本發(fā)明涉及能源、電力、環(huán)境及技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案定制方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，我國東中部地區(qū)頻繁出現(xiàn)嚴(yán)重的霧霾污染，給人民生產(chǎn)生活和身心健康帶來嚴(yán)重影響。研究表明，煤炭燃燒產(chǎn)生的煙塵、二氧化硫、氮氧化物是形成霧霾的主要來源之一，燃煤發(fā)電作為我國煤炭利用的主要形式，雖然除塵、脫硫、脫硝等技術(shù)已在電力行業(yè)大規(guī)模推廣，但由于電煤消費(fèi)總量大，大氣污染物排放總量也長期居于高位，隨著減排技術(shù)進(jìn)步和排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，未來仍有一定的減排空間。

傳統(tǒng)的火電行業(yè)減排主要針對通過相應(yīng)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)，且大多集中在對單一污染物減排的技術(shù)分析上；即使對于綜合減排方案，也主要從實(shí)現(xiàn)污染物排放績效達(dá)標(biāo)的角度考慮，沒有關(guān)注過減排成本的影響，造成了沒必要的經(jīng)濟(jì)損失。

有鑒于此，急需提供一種綜合成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案定制方法和系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案定制方法，包括以下步驟：

確定基準(zhǔn)年和目標(biāo)年；獲取基準(zhǔn)年機(jī)組結(jié)構(gòu)與各類污染物排放值；確定目標(biāo)年國家制度因素、減排技術(shù)和機(jī)組結(jié)構(gòu)變化情況，確定目標(biāo)年各污染物排放水平及減排空間；確定綜合效益的目標(biāo)函數(shù)，以目標(biāo)年改造裝機(jī)約束與減排量約束為約束條件，建立利用基于線性規(guī)劃的成本效益減排優(yōu)化模型；根據(jù)目標(biāo)年機(jī)組結(jié)構(gòu)及減排技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，確定成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案；其中，

機(jī)組結(jié)構(gòu)包括火電機(jī)組組合、年發(fā)電小時(shí)數(shù)和煤質(zhì)種類；

污染物排放水平：為某一確定污染物在某種確定邊界條件下的排放量；確定邊界條件指火電機(jī)組結(jié)構(gòu)、相應(yīng)減排技術(shù)與排放標(biāo)準(zhǔn)指定條件；

減排空間：減排空間為一相對變量，由目標(biāo)年與基準(zhǔn)年相比的國家制度因素、減排技術(shù)與機(jī)組結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化決定。

在上述方法中，所述優(yōu)化模型具體如下：

(1)目標(biāo)函數(shù)：maxz＝w^tx；

式中，z是總綜合效益；x是火電機(jī)組的改造裝機(jī)量；w為火電機(jī)組改造后能獲取的綜合收益，即改造收益與改造成本的差值；

改造收益＝減排收益+隱形收益；其中，減排收益＝排污費(fèi)*減排量，隱形收益＝未來高環(huán)保費(fèi)用及人類健康成本*減排量；

改造成本＝改造投資成本+改造運(yùn)維成本；其中，改造投資成本以最長壽命期作為投資回收期折算，改造運(yùn)維成本以壽命期內(nèi)平均值為準(zhǔn)；

(2)約束條件：改造裝機(jī)約束與減排量約束，其中，

改造裝機(jī)約束：

0≤xi,j,k

減排量約束：

其中，i,j,k分別表示污染物種類、減排技術(shù)種類，機(jī)組類型，xi,j,k表示對應(yīng)某一類機(jī)組(k)，為了減少某種污染物(i)所采用的技術(shù)(j)的改造量；installk為某一類機(jī)組目標(biāo)年的總裝機(jī)；ti,j,k為對應(yīng)不同裝機(jī)容量機(jī)組應(yīng)對某周污染物的減排技術(shù)績效，emissioni為某類污染物目標(biāo)年到基準(zhǔn)年的減排量。

在上述方法中，所述根據(jù)機(jī)組結(jié)構(gòu)及減排技術(shù)結(jié)合所述優(yōu)化模型確定成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案具體步驟如下：

