多能互補綜合能源系統(tǒng)運行優(yōu)化建議

張力 張怡

【摘?要】傳統(tǒng)具有不可再生性的能源隨著開采量與消耗量的日益增加，此類能源的存量也在與日俱減。在新能源的確立之前，緩解逐漸增長的物資需求和能源短缺矛盾關系是必須面對與解決的問題，單一能源種類的利用與依賴容易產(chǎn)生資源大量消耗、自愈能力差、整體系統(tǒng)穩(wěn)定性低下等相關問題。本文以分布式能源為核心，采取多能互補理念，使用多能互補綜合能源系統(tǒng)，對比傳統(tǒng)分供系統(tǒng)的能源利用率更為優(yōu)化，更好的減少能源供應成本。

【關鍵詞】多能互補;優(yōu)化管理;綜合能源系統(tǒng)

引言：

多能源互補概念早在二十世紀中后期便開始提倡，在人們探索更為高效的能源利用率進程上，能源開發(fā)力度不斷加大，不可再生類能源物資存量已成了不可忽視的重要問題，人們探索更有效且可再生能源的同時，利用多能源協(xié)調互補機制緩解能源短缺，提高能源利用效率。

1.多功能互補集成能源系統(tǒng)建設意義

現(xiàn)存在的每一種能源利用方式都具有特異性，比如煤礦能源的利用，是通過受熱燃燒，是化學能轉化內能，再由內能向機械能或其他能源形式進行轉變。但單一能源轉化率是有限的，且會在能源轉化過程中造成一定程度的消耗。而通過多能互補協(xié)調機制，不僅可以提高能源利用率，更能緩解社會需求增加與能源短缺問題。目前隨著科學技術的發(fā)展，各種新型能源逐漸得到開發(fā)與應用，能源監(jiān)控技術，管理技術也在不斷進步，不同種類能源之間的耦合也更為緊密，能源優(yōu)勢互補已經(jīng)基本實現(xiàn)。

綜合能源系統(tǒng)通常運用在供電系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等基礎能源供給系統(tǒng)。在考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，通過優(yōu)化能量生產(chǎn)、管理、存儲、傳輸?shù)确矫?，以集成化方式使各個能源系統(tǒng)的協(xié)調與配合，達到提升能源利用率目的，降低生產(chǎn)成本。

2.綜合能源系統(tǒng)建設方案

2.1宏觀系統(tǒng)建模

建立多能互補綜合能源系統(tǒng)，是為達到終端一體化集成供能的前提。建立靜態(tài)建?？梢愿鼮橹庇^的展現(xiàn)多能互補綜合能源系統(tǒng)運行思路。瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究團隊提出，多能互補綜合能源系統(tǒng)運行中，能源集線器模型是反映能源系統(tǒng)中能源靜態(tài)轉換、存儲、管理、傳輸?shù)闹匾豁??？梢愿庇^的對系統(tǒng)規(guī)劃、能源分布式規(guī)劃、區(qū)域能源規(guī)劃，地區(qū)能源供給需求進行管理調度，把控能源綜合利用效率。

2.2微觀系統(tǒng)建模

針對微觀能源利用問題建立動態(tài)模型，進行能源傳輸、利用過程中每一處管理和運用形式管理。考慮到能源自身特點，使用動態(tài)建?？梢愿玫挠^察某一節(jié)點能源的消耗量和能效，在通過優(yōu)化多種能源利用率，達到整體多能互補綜合能源系統(tǒng)的目的，為多能源綜合利用監(jiān)控管理得到更好的技術支持。

3.多能互補能源系統(tǒng)優(yōu)化

3.1區(qū)域統(tǒng)籌優(yōu)化

以整個能源系統(tǒng)為出發(fā)點，不同能源之間的互聯(lián)互通對能源效率有一定的影響，而剩余的能源流動路徑為優(yōu)化多種能源共享利用提供了空間;不同能源系統(tǒng)之間建立協(xié)調機制，設置能源綜合梯級利用，可以有效提高不同能源供應形勢下的整體能源利用率，實現(xiàn)空間平衡，保障能源供應體系穩(wěn)定。

