一种成本效益最优的火电机组减排方案定制方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种成本效益最优的火电机组减排方案定制方法及系统，该方法包括以下步骤：确定基准年和目标年；获取基准年机组结构与各类污染物排放值；确定目标年国家制度因素、减排技术和机组结构变化情况，以及各污染物排放水平及减排空间；确定综合效益的目标函数，以目标年改造装机约束与减排量约束为约束条件，建立成本效益减排优化模型；确定成本效益最优的火电机组减排方案。本发明专利技术在满足环保排放要求的前提下，对每一项减排措施从效益和成本两方面考虑，全面考虑各种烟气除尘脱硫脱硝技术的设计参数及对电厂现有设备运行的影响，通过计算投资成本、年运行成本、污染物排污费等经济指标进行综合比较，最终达成综合成本效益最优的减排方案。

Thermal power plant emission reduction plan method and system for customizing cost-effective

The invention discloses a system for the coal-fired power plant emission reduction scheme and method for customizing cost-effective, the method comprises the following steps: determining the reference and target year; obtain the benchmark year structure of the unit and all kinds of pollutants; determine the target state change of technical and institutional factors, unit structure reduction, and emissions of various pollutants and the reduction of space; determine the objective function of comprehensive benefits, with the goal of installed constraint and emission reduction constraints as constraint conditions, the establishment of cost-effective emission reduction optimization model; determine the reduction schemes in thermal power unit cost-effective. The present invention in order to meet the environmental emissions requirements, for each emission reduction measures from the two aspects of benefit and cost considerations, to fully consider the design parameters of desulfurization and dedusting of flue gas denitration technology and various effects on the operation of existing equipment in power plant, a comprehensive comparison by calculating the cost of investment, annual operating cost, pollutant discharge fees economic index reduction schemes reach a comprehensive cost benefit optimization.

【技术实现步骤摘要】
一种成本效益最优的火电机组减排方案定制方法和系统
本专利技术涉及能源、电力、环境及技术经济学领域，具体涉及一种成本效益最优的火电机组减排方案定制方法和系统。
技术介绍
近年来，我国东中部地区频繁出现严重的雾霾污染，给人民生产生活和身心健康带来严重影响。研究表明，煤炭燃烧产生的烟尘、二氧化硫、氮氧化物是形成雾霾的主要来源之一，燃煤发电作为我国煤炭利用的主要形式，虽然除尘、脱硫、脱硝等技术已在电力行业大规模推广，但由于电煤消费总量大，大气污染物排放总量也长期居于高位，随着减排技术进步和排放标准的提高，未来仍有一定的减排空间。传统的火电行业减排主要针对通过相应技术手段实现，且大多集中在对单一污染物减排的技术分析上；即使对于综合减排方案，也主要从实现污染物排放绩效达标的角度考虑，没有关注过减排成本的影响，造成了没必要的经济损失。有鉴于此，急需提供一种综合成本效益最优的火电机组减排方案定制方法和系统。