步驟一：根據(jù)線性規(guī)劃問題的標(biāo)準(zhǔn)型，確定初始可行基矩陣b0和可行基變量組計(jì)算b0的逆矩陣求出初始解：

并求出初始目標(biāo)函數(shù)值為再計(jì)算出單純形乘子并記

步驟二：計(jì)算非基變量組xn的檢驗(yàn)數(shù)向量若獲得最優(yōu)解，停止運(yùn)算；若σj＞0，則轉(zhuǎn)至步驟三；其中，j為非基變量的編號；

步驟三：根據(jù)所對應(yīng)的非基變量xk，決定xk為入基變量。同時(shí)計(jì)算b^-1pk，若b^-1pk≤0，線性規(guī)劃問題無解，停止計(jì)算；否則，轉(zhuǎn)至步驟四；

步驟四：根據(jù)θ原則，求出

其對應(yīng)的基變量是xl，確定xl為離基變量；若xk為入基變量，而xl為離基變量，則設(shè)alk是新一輪變換的樞元，并獲得一組新的可行基變量以及新的可行基矩陣b1；

步驟五：計(jì)算新的可行基矩陣b1的逆矩陣求出和以及新單純形乘子并轉(zhuǎn)至步驟二。

本發(fā)明還提供了一種成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案定制系統(tǒng)，包括

參數(shù)獲取模塊：用于獲取分析成本效益有關(guān)的參數(shù)；

參數(shù)計(jì)算模塊：用于根據(jù)參數(shù)獲取模塊獲取到的基準(zhǔn)年與目標(biāo)年的各參數(shù)，計(jì)算分析成本效益有關(guān)的參數(shù)；

建模模塊：用于根據(jù)所述參數(shù)獲取模塊與所述參數(shù)計(jì)算模塊獲得相應(yīng)的參數(shù)，以目標(biāo)年改造裝機(jī)約束與減排量約束為約束條件，建立優(yōu)化模型；

方案確定模塊：用于根據(jù)目標(biāo)年機(jī)組結(jié)構(gòu)及減排技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，求解所述目標(biāo)函數(shù)，確定成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案。

在上述方案中，所述參數(shù)包括：基準(zhǔn)年、目標(biāo)年，排污費(fèi)、環(huán)保費(fèi)用及人類健康成本、改造投資成本、改造運(yùn)維成本與各污染物排放績效，基準(zhǔn)年機(jī)組結(jié)構(gòu)、各類污染物排放值與減排技術(shù)，目標(biāo)年機(jī)組結(jié)構(gòu)、各類污染物排放值與減排技術(shù)；

機(jī)組結(jié)構(gòu)包括火電機(jī)組組合、年發(fā)電小時(shí)數(shù)和煤質(zhì)種類，不同裝機(jī)量的火電機(jī)組組合減排效率也不同；

各類污染物包括碳粉塵、二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物等。

在上述方案中，所述參數(shù)計(jì)算模塊具體計(jì)算如下：

計(jì)算獲得目標(biāo)年相比基準(zhǔn)年各污染物排放的減排量，目標(biāo)年各污染物排放水平及減排空間；

污染物排放水平為發(fā)電量與排放績效的乘積，發(fā)電量為機(jī)組裝機(jī)量與發(fā)電小時(shí)數(shù)的成積，機(jī)組裝機(jī)量即為一臺或多臺某種類型的機(jī)組組成的裝機(jī)；

減排空間：減排空間為一相對變量，由目標(biāo)年與基準(zhǔn)年相比的國家制度因素、減排技術(shù)與機(jī)組結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化決定；

計(jì)算火電機(jī)組的改造裝機(jī)量；

計(jì)算火電機(jī)組改造后能獲取的綜合收益，即改造收益與改造成本的差值；

改造收益＝減排收益+隱形收益；其中，減排收益＝排污費(fèi)*減排量，隱形收益＝環(huán)保費(fèi)用及人類健康成本*減排量；

改造成本＝改造投資成本+改造運(yùn)維成本；其中，改造投資成本以最長壽命期作為投資回收期折算，改造運(yùn)維成本以壽命期內(nèi)平均值為準(zhǔn)。

