基于多能互補綜合能源系統(tǒng)運行優(yōu)化探析

王會強

【摘 ?要】本文分析了多能互補綜合能源系統(tǒng)進行分析，可用于指導多能互補綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化運行，希望能為相關的人員提供一定的參考。

【關鍵詞】多能互補;綜合能源系統(tǒng);運行;優(yōu)化

傳統(tǒng)的冷、熱、電等能源系統(tǒng)隸屬于不同部門進行管理與運行，無法發(fā)揮協(xié)同潛力，抑制了能源利用率的提高和可再生能源的消納。具有多能協(xié)同特征的多能互補綜合能源系統(tǒng)通過冷、熱、電等多能流的綜合規(guī)劃、協(xié)調控制、智能調度與多元互動可顯著提高能源供需協(xié)調能力，促進可再生能源消納，是提高能源系統(tǒng)綜合效率的重要抓手。

1多功能互補的可行性分析

隨著科學技術的不斷發(fā)展，能源監(jiān)控技術、控制技術和管理技術不斷完善，各種新型的能源利用系統(tǒng)被開發(fā)和廣泛應用，不同能源之間耦合越來越緊密，基本實現(xiàn)了多能源功能利用狀態(tài)下的能源優(yōu)勢互補。綜合能源系統(tǒng)是多能互補在區(qū)域能源供應中重要的實現(xiàn)形式，通過能源源、能源網(wǎng)、用能點等協(xié)調和緊密互動，實現(xiàn)功能系統(tǒng)的全面科學分析、設計和運行。這與計算機技術的發(fā)展有密切聯(lián)系。通常，綜合能源系統(tǒng)集成多種能源輸入輸出以及多種能源轉換設備，能夠通過信息通信將電力系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)和供冷系統(tǒng)建立對應耦合關系，其典型結構如圖 1 所示。多能互補系統(tǒng)的構建核心就相對單純，通過優(yōu)化能量生產(chǎn)、傳輸、存儲和管理等幾個方面，在充分考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎上，實現(xiàn)各個能源系統(tǒng)的協(xié)調與配合，以集成化的方法提高能源利用效率，進而降低生產(chǎn)成本。

2多能互補綜合能源系統(tǒng)分析

2.1區(qū)域多能互補

從整個能源系統(tǒng)出發(fā)，可以確定的是不同能源形式的耦合會對能效產(chǎn)生一定的影響，其中冗余能流路徑提供的一定自由度為多能協(xié)同優(yōu)化提供了空間。構建不同能量系統(tǒng)之間的協(xié)調機制，可有效改善不同能源在不同供能背景下的時空間平衡，從而提高能源的綜合利用率，降低系統(tǒng)運行成本，保證能源供應系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中，多能量載體的規(guī)?；图苫芾砜衫檬菍崿F(xiàn)區(qū)域多能互補的核心問題，也是近年來能源科學研究的重點問題。

2.2家庭式能源智能管理

家庭式能源智能管理指的是從用戶角度實現(xiàn)的多能互補方式，以家庭為例，家庭生產(chǎn)環(huán)境中需要運用到的能源形式有電氣、冷、熱、天然氣，如果能夠在用戶端（用能端）實現(xiàn)多能源的交互和耦合，將極大地提高能源的利用效率，同時也為用戶的能源利用提供了更多的可靠選擇，這也推動了能量流、信息流、業(yè)務流等特性各異的物理對象的融合。未來的綜合能源系統(tǒng)不再是由供給側到用戶側的單向能量傳遞，能源用戶也由過去的能源使用者轉換成能源消費者和服務商，傳統(tǒng)能源系統(tǒng)中供給者、消費者的概念被淡化，取而代之的是綜合能源系統(tǒng)供需雙側的智能交互。

2.3多種儲能的控制方法和配置策略

現(xiàn)階段，按照時間尺度來劃分，電儲能一般用于“低儲高發(fā)”、聯(lián)絡線功率控制和電能質量治理三個方面，經(jīng)濟效益在峰谷電價差和延緩電網(wǎng)升級兩方面。由于供冷是非時變的，儲熱沒有套利空間，一般用于與CCHP機組協(xié)調調度，優(yōu)化CCHP機組的運行狀態(tài)，使以熱定電的CCHP機組可在用電峰時段多發(fā)電，燃氣鍋爐運行在效率較高的狀態(tài)，在用電谷時段停機由儲能供熱，顯著提高機組的經(jīng)濟效益。另外，對于電制冷機組，其經(jīng)濟效益與實時電價關系密切，加入蓄冷可以顯著降低電空調的運行成本，減少電制冷機組的配置容量。

