多能互補系統(tǒng)發(fā)展綜述

姚江　陳良耳　成藝斌　劉嘉雯

摘要：我國現(xiàn)有的能源系統(tǒng)已由單一能源轉(zhuǎn)變多能源系統(tǒng)，但可再生能源利用率低等問題一直困擾著能源系統(tǒng)的發(fā)展，為了有效緩解這些問題，多能互補系統(tǒng)的概念便應(yīng)運而生。本文首先對多能互補系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行了介紹，其次簡述了國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，最后對多能互補系統(tǒng)的發(fā)展方向進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：多能互補;能源利用率;優(yōu)化調(diào)度;協(xié)調(diào)收益

0前言

為應(yīng)對日益嚴(yán)重的能源危機和環(huán)境污染，各國政府選擇大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電、太陽能等可再生能源作為解決方法，這些可再生能源具有無污染、可再生、蘊藏量大等特點，被認(rèn)為傳統(tǒng)化石燃料最理想的替代品。我國的傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)以火力發(fā)電為主，具有能源資源與負(fù)荷需求逆向分布的特點，隨著近些年來可再生能源的快速發(fā)展，我國能源結(jié)構(gòu)中可再生能源所占比例逐步增加，但是由于風(fēng)電、太陽能等可再生能源具有顯著的不確定性和間歇性的特點，在實際應(yīng)用過程中的“棄風(fēng)”、“棄光”的問題十分普遍^[1]。同時，可再生能源的大量接入，極大影響了原有的能源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，對能源系統(tǒng)來說是巨大的挑戰(zhàn)。

為了解決由于可再生能源的接入所產(chǎn)生的上述問題，提出了多能互補系統(tǒng)容的概念。多能互補系統(tǒng)主要由電力、天然氣及各類可再生能源等多種能源系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)互聯(lián)的方式構(gòu)成，通過這種方式來滿足當(dāng)?shù)赜脩魧τ诙喾N能源的不同需求^[2]。

1多能互補的基本原理

利用多種能源互補的特性，能夠有效地緩解能源利用率低等的問題，提高能源開發(fā)和利用率。根據(jù)各類不同的類型能源的特點及運行管理模式，合理規(guī)劃包括風(fēng)能、太陽能、天然氣等各種類型能源，通過建立多能互補系統(tǒng)，協(xié)同“源-網(wǎng)-荷-儲”多種類型的能源，進(jìn)而緩解風(fēng)能、太陽能等可再生能源的消納問題，提高系統(tǒng)的供電可靠性和能源利用率。

現(xiàn)有的能源系統(tǒng)中，不同的能源之間運行管理和特性存在著較大的差異，怎么協(xié)調(diào)系統(tǒng)中的多類型的能源是多能互補系統(tǒng)的發(fā)展重點。一般將多能互補系統(tǒng)分為兩種模式，即位于電源端的多能互補系統(tǒng)和位于負(fù)荷終端的多能互補系統(tǒng)。其中位于電源端的多能互補系統(tǒng)，按照各類能源的特點進(jìn)行互補，形式包括風(fēng)-光互補、風(fēng)-光-水互補、風(fēng)-光-水-火互補等等，通過利用不同類型能源之間的互補特性，來達(dá)到降低多能互補系統(tǒng)的整體出力的間歇性和不確定性^[3]。通過引進(jìn)儲能裝置，系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時追蹤各類型可再生能源的出力情況，進(jìn)而實現(xiàn)緩解可再生能源消納的問題。位于負(fù)荷終端的多能互補系統(tǒng)主要是通過利用熱電聯(lián)產(chǎn)和熱電聯(lián)產(chǎn)等相關(guān)技術(shù)，滿足終端用戶的電、熱、冷、氣等多種能源的需求，實現(xiàn)能源的梯級利用。

2多能互補系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

多能互補系統(tǒng)是以包括風(fēng)能、太陽能、天然氣等各種類型能源在內(nèi)的多種能源系統(tǒng)互補的綜合能源系統(tǒng)，能夠有效緩解風(fēng)能、太陽能等可再生能源的消納問題，提高系統(tǒng)的供電可靠性和能源利用率。由于多能互補系統(tǒng)的眾多優(yōu)點，因而得到了世界上多數(shù)國家和地區(qū)的重視。

