华北电力大学研究生，华北电力大学研究生院
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随着核电技术的飞速发展，大容量核电机组接入电网是实现电力低碳环保的必然趋势，而负荷峰谷差的增大和间歇式电源渗透率的提高，迫切需要核电机组以灵活运行方式分担电网调峰压力。华北电力大学电气与电子工程学院的研究人员赵冬梅、王浩翔、陶然，在2022年第3期《电工技术学报》上撰文，建立考虑风电消纳效益的风、火、核、碳捕集多源协调模糊优化调度模型。研究结果表明，该优化调度模型在保证核电安全运行的基础上，提高了电网调度柔性，实现了运行的经济性和低碳性。
随着经济社会的不断进步，温室效应与能源问题日益凸显，大力发展核电、风电、光伏等清洁能源成为解决环境问题和能源危机的重要方式。但风电、光伏具有间歇性和强波动性，目前仍处在小规模的应用阶段，而核电因其低碳性与环保性在电力结构中的比重逐年增大。截至2019年底，全球共有443台在运核电机组，总净装机容量为392GWe，发电量占全球发电量约10.4%。
在核电占比较高地区，核电站因保障其安全性要求以基本负荷运行为主，年利用小时长，运行负荷率高，基本不参与电网调峰，对电网安全运行影响的负面性随着核电装机容量增大而上升，这无疑加剧了电网的调峰压力，加重了燃煤机组深度调峰任务，对电网的安全性和经济性均造成重大影响。因此，考虑到电网调峰形势越加严峻，使核电积极参与电网日调峰的需求变得越发强烈。
目前有关核电调峰的研究成果较少，且多以多电源联合运行缓解电网的调峰需求为主。相关文献所建立的核电调峰数学模型相对简单，核电机组调峰深度固定，运行方式不够灵活。同时，在有的学者研究文献中，由于抽水蓄能电站受到地理位置的制约，其与位于负荷中心的核电站捆绑调峰存在一定的限制。所以，探索一种易于和核电进行调峰配合且工况转换灵活，相较其他电源在负荷跟踪能力上具有明显优势的调峰电源受到了专家学者的广泛关注。
近年来，我国正在积极调整电力结构，但火电作为最大的碳排放源，仍在我国电力结构中占据主导地位。为实现电力低碳化，将常规燃煤电厂改造成碳捕集电厂可以有效降低机组的碳排放量，避免负荷峰谷差过大。此外，碳捕集电厂与传统燃煤电厂相比，具有良好的功率调整特性，可以与不同类型电源协调运行。
目前有关碳捕集电厂配合其他电源参与电网调峰的研究较少，相关文献对碳捕集电厂的运行原理、经济调度进行了深入分析，但对于碳捕集电厂的调峰能力及“削峰填谷”特性缺少理论研究。
由此可见，以核电机组和碳捕集机组等低碳和环境友好型电源代替碳排放强度较大的燃煤机组作为可控发电单元是未来的重点研究方向。同时，由于风电、光伏等清洁能源在电网中的渗透率不断提高，其预测出力的不确定性使模型计算结果与实际值之间存在偏差，分析间歇性电源和负荷预测的不确定性显得尤为重要。
华北电力大学电气与电子工程学院的研究人员在现有研究成果的基础上，为进一步降低电网的运行成本与碳排放量，充分挖掘核电机组、碳捕集机组与可再生能源联合运行的潜力，构建了考虑风电消纳效益的风、火、核、碳捕集多源协调的模糊优化调度模型。
图1 模糊优化调度模型求解流程
他们首先分析核电机组的可调度性，线性化核电调峰深度，使核电调峰模型更加精确化；其次，建立综合灵活运行方式碳捕集电厂的数学模型，对碳捕集电厂的“削峰填谷”特性进行理论分析；接着引入模糊参数表征风电和负荷的不确定性，对模糊期望约束和模糊机会约束进行等效处理；最后，通过算例分析风、核、碳捕集协调调度的经济性和低碳性，验证了模型的适用性和有效性。
表1 各场景成本比较
研究人员认为：
1）线性化调峰深度后，核电机组调峰电量更加精确。同时，核电以日负荷跟踪运行方式参与电网调峰，有效缓解了燃煤机组调峰压力，提高了电网运行的经济性。
2）含有存储单元的分流式碳捕集机组以综合灵活运行方式参与电网运行，可以代替抽水蓄能电站实现“削峰填谷”，并辅助核电机组完成调峰任务。相比于不含溶液存储单元情况，电网总运行成本下降1.5%，碳排放量下降14.7%，验证了综合灵活运行碳捕集机组的经济性和低碳性。
3）考虑风电和负荷的不确定性后，可以实现风电的完全消纳，且总运行成本相比确定性降低1.1%。
l另外，他们指出，本研究所建立的核电机组连续调峰模型并未深入研究放射性污染物的增加量。虽然核电调峰可以满足放射性要求，不会导致放射性排放显著增加，但对调峰运行所产生的放射性废物进行量化仍是至关重要的。下一步研究将讨论核电机组连续调峰运行对放射性三废、维护维修成本等因素的影响。
本文编自2022年第3期《电工技术学报》，论文标题为“计及风电-负荷不确定性的风-火-核-碳捕集多源协调优化调度”，作者为赵冬梅、王浩翔 等。
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华北电力大学研究生(华北电力大学研究生院)