2015年9月25日，國家主席習近平在首次訪問美國期間，在華盛頓同美國總統奧巴馬舉行會談，并發表“中美元首氣候變化聯合聲明”。指出“中國到2030年單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降60%－65%，森林蓄積量比2005年增加45億立方米左右。中國將推動綠色電力調度，優先調用可再生能源發電和高能效、低排放的化石能源發電資源?！薄熬G色電力調度”作為兩國元首聯合聲明中唯一提及的電力系統技術，其重要性不言而喻。本文將就相關問題進行一些探討，希望起到拋磚引玉的作用。

綠色電力調度的涵義

能耗與排放是電力調度始終關注的兩個指標。在傳統的計劃調度方式下，通常根據發電廠或發電機組的投資、建設和運營成本，確定機組的年利用小時數，一般數值比較接近，這種“大平均”調度模式導致了高效環保的大火電機組、水電及核電等清潔能源機組的發電能力無法充分發揮，高污染、高能耗的小火電機組卻能多發電的情況，造成了能源資源浪費和環境污染。由于化石能源日趨枯竭，同時環境污染問題也越來越嚴重，在節能與環保的雙重壓力下，2007年起國家開始試行節能發電調度，在保障電力可靠供應的前提下，以節能、環保為目標，優先調度可再生發電資源，按機組能耗和污染物排放水平由低到高排序，依次調用化石類發電資源，并與電力市場建設工作相結合，最大限度地減少能源、資源消耗和污染物排放。其中不同類型發電機組的調度優先級（即機組發電排序的序位表）在2007年8月發改委、環?？偩帧㈦姳O會和能源辦聯合下發的《節能發電調度辦法》中作了具體規定。

近年來，國內不少省份和研究單位開展了“綠色電力調度”的嘗試或研究。2008年年底，湖北省啟動綠色電力調度機制，在確保電網安全運行、保障電力供應的前提下，對不能穩定達標和超總量排污的非脫硫燃煤機組實施停運限排，將其發電量指標調配給運行正常的脫硫機組。寧夏自2010年起實行綠色電力調度制度，并于2014年出臺《寧夏回族自治區綠色電力調度管理暫行辦法》，在確保電網必需的火電機組開機的前提下，優先調度脫硫、脫硝、除塵設施運行穩定的機組發電，降低脫硫脫硝措施不符合要求、污染物排放不達標的火電機組發電負荷。上海市從2011年底開始實施“清潔發電、綠色調度”工作，將年度發電量計劃中各發電機組按容量分為５個等級，每一等級機組在發電利用小時數上拉開５０小時差距，從而讓高能效的大機組代替小機組多發電，實現降低能耗的目標。廣西自2013年底起實施電力綠色調度，安排已有脫硝設施的企業多發電，安排未上脫硝設施的火電機組減少發電。同時，通過向區外購電以減少區內火力發電。

可見由于“綠色電力調度”的概念涵義比較寬泛，具體實施起來各有差別，但總體都圍繞“減排”（脫硫、脫硝）和節能，采用行政手段進行。與節能發電調度相比，綠色電力調度更強調環保和減排。本課題組自2009年開始對綠色電力調度進行了深入的研究，并作為主要研究力量參與由海南電網公司負責的國家８６３重點科技課題“多類型新能源發電綜合消納的關鍵技術”（課題編號2012AA050201）研究（國家８６３計劃“智能電網高級分析與優化運行關鍵技術”重大項目課題一），研究成果已于2015年7月10日通過國家科技部驗收。本課題組所研究的綠色電力調度不但強調風、光、水等可再生能源的消納及節能和環保的綜合優化，也強調風、光、火、水、氣、核、抽水蓄能等多類型電源的互補運行[1]。

綠色電力調度的技術框架

綠色電力調度應該實現從年度、月度、日前到日內、實時調度計劃的有機銜接和持續動態優化，而不能采用類似于節能發電調度的簡單排序方法。限于篇幅，本文僅對日前、日內、實時調度進行探討，而將年度、月度調度計劃作為輸入數據。本文所提綠色電力調度技術特點包括：

1. 新能源并網條件下的電力系統多時間尺度魯棒調度

協同調度水電、火電、風電、氣電等多種電源的開機出力，在多個時間尺度（日前、日內、實時）內逐級降低新能源的預測偏差給電網的沖擊作用，并采用魯棒調度方式保證了調度方案的魯棒性，調度流程如圖1所示。新能源的預測精度低給電網調度帶來了挑戰，一般情況下新能源的預測精度跟時間跨度成反比，因此將調度框架分為日前計劃、日內滾動計劃、實時計劃三個時間尺度，在多個時間尺度內逐步削減新能源的不確定性性對電網的影響。