最早的綜合能源系統(tǒng)的概念是由歐洲提出的，并將其作為重點項目來實施。其中，丹麥通過制定相應(yīng)的補貼政策，該政策針對可再生能源的結(jié)合項目進(jìn)行補貼，大力推進(jìn)了當(dāng)?shù)靥柲芘c生物質(zhì)相結(jié)合的供熱電廠的發(fā)展。美國早在2007年頒布了能源獨立和安全法，力求開展對于在電力、天然氣等供能系統(tǒng)綜合規(guī)劃的研究。

我國對于多能互補系統(tǒng)的研究起步較晚，對于多能互補系統(tǒng)的研究還有待深入^[4]。我國和新加坡合作開展了蘇州多能互補示范工程，是國內(nèi)的規(guī)模最大的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，系統(tǒng)包括太陽能、地源熱泵和微型風(fēng)電等多類型能源，并開展能源互聯(lián)網(wǎng)云平臺、電網(wǎng)需求側(cè)管理等多個前沿項目^[5]。

3多能互補系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3.1多能互補優(yōu)化調(diào)度

大多數(shù)利用可再生能源發(fā)電技術(shù)的出力具有較強的間歇性和波動性，當(dāng)其大規(guī)模發(fā)電并網(wǎng)后，勢必給原有的系統(tǒng)帶來巨大的挑戰(zhàn)。同時由于不同能源之間存在的差異性，若沒有對多能系統(tǒng)中的各類能源相互之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，將會導(dǎo)致能源利用低、系統(tǒng)的穩(wěn)定性差以及系統(tǒng)的自愈能力低等多方面的問題。通過多能互補協(xié)調(diào)調(diào)度的方式，能夠有效提高電力系統(tǒng)中可再生能源的消納能力，解決現(xiàn)在普遍存在的“棄風(fēng)”“棄光”問題。

利用多能互補系統(tǒng)的特性，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的能源綜合利用，目前常見多能互補的實現(xiàn)方式包括微電網(wǎng)、熱電聯(lián)產(chǎn)、虛擬電廠等。微電網(wǎng)是由負(fù)荷和各類型微電源構(gòu)成的小型的發(fā)-配-用電系統(tǒng)，微電網(wǎng)既可以獨立于大電網(wǎng)運行，又可以并網(wǎng)的運行。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是多能互補系統(tǒng)的典型形式，通過建立能量的梯度利用的方式，滿足終端用戶的電、熱、冷、氣等多種能源的需求，進(jìn)而提高能源的利用率。虛擬電廠建立在先進(jìn)的通信、控制及軟件技術(shù)基礎(chǔ)上，通過高層次的軟件架構(gòu)，整合多類型的分布式電源，作為一種特殊的電廠參與到電力系統(tǒng)中。

3.2多能互補協(xié)調(diào)收益

多能互補系統(tǒng)的運行將涉及“源-網(wǎng)-荷-儲”多個主體的利益，能否協(xié)調(diào)和處理好這些主體相互之間的利益關(guān)系，是多能互補系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。從能源側(cè)來看，通過建立相應(yīng)的評估機制，在評估在系統(tǒng)運行過程中的各個能源主體的貢獻(xiàn)度的基礎(chǔ)上，制定多類型能源的協(xié)調(diào)互補機制，進(jìn)而提高系統(tǒng)整體的收益。從用戶側(cè)來看，由于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的存在，終端用戶將享受到系統(tǒng)所提供的提供電、熱、冷等綜合能源服務(wù)，從傳統(tǒng)的單一的電力能源消費者轉(zhuǎn)變?yōu)榱司C合能源消費者。由于多能互補系統(tǒng)涉及到多個主體之間的利益，如何協(xié)調(diào)主體之間的利益關(guān)系變得十分重要。

4結(jié)論

近年來可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中所占比例逐步增加，可再生能源具有顯著的不確定性和間歇性的特點，在實際應(yīng)用過程中的并不理想，建立多能互補系統(tǒng)，能夠有效提高可再生能源的利用率，實現(xiàn)多類型能源的綜合利用。本文對多能互補系統(tǒng)的基本原理、發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，并對多能互補系統(tǒng)的發(fā)展方向進(jìn)行了論述，望能夠味多能互補系統(tǒng)的發(fā)展提供參考。

參考文獻(xiàn)

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