在上述方案中，所述優(yōu)化模型具體如下：

(1)目標(biāo)函數(shù)：maxz＝w^tx；

式中，z是總綜合效益；x是火電機(jī)組的改造裝機(jī)量；w為火電機(jī)組改造后能獲取的綜合收益，即改造收益與改造成本的差值；

改造收益＝減排收益+隱形收益；其中，減排收益＝排污費(fèi)*減排量，隱形收益＝環(huán)保費(fèi)用及人類健康成本*減排量；

改造成本＝改造投資成本+改造運(yùn)維成本；其中，改造投資成本以最長壽命期作為投資回收期折算，改造運(yùn)維成本以壽命期內(nèi)平均值為準(zhǔn)；

(2)約束條件：改造裝機(jī)約束與減排量約束，其中，

改造裝機(jī)約束：

0≤xi,j,k

減排量約束：

其中，i表示污染物種類，j表示減排技術(shù)種類,k表示機(jī)組結(jié)構(gòu)，xi,j,k表示對應(yīng)某一類機(jī)組(k)，為了減少某種污染物(i)所采用的技術(shù)(j)的改造裝機(jī)量；installk為某一類機(jī)組目標(biāo)年的總裝機(jī)；ti,j,k為對應(yīng)不同裝機(jī)容量機(jī)組應(yīng)對某污染物的排放績效，emissioni為某類污染物目標(biāo)年到基準(zhǔn)年的減排量。

在上述方案中，所述方案確定模塊具體實(shí)施以下步驟：

步驟一：根據(jù)線性規(guī)劃問題的標(biāo)準(zhǔn)型，確定初始可行基矩陣b0和可行基變量組計(jì)算b0的逆矩陣求出初始解：

并求出初始目標(biāo)函數(shù)值為再計(jì)算出單純形乘子并記

步驟二：計(jì)算非基變量組xn的檢驗(yàn)數(shù)向量若獲得最優(yōu)解，停止運(yùn)算；若σj＞0，則轉(zhuǎn)至步驟三；其中，j為非基變量的編號；

步驟三：根據(jù)所對應(yīng)的非基變量xk，決定xk為入基變量。同時(shí)計(jì)算b^-1pk，若b^-1pk≤0，線性規(guī)劃問題無解，停止計(jì)算；否則，轉(zhuǎn)至步驟四；

步驟四：根據(jù)θ原則，求出

其對應(yīng)的基變量是xl，確定xl為離基變量；若xk為入基變量，而xl為離基變量，則設(shè)alk是新一輪變換的樞元，并獲得一組新的可行基變量以及新的可行基矩陣b1；

步驟五：計(jì)算新的可行基矩陣b1的逆矩陣求出和以及新單純形乘子并轉(zhuǎn)至步驟二。

本發(fā)明在滿足環(huán)保排放要求的前提下，對每一項(xiàng)減排措施從效益和成本兩方面考慮，從經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行煙氣除塵脫硫脫銷技術(shù)優(yōu)化，對技術(shù)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算與評價(jià)，最大程度的降低工程造價(jià)。全面考慮各種煙氣除塵脫硫脫硝技術(shù)的設(shè)計(jì)參數(shù)及對電廠現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行的影響，通過計(jì)算投資成本、年運(yùn)行成本、污染物排污費(fèi)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合比較，最終達(dá)成綜合成本效益最優(yōu)的減排方案。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的實(shí)施例一的流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明在滿足環(huán)保排放要求的前提下，對每一項(xiàng)減排措施從效益和成本兩方面考慮，從經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行煙氣除塵脫硫脫銷技術(shù)優(yōu)化，對技術(shù)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算與評價(jià)，最大程度的降低工程造價(jià)。全面考慮各種煙氣除塵脫硫脫硝技術(shù)的設(shè)計(jì)參數(shù)及對電廠現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行的影響，通過計(jì)算投資成本、年運(yùn)行成本、污染物排污費(fèi)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合比較，最終達(dá)成綜合成本效益最優(yōu)的減排方案。下面結(jié)合具體實(shí)施例和說明書附圖對本發(fā)明做出詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一。

