考虑大气污染扩散的多异质性能源电力系统协同发电优化及容量配置研究

Owing to the natural resource endowment, there will be no fundamental change in coal-based energy consumption structure for a quite long period in China. According to research, the main cause of haze pollution is that a large amount of coal is consumed disorderly. However, it is worth noting that the relationship between air quality and pollutant emissions is nonlinear. The concentration distribution of pollutant in atmosphere, not only depends on emissions and distance from pollutant source, but also depends on the ability of atmospheric dispersion. Obviously, the air quality can be improved by coordinated operation between coal-fired generators and heterogenous energy considering the meteorological factors. Therefore, this project will further study on output characteristics and coupling correlation of heterogeneous energy at different spatiotemporal scales. Based on the spatial and temporal characteristics of atmospheric pollutants diffusion, methods of coordinated optimization for coal-fired generators should be produced. In order to improve energy efficiency, it’s critical to construct coordinated optimization models of heterogenous energy in large power system. Then, coordinated models for location and capacity optimization should be reformed, considering resource characteristics, meteorological factors and load demand. Finally, with the methods of internalizing external effects of environmental pollution, evaluation index system of power system can be constructed, which will promote the coordinated development of electricity, energy and environment. The achievements of this project will provide theoretical and technical support for China's energy supply and environmental protection.

由于一次能源资源的禀赋条件，我国在未来一段时期内的能源消费结构仍然是以煤炭为主，而煤炭的大量无组织消耗是引发大气环境污染的主要原因。然而，环境质量与污染物排放总量并非线性关系，即大气污染物浓度不仅取决于源强，同时也取决于大气扩散能力。因此，考虑气象条件进行以煤电为主的多种异质性能源协调发电可以促进煤炭的集约高效利用，进而实现污染物有组织排放和空气质量改善。本项目将深入分析多种异质性能源发电在多时空尺度上的出力耦合关系，研究考虑大气污染物扩散特性的煤电机群协调发电方法，建立多异质性能源发电的协同优化模型；研究发电污染物外部效应的内部化方法，构建能够促进电力与环境协调发展的新型电力系统评价体系；考虑资源特性、气象条件和负荷需求特征，提出多类型能源电源协同容量优化方法。本项目的研究成果将为我国能源供给与环境污染问题的解决提供理论和技术支持。

由于一次能源资源的禀赋条件，我国在未来一段时期内煤电仍将是电源的主要形式之一，而煤炭燃烧产生的排放是引发大气环境污染的主要原因。为保证能源供给的同时减少环境污染，本项目在大气污染物扩散理论的基础上，建立了适应发电调度优化研究的煤电气载污染物时空扩散模型，进而提出了考虑污染扩散时空特性的煤电机群发电与配煤协调运行优化方法，实现不同品质煤炭的高效、低污染和低碳化利用。针对近几年新兴的光热发电，分析了含储热系统光热电站的能流特性，建立了具有灵活调节能力的光热电站发电出力模型，并根据各类型异质性能源电源的出力特征及其互补特性，提出了含光热/光伏/风电等多能源电力系统发电调度优化方法。在此基础上，从空气污染对人类健康的影响角度出发，提出一种燃煤气载污染物外部环境效益内部化评估方法，进而构建了考虑污染健康损害成本的煤电与多类型电源的协同运行模型，在提高接入电网的风、光等新能源发电实际利用率的同时动态控制燃煤污染物浓度。最后，基于煤电气载污染物的生成和扩散机理，分析了煤电空间布局、不同类型煤机和不同类型电源容量配比对大气污染的影响，考虑资源特性、气象条件及污染物扩散特征，提出了一种计及精细化环保成本的燃煤电厂选址、定容方法，以实现长期的电力能源供给保障和环境质量改善。本项目的研究成果将为我国电力供给与环境污染问题的解决提供理论和技术支持，可以使电力生产兼顾节能、减排、健康等多方面的要求，具有良好的推广潜力。.通过本项目的研究，共发表学术论文23篇，其中，SCI收录7篇，EI收录13篇；获授权发明专利5项；获软件著作权2项；获省部级科研奖励1次；培养博士生3名、硕士生9名。