1）日前計劃。在已知機組初始狀態、聯絡線交換計劃、年度和月度計劃的基礎上，基于次日負荷預測數據、新能源功率的短期預測數據進行日前計劃編制，確定機組啟停方案及出力。

2）日內滾動計劃。基于預測精度更高的新能源及負荷超短期功率預測數據修正日前發電計劃，一般情況下不改變機組的啟停方案。

3）實時計劃。對5~15分鐘后的發電計劃作出調整。在日內滾動調度的基礎上，進一步細化調度方案，修正調度計劃與預測結果的偏差。

在日前計劃和日內滾動計劃中，均采用魯棒調度的方法，即將調度模型中的不確定因素（如新能源功率）考慮為一個波動區間——不確定集，使調度方案對不確定因素在此不確定集內的變化具有適應性。尋找最優不確定集。

2. 考慮能耗與環保的綜合成本計算

不同于傳統調度方法，綠色電力調度的優化目標中需考慮以下幾類成本：

1）發電成本：發電成本是機組在調度周期內發電所消耗燃料的成本。

2）環境成本：環境成本是指為處理發電產生的燃料廢渣廢氣而付出的成本，其主要由排放物SO2、NOx、粉塵(TSP)、CO2等造成，包括發電環境成本和棄風/光環境成本兩部分：

發電環境成本：發電環境成本是調度計劃消耗燃料產生的環境成本；

棄風/光環境成本：棄風/光環境成本是指棄風/光的環境效益，即棄風/光量等效火電發電產生的環境成本。

3）風險成本：風險成本是當新能源波動超過調度計劃消納能力而采用的棄風/光或切負荷措施帶來的成本。

4）綜合成本：綜合成本是指將發電成本、環境成本和風險成本之和。

在魯棒調度中，不確定集是魯棒調度結果所必須滿足的新能源出力波動集合，其范圍越大，調度計劃消耗燃料越多，應對新能源波動的能力越強，風險成本越低，發電成本和環境成本越高；相反，其范圍越小，調度計劃消耗燃料越少，應對新能源波動的能力越弱，風險成本越高，發電成本越低。因此如何確定新能源最優不確定集是問題關鍵所在。

綠色電力調度其他技術細節可參考作者所負責國家863計劃課題科技報告（編號713806039-2012AA050201/04）。

圖1 綠色電力調度框圖

市場環境下的綠色電力調度

2015年3月15日，中共中央和國務院發布了《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》（中發〔2015〕9號，后稱9號文件），并先后確定在深圳、蒙西、湖北、安徽、寧夏、云南、貴州七個省區開展以輸配電價改革和售電側市場開放為重點的試點，拉開了新一輪電力體制改革的序幕。以往的節能發電調度或綠色電力調度都采用計劃經濟模式下的行政手段來完成，難以適應市場經濟環境，需要根據9號文件指導精神研究市場環境下的綠色電力調度方案。

9號文件規定將分步實現公益性以外的發售電價格由市場形成，“參與電力市場交易的發電企業上網電價由用戶或售電主體與發電企業通過協商、市場競價等方式自主確定。參與電力市場交易的用戶購電價格由市場交易價格、輸配電價（含線損）、政府性基金三部分組成?！薄鞍凑战尤腚妷旱燃?，能耗水平、排放水平、產業政策以及區域差別化政策等確定并公布可參與直接交易的發電企業、售電主體和用戶準入標準。按電壓等級分期分批放開用戶參與直接交易，參與直接交易企業的單位能耗、環保排放均應達到國家標準，不符合國家產業政策以及產品和工藝屬于淘汰類的企業不得參與直接交易。進一步完善和創新制度，支持環保高效特別是超低排放機組通過直接交易和科學調度多發電?！?/span>

9號文件從市場主體準入標準上加以控制，客觀上有利于綠色電力調度的實施。此外，應該采用新能源補貼、碳排放權交易、排污稅（費）（或稱庇古稅）等多種途徑保證環保高效的發電機組在市場競爭中更具優勢。由于發電企業與售電主體或用戶的雙方（或多方）直接交易往往都采用中長期合同的形式，最后仍需通過日前、日內調度來實現，因此圖1的綠色電力調度框架可以保持不變，但這時的年度計劃、月度計劃將由市場主體間的合同來替代。如果隨著市場化改革的深化，需要進行短期和即時交易，圖1的綠色電力調度框架要進行相應調整，建立與不同時間尺度相對應的日前市場、日內市場和實時市場。

[1]HaoyongChen, Peizheng Xuan, Yongchao Wang, et al. Key Technologies for Integration ofMultitype Renewable Energy Sources-Research on Multi-Timeframe Robust Scheduling/Dispatch. IEEE Transactions on Smart Grid, 7(1), pp. 471-480, 2016/1/1.

作者：陳皓勇