一種成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案定制方法，如圖1所示，包括以下步驟：

s1、確定基準(zhǔn)年和目標(biāo)年；其中，基準(zhǔn)年可為本年度，目標(biāo)年可為國家規(guī)劃的節(jié)能減排目標(biāo)年。

s2、獲取基準(zhǔn)年相關(guān)變量參數(shù)，包括機(jī)組結(jié)構(gòu)與各類污染物排放值等信息；其中，機(jī)組結(jié)構(gòu)包括火電機(jī)組組合、年發(fā)電小時(shí)數(shù)和煤質(zhì)種類，不同裝機(jī)量的火電機(jī)組組合減排效率也不同；各類污染物包括碳粉塵、二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物等。

s3、確定目標(biāo)年國家制度因素、減排技術(shù)和機(jī)組結(jié)構(gòu)變化情況，確定目標(biāo)年各污染物排放水平及減排空間。其中，

國家制度因素：根據(jù)國家制定的減排規(guī)定變化，不同目標(biāo)年國家對各污染物排放限值要求也不同。

減排技術(shù)：與各發(fā)電設(shè)備及技術(shù)相關(guān)，發(fā)電設(shè)備及技術(shù)越先進(jìn)，減排力度也會(huì)大。減排技術(shù)可為多種現(xiàn)在市場常用的先進(jìn)技術(shù)，如超低排放技術(shù)(循化流化床發(fā)電技術(shù)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)等)、碳減排技術(shù)(用煙煤替代原煤等)；先進(jìn)的發(fā)電設(shè)備如超臨界發(fā)電技術(shù)裝備、大容量熱電聯(lián)產(chǎn)等。

污染物排放水平：污染物排放水平為某一確定污染物(如二氧化硫)在某種確定邊界條件下的排放量。確定邊界條件指火電機(jī)組結(jié)構(gòu)、相應(yīng)減排技術(shù)與排放標(biāo)準(zhǔn)等指定條件。即污染物排放水平＝發(fā)電量*排放績效，發(fā)電量為裝機(jī)量與發(fā)電小時(shí)數(shù)的成積，裝機(jī)量即為一臺或多臺某種類型的機(jī)組組成的裝機(jī)；例如，5臺30萬千瓦的發(fā)電機(jī)組一共為150萬千瓦。

減排空間：減排空間為一相對變量，由目標(biāo)年與基準(zhǔn)年相比的國家制度因素、減排技術(shù)與機(jī)組結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化決定；例如，相比于基準(zhǔn)年，目標(biāo)年各污染物排放限值下降，使用減排技術(shù)的改進(jìn)，或機(jī)組結(jié)構(gòu)中火電機(jī)組組合的改進(jìn)、年發(fā)電小時(shí)數(shù)減少或煤質(zhì)種類的變化，都影響著著減排空間值的大小。

對于減排空間下面舉例說明：

基準(zhǔn)年2015年；目標(biāo)年2020年，排放物為煙塵。

以某一確定地區(qū)為例，2015年火電煙塵排放量100萬噸，維持現(xiàn)有減排技術(shù)a到2020年排放量200萬噸(增長原因是隨著電力需求增長火電發(fā)電量增長)；但按照國家有關(guān)規(guī)定，確定2020年煙塵排放量不得高于150萬噸(國家給定的是濃度，需要考慮不同類型機(jī)組典型煙氣量指標(biāo)從而將濃度轉(zhuǎn)換得出排放量)。

那么減排空間下限：200-150＝50萬噸，即至少減50萬噸才能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

若采用了最先進(jìn)的減排技術(shù)，則該地區(qū)2020年煙塵排放水平可計(jì)算得到(發(fā)電量*排放績效)，如90萬噸，則減排空間上限為90萬噸。

這樣減排空間為50-90萬噸。

s4、確定綜合效益的目標(biāo)函數(shù)，以目標(biāo)年改造裝機(jī)約束與減排量約束為約束條件，從源頭治理和末端治理兩個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行分析，建立利用基于線性規(guī)劃的成本效益減排優(yōu)化模型；優(yōu)化模型具體如下：

(1)目標(biāo)函數(shù)：maxz＝w^tx；

式中，z是總綜合效益；x是不同機(jī)組容量的火電機(jī)組所選擇對應(yīng)的減排技術(shù)所進(jìn)行的改造裝機(jī)量；w為不同減排技術(shù)對應(yīng)不同容量火電機(jī)組改造所需要的綜合收益，即改造收益(btotal)與改造成本(ctotal)的差值。

