基于S02、NOx、C02排放总量控制的电力系统管理规划模型研究

“十一五”期间全国二氧化硫排放基本得到控制,环境恶化趋势一定程度上得以缓解。“十二五”期间,国家继续实施严厉的大气污染控制政策,将氮氧化物作为约束性指标纳入污染物排放总量控制指标体系,要求2015年氮氧化物排放量要在2010年的基础上削减10%,与此同时,我国作为二氧化碳排放量最大的国家之一于2009年11月26日正式对外宣布控制温室气体排放的行动目标,计划到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。为进一步巩固二氧化硫减排成果,并确保实现氮氧化物和二氧化碳排放的有效控制,近年来,国家出台了一系列的节能减排、污染防治规划和政策：《国家环境保护“十二五”规划》要求实施多种大气污染物综合控制,完善环境经济政策,持续推进电力行业污染减排；《“十二五”控制温室气体排放工作方案》明确规定到2015年实现单位国内生产总值二氧化碳排放比2010年下降17%的目标；《重点区域大气污染防治“十二五”规划》要求到2015年,重点区域二氧化硫、氮氧化物排放量分别下降12%和13%；《大气污染防治行动计划》明确提出了煤炭消费总量中长期控制目标,到2017年,煤炭占能源消费总量比重降低到65%以下,京津冀、长三角、珠三角等区域力争实现煤炭消费总量负增长。而最新的《环境保护法》完善了以往污染者担责而忽视了生态破坏者的责任的制度,将环境污染和生态损害的责任加以合并,确立了损害者担责原则。一系列环境、能源控制目标的提出,均将SO2、NOx和CO2排放大户——电力行业,推到了风口浪尖上。“十一五”后,“环保、市场”已逐渐替代“燃料、电价”成为影响电力行业发展的主要因素,“十二五”乃至“十三五”后期,电力行业面临更加严峻的节能减排挑战,电力系统管理规划工作也赋予了更多新的内涵。本文系统分析了命令控制型环境政策和经济激励型环境政策对电力行业发展产生的经济影响：命令控制型环境政策力度的加大,导致电力企业,尤其是燃煤电厂的发电规模受到大气污染物排放指标、二氧化碳排放指标等环保因素的约束；经济激励型环境政策的完善,改变了电力企业经济收益与环保投资之间原本对立的关系,电力企业的可持续发展与环境保护之间的联系越发紧密,环境资源有价理念日渐明确。本文首先总结了“十二五”期间电力行业氮氧化物排放总量控制措施,以及相关经济激励政策对煤电机组脱硝改造产生的经济影响;系统阐述了现阶段主要的烟气脱硝技术,通过对其技术方案的比较分析,确定选择性催化还原法(SCR)为满足脱硝改造要求的主流脱硝技术,对SCR脱硝成本核算方法进行研究；并运用混合整数规划的方法建立了区域电力系统煤电机组脱硝规划模型,以黑龙江地区为例,以满足SCR脱硝改造的所有煤电机组为研究对象,以“十二五”和“十三五”两个时期为规划阶段,对各煤电机组的脱硝设施投运阶段、各阶段的投运时间进行规划,并对减排结余的氮氧化物排放指标再利用问题进行探讨。本文还尝试从环境政策经济影响的角度,根据“十二五”过渡期的环保特点,以二氧化硫排放总量控制为基础,对相应的排污权有偿使用和交易政策情景进行设置,综合分析规划期各项费用成本构成,运用0-1整数随机规划的方法建立区域电力系统煤电机组随机脱硫规划模型,并以黑龙江地区为例,对黑龙江地区满足湿法烟气脱硫改造要求的煤电机组脱硫设施投运时间进行规划计算。此外,本文系统解析了电力行业二氧化碳节能减排、工程减排、结构减排以及市场减排途径以及可行性,以从根本上实现电力行业二氧化碳减排的节能减排、工程减排和结构减排途径为研究对象,综合考虑“十二五”和“十三五”时期二氧化碳减排目标和区域经济发展等因素,运用混合整数规划和随机机会约束规划的方法,建立区域电力系统二氧化碳减排规划模型,并以黑龙江地区为例,对各时期黑龙江地区电力系统二氧化碳的节能减排、工程减排和结构减排目标进行规划,以期为决策者制定各时期的二氧化碳减排方案提供决策支持。最后,本文在排污权有偿使用和交易、碳排放权交易政策实施背景下,对电力行业SO2、NOx和C02排放指标的有偿获取途径进行了解析,综合考虑需电量不确定性对电力系统规划产生的影响,运用两阶段混合整数随机规划的方法,建立电力-大气耦合规划模型,并以黑龙江地区为例,以“十二五”和“十三五”为规划期,在清洁能源发电机组不同发展速度水平情景下,对各时期黑龙江地区电力行业的大气环境资源供应计划、发电生产计划以及电源新扩建计划进行规划,以期为电力发展部门制定区域电力中长期发展规划提供决策支持。本文开发的区域电力系统脱硝规划模型、脱硫规划模型和二氧化碳减排规划模型可为区域电力行业制定各时期的环保改造及节能减排计划提供决策支持；电力-大气耦合规划模型从环境政策影响的角度完善了现有电力系统规划工作,上述各项研究成果能够满足新时期我国电力系统管理规划工作面临的迫切要求。