易成本、机组启停成本和弃风弃光成本为目标，考虑区域环境污染物浓度约束建立环境经济调度模型；步骤5：以年为运行周期进行运行模拟，求解该模型获得最优电源出力和各设备的运行曲线以及燃煤机组功率分配。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤1中，根据A值法求解大气环境容量，区域边界污染物浓度表达为：量，区域边界污染物浓度表达为：其中：A为大气环境容量系数，km2/a；H为混合层高度，m；v
d
、v
w
分别为平均干沉降速度及湿沉降速度，m/s；U为气体平流速度，m/s；S为该区域的面积，km2；c为污染物浓度，mg/m3，当A＝0时c＝c0；q为大气污染物在浓度为c时的排放量，t/a；t表示时间；求得的区域k的污染物浓度阈值为：其中，tv
k
为区域k的污染物浓度阈值，即该区域可承受的最大污染物浓度，mg/m3；q
k
为区域k污染物排放总量，t；A
k
为区域k大气环境容量系数，km2/a；v
k
为区域k的风速，m/s；S
k
为区域k的面积，km2；H
k
为区域k的混合层高度，m。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，考虑污染物浓度阈值确定各区域碳排放初始配额，首先，采用基准值法确定的初始碳排放配额为：式中，cea
k.0
表示区域k初始碳排放配额，quota0是单位发电量的初始碳排放配额系数，P
t.k
表示t时刻区域k的发电量，T为调度周期；其次，在初始碳排放配额的基础上，由区域环境污染物阈值，对碳排放配额进行调整；根据环境差异将规划区域划分为K个子区域，子区域k0的污染物浓度阈值为tv
k0
，假定该区域单位发电量碳配额系数为quota0，若区域环境浓度阈值满足tv
k
≤tv
k+1
，则区域k的碳配额系数为：
其中，K为划分的区域总数，quota
k
为区域k考虑大气环境背景的碳配额系数；ω表示污染物浓度阈值与碳排放量配额之间的相关系数，因火电机组在污染物和二氧化碳排放量上存在数量级的差异，因此二者之间需要进行转换。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，阶梯型碳交易成本模型为：4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，阶梯型碳交易成本模型为：式中，f
CO2
表示碳交易成本函数，cem
k
为区域k碳排放量，Δcem
k
为区域k的碳排放交易量，cc表示燃煤机组碳排放系数，cea
k
表示区域k碳排放配额，P
C.t.k
为区域k在t时刻的火电机组功率，P
t.k
表示区域k在t时刻的电源总功率，θ为碳排放区间长度，λ为碳交易价格区间增长率，C1为碳交易基础价格。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，燃煤机组污染物浓度分布模型由如下过程推出：高架连续点源的地面浓度为：其中，c为污染物浓度；x、y、z分别表示任一点到原点的坐标值；σ
y
、σ
z
分别为水平扩散系数、垂直扩散系数；v是平均风速，m/s；烟囱的有效高度H
c
为烟囱实际高度H
cs
与烟羽提升高度ΔH
c
之和，Q为燃煤电厂在检测时段内排放的污染物质量；将风向坐标系统一转换为地理坐标系：其中，x、y为高斯烟羽扩散模型使用的坐标变量，m；x
pol
、y
pol
为点源的地理坐标系坐标变量，m；x
mon
、y
mon
为计算点或监测点的地理坐标系坐标变量，m；为风向角(以正南方向为正方向)，度；据此可得到燃煤机组i的排放物m在坐标(x，y，0)处的浓度值：其中，为机组i污染m的浓度值，表示机组i污染物m的排放量；故t时刻区域k的燃煤机组污染物m浓度贡献值可由式表示为：其中，表示燃煤机组在t时刻k区域的污染物m浓度贡献，为t时刻机组i在检测点j处的污染物m浓度，Y为污染物浓度检测点数，N为燃煤机组个数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，环境经济调度模型目标函数包括碳交易成本、运维成本、弃风弃光成本、燃料成本与机组启停成本：min F＝F
cem
+F
om
+F
ab
+F
fuel
+F
sts
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)式中，F
cem
、F
om
、F
ab
、F
fuel
、F
sts

【专利技术属性】
技术研发人员：毛雅铃，袁铁江，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司，
类型：发明
国别省市：