改造收益＝減排收益+隱形收益；其中，減排收益＝排污費(fèi)*減排量，隱形收益＝環(huán)保費(fèi)用及人類健康成本*減排量。

改造成本＝改造投資成本+改造運(yùn)維成本；其中，改造投資成本以最長壽命期作為投資回收期折算，改造運(yùn)維成本以壽命期內(nèi)平均值為準(zhǔn)。

(2)約束條件：包括改造裝機(jī)約束與減排量約束，其中，

改造裝機(jī)約束：

0≤xi,j,k

減排量約束：

其中，i表示污染物種類，j表示減排技術(shù)種類，k表示機(jī)組結(jié)構(gòu)，xi,j,k表示對應(yīng)某一類機(jī)組(k)，為了減少某種污染物(i)所采用的技術(shù)(j)的改造裝機(jī)量；installk為某一類機(jī)組目標(biāo)年的總裝機(jī)。ti,j,k為對應(yīng)不同裝機(jī)容量機(jī)組應(yīng)對某污染物的排放績效，emissioni為某類污染物目標(biāo)年到基準(zhǔn)年的減排量。

因此滿足上述約束條件的解x為解決該線性規(guī)劃問題的可行解，所有可行解的集合為可行域；滿足maxz＝w^tx的可行解，為該線性規(guī)劃問題的最優(yōu)解。

s5、根據(jù)目標(biāo)年機(jī)組結(jié)構(gòu)及減排技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，確定成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案。

本實(shí)施例通過單純形法求解上述線性規(guī)劃問題，該方法的基本思想是：先找出一個(gè)基本可行解，對它進(jìn)行鑒別，看是否是最優(yōu)解；若不是，則按照一定法則轉(zhuǎn)換到另一改進(jìn)的基本可行解，再鑒別；若仍不是，則再轉(zhuǎn)換，按此重復(fù)進(jìn)行。因基本可行解的個(gè)數(shù)有限，故經(jīng)有限次轉(zhuǎn)換必能得出問題的最優(yōu)解。如果問題無最優(yōu)解也可用此法判別。因此根據(jù)上述機(jī)組結(jié)構(gòu)及減排技術(shù)結(jié)合優(yōu)化模型確定成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案具體步驟如下：

步驟一：根據(jù)線性規(guī)劃問題的標(biāo)準(zhǔn)型，確定初始可行基矩陣b0和可行基變量組計(jì)算b0的逆矩陣求出初始解：

并求出初始目標(biāo)函數(shù)值為再計(jì)算出單純形乘子并記

步驟二：計(jì)算非基變量組xn的檢驗(yàn)數(shù)向量若獲得最優(yōu)解，停止運(yùn)算；若σj＞0(j是非基變量的編號)，則轉(zhuǎn)至步驟三。

步驟三：根據(jù)所對應(yīng)的非基變量xk，決定xk為入基變量。同時(shí)計(jì)算b^-1pk，若b^-1pk≤0，線性規(guī)劃問題無解，停止計(jì)算。否則，轉(zhuǎn)至步驟四。

步驟四：根據(jù)θ原則，求出

其對應(yīng)的基變量是xl，確定xl為離基變量。若xk為入基變量，而xl為離基變量，則設(shè)alk是新一輪變換的樞元，并獲得一組新的可行基變量以及新的可行基矩陣b1。

步驟五：計(jì)算新的可行基矩陣b1的逆矩陣求出和以及新單純形乘子并轉(zhuǎn)至步驟二，重復(fù)執(zhí)行步驟二至步驟二，直到獲得最優(yōu)解，停止計(jì)算。

下面用過具體例子來說明本發(fā)明：

利用火電機(jī)組減排潛力優(yōu)化模型，針對目標(biāo)年不同結(jié)構(gòu)情景，分別測算全國范圍內(nèi)最優(yōu)火電機(jī)組技術(shù)減排方案如下：

表5-2目標(biāo)年基準(zhǔn)情景減排方案

具體超低排放改造技術(shù)及達(dá)到減排的效果如下:

0.6-10萬千瓦機(jī)組，主要進(jìn)行脫硫增效環(huán)進(jìn)行脫硫改造，減排二氧化硫11萬噸；通過鍋爐低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行脫硝改造，減排氮氧化物12萬噸；通過濕式電除塵進(jìn)行除塵改造，共除塵2萬噸；綜合上述超低排放技術(shù)改造，減排pm2.5為萬噸。