在已有產(chǎn)業(yè)園區(qū)，公共建筑，居民小區(qū)等集中用能區(qū)域，實施功能系統(tǒng)多能源梯級利用改造，統(tǒng)籌優(yōu)化系統(tǒng)配置，保證能源供應系統(tǒng)穩(wěn)定下，達到經(jīng)濟成本與能源消耗的平衡調節(jié)。同時也是建設“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源系統(tǒng)的重要任務之一。

3.2 家庭能源統(tǒng)籌優(yōu)化

智能家庭能源管理可以廣泛用于用戶家居環(huán)境當中。例如，需要在家庭生產(chǎn)環(huán)境中使用的能源形式包括電、冷、熱和天然氣。如果在用戶端（能源使用端）實現(xiàn)多能源互聯(lián)，能源效率將顯著提高的同時，也將對用戶提供更好的服務。未來，綜合能源系統(tǒng)將不再是能源從供給方單向輸送給用戶，能源用戶也將從以前的能源用戶轉變?yōu)槟茉从脩艉头丈?，達到綜合能源系統(tǒng)雙向供需的智能交互

4.綜合能源系統(tǒng)的重點問題

4.1 協(xié)同運行中多能源的調度

能源規(guī)劃與優(yōu)化配置一直是多能源綜合能源系統(tǒng)的關鍵問題。多能源綜合體的協(xié)調運行雖然能帶來重大的經(jīng)濟效益，但也意味著風險的擴大。如果多能源耦合關聯(lián)強，集成多能互補綜合能源系統(tǒng)中的能量遷移不再是單向的，而是存在著多方向的相互作用，在單一環(huán)節(jié)發(fā)生問題時，就會產(chǎn)生故障轉移的影響，從而擴大損害結果。因此，多能源集成的協(xié)調工作和運行調度安排是構建多能源集成能源系統(tǒng)的關鍵問題之一。只有良好的調度，故障發(fā)生率才能鎖定最小范圍，最大限度地發(fā)揮多能源復合系統(tǒng)的優(yōu)勢。

4.2 多能互補中的風險評估

在綜合能源系統(tǒng)搭建過程中，因多能互補的特性，誤差風險具有傳輸特性。因此，有必要建立相應的風險評估機制，與單一能源供應系統(tǒng)相比，多能源互補性風險評估機制相對復雜。風險等級，風險發(fā)生后的損害程度和程度，以及最適合經(jīng)濟、安全的等都需要嚴格統(tǒng)計，設置最符合經(jīng)濟性、安全性、可靠性、市場性的保險管理機制。當然，由于多能互補綜合能源系統(tǒng)的不確定性增加，很難準確評估運行風險，可以設置彈性范圍，允許合理的風險存在。

4.3 多能源網(wǎng)絡計算

能量流計算是多能互補綜合能源系統(tǒng)的靜態(tài)模型和動態(tài)模型是設計與管理的核心。為使多能源綜合系統(tǒng)在對能量流控制上更為精確，一般可采用改進的能源集線器模型，選擇系統(tǒng)兼容的潮流求解算法，相關算法可分為統(tǒng)一求解法與解耦求解法。使用統(tǒng)一求解法，需建立多系統(tǒng)混合模型框架，用于求解綜合潮流系統(tǒng)中多個能網(wǎng)狀態(tài)的潮流方程，對算法方面要求偏高。選擇解耦求解法，需在原有獨立流量計算模塊的基礎上，增加一個能量互聯(lián)分析模塊，實現(xiàn)多系統(tǒng)不同模式下的互聯(lián)，并將流量與天然氣和熱力系統(tǒng)連接起來，計算難度較小。

結論：

能源需求多樣化和分布化的趨勢正逐步引發(fā)綜合能源系統(tǒng)的理論科學和工程實踐，以多能互補為重點，在研究與實踐活動中，每一個子系統(tǒng)都將與大量的異質元件相關聯(lián)，在不同的控制模式、運行場景和管理策略下，耦合相互作用，呈現(xiàn)出不同的能源特性。能源的特性對多能互補綜合能源系統(tǒng)具有很強的非線性和不確定性影響。為了促進能源利用，不同能源、網(wǎng)絡和業(yè)務的深度整合，對未來能源系統(tǒng)發(fā)展中的緊密協(xié)同趨勢至關重要。

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（作者單位：1國網(wǎng)浙江電力有限公司寧波供電公司;2寧波市電力設計院有限公司）