多能互補(bǔ)系統(tǒng)發(fā)展綜述

姚江　陳良耳　成藝斌　劉嘉雯

摘要：我國(guó)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(wèn)題一直困擾著能源系統(tǒng)的發(fā)展，為了有效緩解這些問(wèn)題，多能互補(bǔ)系統(tǒng)的概念便應(yīng)運(yùn)而生。本文首先對(duì)多能互補(bǔ)系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行了介紹，其次簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，最后對(duì)多能互補(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)展方向進(jìn)行了論述。

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

0前言

為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染，各國(guó)政府選擇大規(guī)模開(kāi)發(fā)風(fēng)電、太陽(yáng)能等可再生能源作為解決方法，這些可再生能源具有無(wú)污染、可再生、蘊(yùn)藏量大等特點(diǎn)，被認(rèn)為傳統(tǒng)化石燃料最理想的替代品。我國(guó)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(diǎn)，隨著近些年來(lái)可再生能源的快速發(fā)展，我國(guó)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(yáng)能等可再生能源具有顯著的不確定性和間歇性的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的“棄風(fēng)”、“棄光”的問(wèn)題十分普遍^[1]。同時(shí)，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(yùn)行，對(duì)能源系統(tǒng)來(lái)說(shuō)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(wèn)題，提出了多能互補(bǔ)系統(tǒng)容的概念。多能互補(bǔ)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(guò)協(xié)調(diào)互聯(lián)的方式構(gòu)成，通過(guò)這種方式來(lái)滿足當(dāng)?shù)赜脩魧?duì)于多種能源的不同需求^[2]。

1多能互補(bǔ)的基本原理

利用多種能源互補(bǔ)的特性，能夠有效地緩解能源利用率低等的問(wèn)題，提高能源開(kāi)發(fā)和利用率。根據(jù)各類不同的類型能源的特點(diǎn)及運(yùn)行管理模式，合理規(guī)劃包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、天然氣等各種類型能源，通過(guò)建立多能互補(bǔ)系統(tǒng)，協(xié)同“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”多種類型的能源，進(jìn)而緩解風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的消納問(wèn)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(yùn)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(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)展重點(diǎn)。一般將多能互補(bǔ)系統(tǒng)分為兩種模式，即位于電源端的多能互補(bǔ)系統(tǒng)和位于負(fù)荷終端的多能互補(bǔ)系統(tǒng)。其中位于電源端的多能互補(bǔ)系統(tǒng)，按照各類能源的特點(diǎn)進(jìn)行互補(bǔ)，形式包括風(fēng)-光互補(bǔ)、風(fēng)-光-水互補(bǔ)、風(fēng)-光-水-火互補(bǔ)等等，通過(guò)利用不同類型能源之間的互補(bǔ)特性，來(lái)達(dá)到降低多能互補(bǔ)系統(tǒng)的整體出力的間歇性和不確定性^[3]。通過(guò)引進(jìn)儲(chǔ)能裝置，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)追蹤各類型可再生能源的出力情況，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)緩解可再生能源消納的問(wèn)題。位于負(fù)荷終端的多能互補(bǔ)系統(tǒng)主要是通過(guò)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(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用。

2多能互補(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

多能互補(bǔ)系統(tǒng)是以包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、天然氣等各種類型能源在內(nèi)的多種能源系統(tǒng)互補(bǔ)的綜合能源系統(tǒng)，能夠有效緩解風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的消納問(wèn)題，提高系統(tǒng)的供電可靠性和能源利用率。由于多能互補(bǔ)系統(tǒng)的眾多優(yōu)點(diǎn)，因而得到了世界上多數(shù)國(guó)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(diǎn)項(xiàng)目來(lái)實(shí)施。其中，丹麥通過(guò)制定相應(yīng)的補(bǔ)貼政策，該政策針對(duì)可再生能源的結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)行補(bǔ)貼，大力推進(jìn)了當(dāng)?shù)靥?yáng)能與生物質(zhì)相結(jié)合的供熱電廠的發(fā)展。美國(guó)早在2007年頒布了能源獨(dú)立和安全法，力求開(kāi)展對(duì)于在電力、天然氣等供能系統(tǒng)綜合規(guī)劃的研究。

我國(guó)對(duì)于多能互補(bǔ)系統(tǒng)的研究起步較晚，對(duì)于多能互補(bǔ)系統(tǒng)的研究還有待深入^[4]。我國(guó)和新加坡合作開(kāi)展了蘇州多能互補(bǔ)示范工程，是國(guó)內(nèi)的規(guī)模最大的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，系統(tǒng)包括太陽(yáng)能、地源熱泵和微型風(fēng)電等多類型能源，并開(kāi)展能源互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)、電網(wǎng)需求側(cè)管理等多個(gè)前沿項(xiàng)目^[5]。

3多能互補(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1多能互補(bǔ)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(qiáng)的間歇性和波動(dòng)性，當(dāng)其大規(guī)模發(fā)電并網(wǎng)后，勢(shì)必給原有的系統(tǒng)帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。同時(shí)由于不同能源之間存在的差異性，若沒(méi)有對(duì)多能系統(tǒng)中的各類能源相互之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，將會(huì)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(wèn)題。通過(guò)多能互補(bǔ)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(wèn)題。

利用多能互補(bǔ)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(jiàn)多能互補(bǔ)的實(shí)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(dú)立于大電網(wǎng)運(yùn)行，又可以并網(wǎng)的運(yùn)行。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是多能互補(bǔ)系統(tǒng)的典型形式，通過(guò)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(guò)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(bǔ)協(xié)調(diào)收益

多能互補(bǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行將涉及“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”多個(gè)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(bǔ)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。從能源側(cè)來(lái)看，通過(guò)建立相應(yīng)的評(píng)估機(jī)制，在評(píng)估在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的各個(gè)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(bǔ)機(jī)制，進(jìn)而提高系統(tǒng)整體的收益。從用戶側(cè)來(lái)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(fèi)者轉(zhuǎn)變?yōu)榱司C合能源消費(fèi)者。由于多能互補(bǔ)系統(tǒng)涉及到多個(gè)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(lái)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(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的并不理想，建立多能互補(bǔ)系統(tǒng)，能夠有效提高可再生能源的利用率，實(shí)現(xiàn)多類型能源的綜合利用。本文對(duì)多能互補(bǔ)系統(tǒng)的基本原理、發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，并對(duì)多能互補(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)展方向進(jìn)行了論述，望能夠味多能互補(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)展提供參考。

參考文獻(xiàn)

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