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种成本效益最优的火电机组减排方案定制方法，包括以下步骤：确定基准年和目标年；获取基准年机组结构与各类污染物排放值；确定目标年国家制度因素、减排技术和机组结构变化情况，确定目标年各污染物排放水平及减排空间；确定综合效益的目标函数，以目标年改造装机约束与减排量约束为约束条件，建立利用基于线性规划的成本效益减排优化模型；根据目标年机组结构及减排技术进行优化选择，确定成本效益最优的火电机组减排方案；其中，机组结构包括火电机组组合、年发电小时数和煤质种类；污染物排放水平：为某一确定污染物在某种确定边界条件下的排放量；确定边界条件指火电机组结构、相应减排技术与排放标准指定条件；减排空间：减排空间为一相对变量，由目标年与基准年相比的国家制度因素、减排技术与机组结构参数的变化决定。在上述方法中，所述优化模型具体如下：(1)目标函数：Maxz＝WTX；式中，z是总综合效益；X是火电机组的改造装机量；W为火电机组改造后能获取的综合收益，即改造收益与改造成本的差值；改造收益＝减排收益+隐形收益；其中，减排收益＝排污费*减排量，隐形收益＝未来高环保费用及人类健康成本*减排量；改造成本＝改造投资成本+改造运维成本；其中，改造投资成本以最长寿命期作为投资回收期折算，改造运维成本以寿命期内平均值为准；(2)约束条件：改造装机约束与减排量约束，其中，改造装机约束：0≤xi,j,k减排量约束：其中，i,j,k分别表示污染物种类、减排技术种类，机组类型，xi,j,k表示对应某一类机组(k)，为了减少某种污染物(i)所采用的技术(j)的改造量；Installk为某一类机组目标年的总装机；ti,j,k为对应不同装机容量机组应对某周污染物的减排技术绩效，Emissioni为某类污染物目标年到基准年的减排量。在上述方法中，所述根据机组结构及减排技术结合所述优化模型确定成本效益最优的火电机组减排方案具体步骤如下：步骤一：根据线性规划问题的标准型，确定初始可行基矩阵B0和可行基变量组计算B0的逆矩阵求出初始解：并求出初始目标函数值为再计算出单纯形乘子并记步骤二：计算非基变量组XN的检验数向量若获得最优解，停止运算；若σj＞0，则转至步骤三；其中，j为非基变量的编号；步骤三：根据所对应的非基变量xk，决定xk为入基变量。同时计算B-1Pk，若B-1Pk≤0，线性规划问题无解，停止计算；否则，转至步骤四；步骤四：根据θ原则，求出其对应的基变量是xl，确定xl为离基变量；若xk为入基变量，而xl为离基变量，则设alk是新一轮变换的枢元，并获得一组新的可行基变量以及新的可行基矩阵B1；步骤五：计算新的可行基矩阵B1的逆矩阵求出和以及新单纯形乘子并转至步骤二。本专利技术还提供了一种成本效益最优的火电机组减排方案定制系统，包括参数获取模块：用于获取分析成本效益有关的参数；参数计算模块：用于根据参数获取模块获取到的基准年与目标年的各参数，计算分析成本效益有关的参数；建模模块：用于根据所述参数获取模块与所述参数计算模块获得相应的参数，以目标年改造装机约束与减排量约束为约束条件，建立优化模型；方案确定模块：用于根据目标年机组结构及减排技术进行优化选择，求解所述目标函数，确定成本效益最优的火电机组减排方案。在上述方案中，所述参数包括：基准年、目标年，排污费、环保费用及人类健康成本、改造投资成本、改造运维成本与各污染物排放绩效，基准年机组结构、各类污染物排放值与减排技术，目标年机组结构、各类污染物排放值与减排技术；机组结构包括火电机组组合、年发电小时数和煤质种类，不同装机量的火电机组组合减排效率也不同；各类污染物包括碳粉尘、二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物等。在上述方案中，所述参数计算模块具体计算如下：计算获得目标年相比基准年各污染物排放的减排量，目标年各污染物排放水平及减排空间；污染物排放水平为发电量与排放绩效的乘积，发电量为机组装机量与发电小时数的成积，机组装机量即为一台或多台某种类型的机组组成的装机；减排空间：减排空间为一相对变量，由目标年与基准年相比的国家制度因素、减排技术与机组结构参数的变化决定；计算火电机组的改造装机量；计算火电机组改造后能获取的综合收益，即改造收益与改造成本的差值；改造收益＝减排收益+隐形收益；其中，减排收益＝排污费*减排量，隐形收益＝环保费用及人类健康成本*减排量；改造成本＝改造投资成本+改造运维成本；其中，改造投资成本以最长寿命期作为投资回收期折算，改造运维成本以寿命期内平均值为准。在上述方案中，所述优化模型具体如下：(1)目标函数：Maxz＝WTX；式中，z是总综合效益；X是火电机组的改造装机量；W为火电机组改造后能获取的综合收益，即改造收益与改造成本的差值；改造收益＝减排收益+隐形收益；其中，减排收益＝排污费*减排量，隐形收益＝环保费用及人类健康成本*减排量；改造成本＝改造投资成本+改造运维成本；其中，改造投资成本以最长寿命期作为投资回收期折算，改造运维成本以寿命期内平均值为准；(2)约束条件：改造装机约束与减排量约束，其中，改造装机约束：0≤xi,j,k减排量约束：其中，i表示污染物种类，j表示减排技术种类,k表示机组结构，xi,j,k表示对应某一类机组(k)，为了减少某种污染物(i)所采用的技术(j)的改造装机量；Installk为某一类机组目标年的总装机；ti,j,k为对应不同装机容量机组应对某污染物的排放绩效，Emissioni为某类污染物目标年到基准年的减排量。