3多能互補綜合能源系統(tǒng)運行優(yōu)化重點分析

3.1多能互補協(xié)同運行調度

多能互補綜合能源系統(tǒng)中，能源的調度和優(yōu)化配置一直是核心問題，是實現(xiàn)多能互補系統(tǒng)構建和市場效益的基礎。通過多個能源系統(tǒng)的協(xié)同機制，人們可以實現(xiàn)能源的高效利用和高能產(chǎn)出，進而緩解區(qū)域能源緊張問題。雖然多能互補的協(xié)同運行能夠帶來極高的經(jīng)濟效益，但是這也意味著風險的擴大，當多能互補耦合性較強時，多能互補的綜合能源系統(tǒng)內能源的流動性不再是單向的，而是存在多向互動，如果某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會發(fā)生故障傳遞效應，使損害結果擴大。因此，多能互補的協(xié)同運行調度是構建多能互補綜合能源系統(tǒng)的核心問題之一，只有通過良好的調度，將故障發(fā)生率鎖定在最小范圍內才能最大限度發(fā)揮多能互補的優(yōu)勢。當然，相應的風險評估機制也是多能互補調度的重要環(huán)節(jié)。

3.2多能互補協(xié)同風險評估機制

在多能互補協(xié)同綜合能源系統(tǒng)構建過程中，由于故障風險具有可傳遞的特征，因此需要構建相應的風險評估機制。同單一能源供應系統(tǒng)相比，多能互補的能源風險評估機制相對復雜，需要綜合各種能源系統(tǒng)、市場、管網(wǎng)等多方信息，嚴格計算投入、產(chǎn)出比以及風險發(fā)生率和風險發(fā)生后的損害范圍、損害程度，在諸多方案中找到最符合經(jīng)濟性、安全性、可靠性、市場性特征的風險管理機制。當然，由于多能互補綜合能源系統(tǒng)中不確定因素的增加，想要精確評估運行風險的難度較高，可以引入彈性概念，允許合理的風險存在。

3.3用能替代的綜合需求響應

對于多能互補系統(tǒng)，用戶參與需求響應的手段不僅限于傳統(tǒng)的電能削減和在時間上的平移。用能替代正逐漸成為綜合需求響應的一個重要方式，能量的替代使用可降低用戶側的用能成本，在滿足用能需求的前提下響應各個能源系統(tǒng)的調度期望，可觀的響應收益為用戶相應行為提供充足的驅動力。但是，當前調度、規(guī)劃以及市場的研究中，很多都忽略了這種新的用戶響應形式。

3.4能流計算

能流計算是多能互補綜合能源系統(tǒng)中靜態(tài)模型和動態(tài)模型的共通點，也是系統(tǒng)構建和管理的核心內容之一。現(xiàn)階段，實踐作業(yè)一般采用改進的能源集線器模型，考慮耦合單元作為平衡節(jié)點對于電力網(wǎng)絡和天然氣網(wǎng)絡潮流的影響，形成該系統(tǒng)適用的潮流求解算法。相應的研究可分為統(tǒng)一求解法和解耦求解法兩類。采用統(tǒng)一求解法時，需要建多系統(tǒng)的混合模型，然后在統(tǒng)一的框架下建立包含多個能網(wǎng)狀態(tài)的潮流方程，對系統(tǒng)綜合潮流進行求解，在算法求解方面往往要求較高。而解耦求解法需分析不同模式下多個系統(tǒng)的耦合關系，將電力潮流與天然氣以及熱力系統(tǒng)解耦計算，因此可以在原有獨立的潮流計算模塊上增加能源耦合分析模塊來實現(xiàn)，計算難度較小。

結語

多能互補綜合能源系統(tǒng)因其具備經(jīng)濟、環(huán)保、高效等優(yōu)點，在發(fā)達國家已經(jīng)得到成熟應用，然而由于技術障礙、政策限制等原因，在我國尚處于萌芽階段。隨著技術進步及國家鼓勵性政策的密集落地，多能互補綜合能源系統(tǒng)將迎來巨大的發(fā)展空間。

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（作者單位：天津大唐國際盤山發(fā)電有限責任公司）