10-20萬千瓦機(jī)組，主要進(jìn)行脫硫增效環(huán)進(jìn)行脫硫改造，減排二氧化硫10萬噸；通過鍋爐低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行脫硝改造，減排氮氧化物11萬噸；通過濕式電除塵進(jìn)行除塵改造，共除塵2萬噸；綜合上述超低排放技術(shù)改造，減排pm2.5為7萬噸。

20-30萬千瓦機(jī)組，主要進(jìn)行分區(qū)控制進(jìn)行脫硫改造，減排二氧化硫8萬噸；通過鍋爐低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行脫硝改造，減排氮氧化物9萬噸；通過濕式電除塵進(jìn)行除塵改造，共除塵1萬噸；綜合上述超低排放技術(shù)改造，減排pm2.56萬噸。

30-60萬千瓦機(jī)組，主要進(jìn)行分區(qū)控制進(jìn)行脫硫改造，減排二氧化硫53萬噸；通過鍋爐低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行脫硝改造，減排氮氧化物60萬噸；通過濕式電除塵進(jìn)行除塵改造，共除塵9萬噸；綜合上述超低排放技術(shù)改造，減排pm2.5為40萬噸。

60-100萬千瓦機(jī)組，主要進(jìn)行均流提效板進(jìn)行脫硫改造，減排二氧化硫66萬噸；通過鍋爐低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行脫硝改造，減排氮氧化物74萬噸；通過低低溫電除塵進(jìn)行除塵改造，共除塵11萬噸；綜合上述超低排放技術(shù)改造，減排pm2.5為50萬噸。

100萬千瓦以上機(jī)組，主要進(jìn)行均流提效板進(jìn)行脫硫改造，減排二氧化硫21萬噸；通過鍋爐低氮燃燒技術(shù)進(jìn)行脫硝改造，減排氮氧化物24萬噸；通過低低溫電除塵進(jìn)行除塵改造，共除塵4萬噸；綜合上述超低排放技術(shù)改造，減排pm2.5為16萬噸。

終上，在目標(biāo)年基準(zhǔn)情景，各重要污染物排放濃度均已達(dá)到國家《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》文件中的相關(guān)要求，通過超低排放技術(shù)改造，共減排煙塵29萬噸、二氧化硫168萬噸、氮氧化物190萬噸、pm2.5為128萬噸。

本實(shí)施例主要通過以下幾個(gè)原則來分析并確定成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案，具體如下：

(1)經(jīng)濟(jì)分析與評價(jià)的原則

經(jīng)濟(jì)分析與評價(jià)的目的是追求投資、運(yùn)行維護(hù)等投入費(fèi)用最小化或者經(jīng)濟(jì)效益最大化，應(yīng)對火電廠煙氣除塵脫硫脫硝設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行綜合評估，作為設(shè)備投資決策的重要依據(jù)。科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的有效途徑是通過設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的，也是技術(shù)研究成敗的關(guān)鍵，在工程設(shè)計(jì)過程中要充分考慮技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的有效結(jié)合。

因此，在滿足環(huán)保排放要求的前提下，需要從經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行煙氣除塵脫硫脫銷技術(shù)優(yōu)化，對技術(shù)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算與評價(jià)，最大程度的降低工程造價(jià)。全面考慮各種煙氣除塵脫硫脫硝技術(shù)的設(shè)計(jì)參數(shù)及對電廠現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行的影響，通過計(jì)算投資成本、年運(yùn)行成本、污染物排污費(fèi)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行綜合比較。

(2)費(fèi)用最小化原則

燃煤電廠煙氣除塵脫硫脫硝應(yīng)以提高環(huán)境質(zhì)量、維護(hù)生態(tài)效益、提高人民生活水平質(zhì)量、維持經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展為基本任務(wù)及功能目標(biāo)，在滿足功能目標(biāo)的前提下追求項(xiàng)目服務(wù)期費(fèi)用最小原則。項(xiàng)目服務(wù)期費(fèi)用包括了與項(xiàng)目有關(guān)的一切費(fèi)用，如項(xiàng)目前期費(fèi)用：設(shè)備制造、采購、建設(shè)、安裝及試運(yùn)行等建設(shè)期費(fèi)用，生產(chǎn)期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用以及系統(tǒng)設(shè)備服務(wù)期結(jié)束時(shí)的拆除費(fèi)用等。