在上述方案中，所述方案确定模块具体实施以下步骤：步骤一：根据线性规划问题的标准型，确定初始可行基矩阵B0和可行基变量组计算B0的逆矩阵求出初始解：并求出初始目标函数值为再计算出单纯形乘子并记步骤二：计算非基变量组XN的检验数向量若获得最优解，停止运算；若σj＞0，则转至步骤三；其中，j为非基变量的编号；步骤三：根据所对应的非基变量xk，决定xk为入基变量。同时计算B-1Pk，若B-1Pk≤0，线性规划问题无解，停止计算；否则，转至步骤四；步骤四：根据θ原则，求出其对应的基变量是xl，确定xl为离基变量；若xk为入基变量，而xl为离基变量，则设alk是新一轮变换的枢元，并获得一组新的可行基变量以及新的可行基矩阵B1；步骤五：计算新的可行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成本效益最优的火电机组减排方案定制方法，其特征在于，包括以下步骤：确定基准年和目标年；获取基准年机组结构与各类污染物排放值；确定目标年国家制度因素、减排技术和机组结构变化情况，确定目标年各污染物排放水平及减排空间；确定综合效益的目标函数，以目标年改造装机约束与减排量约束为约束条件，建立成本效益减排优化模型；根据目标年机组结构及减排技术进行优化选择，确定成本效益最优的火电机组减排方案；其中，机组结构包括火电机组组合、年发电小时数和煤质种类；污染物排放水平为某一确定污染物在某种确定边界条件下的排放量，确定边界条件指火电机组结构、相应减排技术与排放标准指定条件；减排空间为一相对变量，由目标年与基准年相比的国家制度因素、减排技术与机组结构参数的变化决定。

【技术特征摘要】
1.一种成本效益最优的火电机组减排方案定制方法，其特征在于，包括以下步骤：确定基准年和目标年；获取基准年机组结构与各类污染物排放值；确定目标年国家制度因素、减排技术和机组结构变化情况，确定目标年各污染物排放水平及减排空间；确定综合效益的目标函数，以目标年改造装机约束与减排量约束为约束条件，建立成本效益减排优化模型；根据目标年机组结构及减排技术进行优化选择，确定成本效益最优的火电机组减排方案；其中，机组结构包括火电机组组合、年发电小时数和煤质种类；污染物排放水平为某一确定污染物在某种确定边界条件下的排放量，确定边界条件指火电机组结构、相应减排技术与排放标准指定条件；减排空间为一相对变量，由目标年与基准年相比的国家制度因素、减排技术与机组结构参数的变化决定。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化模型具体如下：(1)目标函数：Maxz＝WTX；式中，z是总综合效益；X是火电机组的改造装机量；W为火电机组改造后能获取的综合收益，即改造收益与改造成本的差值；改造收益＝减排收益+隐形收益；其中，减排收益＝排污费*减排量，隐形收益＝未来高环保费用及人类健康成本*减排量；改造成本＝改造投资成本+改造运维成本；其中，改造投资成本以最长寿命期作为投资回收期折算，改造运维成本以寿命期内平均值为准；(2)约束条件：改造装机约束与减排量约束，其中，改造装机约束：0≤xi,j,k减排量约束：其中，i,j,k分别表示污染物种类、减排技术种类，机组类型，xi,j,k表示对应某一类机组(k)，为了减少某种污染物(i)所采用的技术(j)的改造量；Installk为某一类机组目标年的总装机；ti,j,k为对应不同装机容量机组应对某周污染物的减排技术绩效，Emissioni为某类污染物目标年到基准年的减排量。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据机组结构及减排技术结合所述优化模型确定成本效益最优的火电机组减排方案具体步骤如下：步骤一：根据线性规划问题的标准型，确定初始可行基矩阵B0和可行基变量组计算B0的逆矩阵求出初始解：并求出初始目标函数值为再计算出单纯形乘子并记步骤二：计算非基变量组XN的检验数向量若获得最优解，停止运算；若σj＞0，则转至步骤三；其中，j为非基变量的编号；步骤三：根据所对应的非基变量xk，决定xk为入基变量。同时计算B-1Pk，若B-1Pk≤0，线性规划问题无解，停止计算；否则，转至步骤四；步骤四：根据θ原则，求出其对应的基变量是xl，确定xl为离基变量；若xk为入基变量，而xl为离基变量，则设alk是新一轮变换的枢元，并获得一组新的可行基变量以及新的可行基矩阵B1；步骤五：计算新的可行基矩阵B1的逆矩阵求出和以及新单纯形乘子并转至步骤二。4.一种成本效益最优的火电机组减排方案定制系统，其特征在于，包括参数获取模块：用于获取分析成本效益有关的参数；参数计算模块：用于根据参数获取模块获取到的基准年与目标年的各参数，计算分析成本效益有关的参数；建模模块：用于根据所述参数获取模块与所述参数计算模块获得相应的参数，以目标年改造装机约束与减排量约束为约束条件，建立优化模型；方案确定模块：用于根据目标年机组结构及减排技术进行优化选择，求解所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑宽，王耀华，赵秋莉，傅观君，刘俊，张富强，金艳鸣，谭雪，张晋芳，闫晓卿，元博，弭辙，
申请(专利权)人：国网能源研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11