在本實(shí)施例中當(dāng)除塵脫硫脫硝設(shè)計(jì)費(fèi)、設(shè)備購置費(fèi)、安裝費(fèi)、土地征用費(fèi)以及設(shè)備改造費(fèi)等直接成本及由于減少污染物排放而少繳納的排污費(fèi)不變等情況下，這些環(huán)保裝置的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、運(yùn)行和監(jiān)測的人力費(fèi)用等間接成本費(fèi)用最小時(shí)，企業(yè)所得到的收益最大。

(3)經(jīng)濟(jì)效益最大化原則

效益最大化是指系統(tǒng)設(shè)備服務(wù)期內(nèi)的所得到效益最大化，當(dāng)一個(gè)工程技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益較容易定量計(jì)算時(shí)，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)所追求的最大目標(biāo)是所得到效益能實(shí)現(xiàn)最大化。在本實(shí)施例中當(dāng)除塵設(shè)計(jì)費(fèi)、設(shè)備購置費(fèi)、安裝費(fèi)等直接成本及脫銷裝置的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、運(yùn)行和監(jiān)測的人力費(fèi)用等間接成本不變時(shí)，減低繳納排污費(fèi)，企業(yè)所得到的收益最大。

實(shí)施例二。

一種成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案定制系統(tǒng)，如圖2所示，包括參數(shù)獲取模塊101、參數(shù)計(jì)算模塊102、建模模塊103與方案確定模塊104。

參數(shù)獲取模塊101：用于獲取分析成本效益有關(guān)的參數(shù)；包括以下參數(shù)：

基準(zhǔn)年，目標(biāo)年，排污費(fèi)、環(huán)保費(fèi)用及人類健康成本、改造投資成本、改造運(yùn)維成本與各污染物排放績效，基準(zhǔn)年機(jī)組結(jié)構(gòu)、各類污染物排放值與減排技術(shù)；目標(biāo)年機(jī)組結(jié)構(gòu)、各類污染物排放值與減排技術(shù)。其中，

機(jī)組結(jié)構(gòu)包括火電機(jī)組組合、年發(fā)電小時(shí)數(shù)和煤質(zhì)種類，不同裝機(jī)量的火電機(jī)組組合減排效率也不同。

各類污染物包括碳粉塵、二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物等。

參數(shù)計(jì)算模塊102：用于根據(jù)參數(shù)獲取模塊獲取到的基準(zhǔn)年與目標(biāo)年的各參數(shù)，計(jì)算分析成本效益有關(guān)的參數(shù)。具體如下：

計(jì)算獲得目標(biāo)年相比基準(zhǔn)年各污染物排放的減排量，目標(biāo)年各污染物排放水平及減排空間；

污染物排放水平：污染物排放水平為某一確定污染物(如二氧化硫)在某種確定邊界條件下的排放量。確定邊界條件指火電機(jī)組結(jié)構(gòu)、相應(yīng)減排技術(shù)與排放標(biāo)準(zhǔn)等指定條件。即污染物排放水平為發(fā)電量與排放績效的乘積，發(fā)電量為機(jī)組裝機(jī)量與發(fā)電小時(shí)數(shù)的成積，機(jī)組裝機(jī)量即為一臺或多臺某種類型的機(jī)組組成的裝機(jī)。

減排空間：減排空間為一相對變量，由目標(biāo)年與基準(zhǔn)年相比的國家制度因素、減排技術(shù)與機(jī)組結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化決定；

計(jì)算火電機(jī)組的改造裝機(jī)量；例如，將基準(zhǔn)年5臺30萬千瓦的機(jī)組改造為3臺30萬千瓦的機(jī)組，即改造裝機(jī)量為60萬千瓦。

計(jì)算火電機(jī)組改造后能獲取的綜合收益，即改造收益(btotal)與改造成本(ctotal)的差值；

改造收益＝減排收益+隱形收益；其中，減排收益＝排污費(fèi)*減排量，隱形收益＝環(huán)保費(fèi)用及人類健康成本*減排量。

改造成本＝改造投資成本+改造運(yùn)維成本；其中，改造投資成本以最長壽命期作為投資回收期折算，改造運(yùn)維成本以壽命期內(nèi)平均值為準(zhǔn)。

建模模塊103：用于根據(jù)參數(shù)獲取模塊與參數(shù)計(jì)算模塊獲得相應(yīng)的參數(shù)，以目標(biāo)年改造裝機(jī)約束與減排量約束為約束條件，建立優(yōu)化模型。

本實(shí)施例通過從源頭治理和末端治理兩個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行分析，建立利用基于線性規(guī)劃的成本效益減排優(yōu)化模型，具體通過gams(generalalgebraicmodelingsystem，通用代數(shù)建模系統(tǒng))系統(tǒng)建模；優(yōu)化模型具體如下：

(1)目標(biāo)函數(shù)：maxz＝w^tx；

式中，z是總綜合效益；x是火電機(jī)組的改造裝機(jī)量；w為火電機(jī)組改造后能獲取的綜合收益，即改造收益與改造成本的差值；改造收益＝減排收益+隱形收益；其中，

減排收益＝排污費(fèi)*減排量，隱形收益＝環(huán)保費(fèi)用及人類健康成本*減排量。

改造成本＝改造投資成本+改造運(yùn)維成本；其中，改造投資成本以最長壽命期作為投資回收期折算，改造運(yùn)維成本以壽命期內(nèi)平均值為準(zhǔn)。

(2)約束條件：包括改造裝機(jī)約束與減排量約束，其中，

改造裝機(jī)約束：

0≤xi,j,k

減排量約束：

其中，i表示污染物種類，j表示減排技術(shù)種類,k表示機(jī)組結(jié)構(gòu)，xi,j,k表示對應(yīng)某一類機(jī)組(k)，為了減少某種污染物(i)所采用的技術(shù)(j)的改造裝機(jī)量；installk為某一類機(jī)組目標(biāo)年的總裝機(jī)。ti,j,k為對應(yīng)不同裝機(jī)容量機(jī)組應(yīng)對某污染物的排放績效，emissioni為某類污染物目標(biāo)年到基準(zhǔn)年的減排量。

因此滿足上述約束條件的解x為解決該線性規(guī)劃問題的可行解，所有可行解的集合為可行域；滿足maxz＝w^tx的可行解，為該線性規(guī)劃問題的最優(yōu)解。

方案確定模塊104：用于根據(jù)目標(biāo)年機(jī)組結(jié)構(gòu)及減排技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，求解所述目標(biāo)函數(shù)，確定成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案。

本實(shí)施例通過單純形法求解上述線性規(guī)劃問題，具體通過cplex優(yōu)化軟件求解，根據(jù)上述機(jī)組結(jié)構(gòu)及減排技術(shù)結(jié)合優(yōu)化模型確定成本效益最優(yōu)的火電機(jī)組減排方案具體步驟如下：

步驟一：根據(jù)線性規(guī)劃問題的標(biāo)準(zhǔn)型，確定初始可行基矩陣b0和可行基變量組計(jì)算b0的逆矩陣求出初始解：

并求出初始目標(biāo)函數(shù)值為再計(jì)算出單純形乘子并記

步驟二：計(jì)算非基變量組xn的檢驗(yàn)數(shù)向量若獲得最優(yōu)解，停止運(yùn)算；若σj＞0(j是非基變量的編號)，則轉(zhuǎn)至步驟三。

步驟三：根據(jù)所對應(yīng)的非基變量xk，決定xk為入基變量。同時(shí)計(jì)算b^-1pk，若b^-1pk≤0，線性規(guī)劃問題無解，停止計(jì)算。否則，轉(zhuǎn)至步驟四。

步驟四：根據(jù)θ原則，求出

其對應(yīng)的基變量是xl，確定xl為離基變量。若xk為入基變量，而xl為離基變量，則設(shè)alk是新一輪變換的樞元，并獲得一組新的可行基變量以及新的可行基矩陣b1。

步驟五：計(jì)算新的可行基矩陣b1的逆矩陣求出和以及新單純形乘子并轉(zhuǎn)至步驟二，重復(fù)執(zhí)行步驟二至步驟五，直到獲得最優(yōu)解，停止計(jì)算。

本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。