多能互補、集成優(yōu)化能源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)

　　2015年國家發(fā)改委能源局在《促進智能電網(wǎng)發(fā)展的指導意見》中明確提出“加強能源互聯(lián)，促進多種能源優(yōu)化互補”。隨著分布式發(fā)電供能技術(shù)，能源系統(tǒng)監(jiān)視、控制和管理技術(shù)，以及新的能源交易方式的快速發(fā)展和廣泛應用，能源耦合緊密，互補互濟。

　　綜合能源系統(tǒng)作為多能互補在區(qū)域供能系統(tǒng)中最廣泛的實現(xiàn)形式，其多種能源的源-網(wǎng)-荷深度融合、緊密互動對系統(tǒng)分析、設(shè)計、運行提出了新的要求。綜合能源系統(tǒng)一般涵蓋集成的供電、供氣、供暖、供冷、供氫和電氣化交通等能源系統(tǒng)，以及相關(guān)的通信和信息基礎(chǔ)設(shè)施。為進一步提高用能效率，促進多種新能源的規(guī)?；?，多種能源的源-網(wǎng)-荷深度融合、緊密互動又是未來能量系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，據(jù)此，能源系統(tǒng)多能互補研究具有前瞻性和巨大的工程應用價值。

　　解決的問題

　　由于不同能源系統(tǒng)發(fā)展的差異，供能往往都是單獨規(guī)劃、單獨設(shè)計、獨立運行，彼此間缺乏協(xié)調(diào)，由此所造成的能源利用率低、供能系統(tǒng)整體安全性和自愈能力不強等問題。傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)相互獨立的運行模式無法適應綜合能源系統(tǒng)多能互補的能源生產(chǎn)和利用方式，在能量生產(chǎn)、傳輸、存儲和管理的各個方面，都需要以考慮運用系統(tǒng)化、集成化和精細化的方法來分析整個能源系統(tǒng)，進而提高系統(tǒng)魯棒性和用能效率，并顯著降低用能價格。

　　主要技術(shù)路線

　　本文通過多能流混合建模，對多能系統(tǒng)規(guī)劃、能源轉(zhuǎn)化技術(shù)、智能調(diào)控、協(xié)同控制、綜合評估、系統(tǒng)信息安全與通信以及能源交易和商業(yè)服務運行模式等關(guān)鍵問題進行總結(jié)與歸納，提供一種多能系統(tǒng)分析的思路，并對未來能源系統(tǒng)進行展望。

　　項目實踐中和理論研究的焦點，其中的關(guān)鍵問題可歸納為圖1。多能流混合建模作為不同能源系統(tǒng)的統(tǒng)一描述，是多能系統(tǒng)規(guī)劃、調(diào)度、控制和互動的研究基礎(chǔ)；多能源流綜合評估依據(jù)多能流模型特性為規(guī)劃和運行優(yōu)化提供目標集；多能流交易、商業(yè)運營模式作為系統(tǒng)的上層規(guī)則設(shè)計，為運行優(yōu)化提供多元驅(qū)動力；而多能融合信息系統(tǒng)為多元定制化能源交易提供支撐平臺，信息系統(tǒng)的安全問題也是評估系統(tǒng)可靠性和安全性的重要依據(jù)。

　　在多能互補靜態(tài)轉(zhuǎn)化和潮流建模方面的研究較為成熟，部分研究考慮了多能流網(wǎng)絡約束。但是，對多能流多時間尺度動態(tài)性研究較為薄弱，缺乏對傳輸和轉(zhuǎn)化過程的動態(tài)描述，尚未形成成熟的建模方法。

　　在多能互補規(guī)劃方面，現(xiàn)階段多能互補規(guī)劃已經(jīng)形成一套較為成熟的規(guī)劃方法。然而，相關(guān)研究的規(guī)劃對象多集中于源網(wǎng)荷，較少涉及多種儲能的配置方法；并且，在不確定性分析、多時間常數(shù)系統(tǒng)建模、多能源系統(tǒng)可靠性分析以及能源市場的影響還有待進一步研究。

　　在多能流智能調(diào)控方面，多能互補的協(xié)同優(yōu)化調(diào)度是多能系統(tǒng)規(guī)劃和市場互動博弈的基礎(chǔ)。通過多個系統(tǒng)的協(xié)同合作，實現(xiàn)區(qū)域系統(tǒng)的經(jīng)濟和能效目標，并促進區(qū)域新能源的大規(guī)模消納。相反的，系統(tǒng)的耦合在取得互補增益的同時，故障后發(fā)生的影響范圍和影響程度也會擴大，特別是對于不同時間尺度的系統(tǒng)來說，很容易發(fā)生連鎖故障，因而對園區(qū)系統(tǒng)安全調(diào)控提出了新要求，電力系統(tǒng)在線安全分析和控制比較成熟，而對供熱／冷和天然氣以及多能流故障交互影響的研究相對薄弱。而用戶多能流智能調(diào)控研究多從自身的利益出發(fā)，未充分考慮與多能源系統(tǒng)的交互，且主要面向穩(wěn)態(tài)問題。

　　在多能協(xié)調(diào)互動與控制方面，電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲縱向的協(xié)同控制的研究較為領(lǐng)先，但多能系統(tǒng)間的橫向協(xié)同控制方法的研究還處于起步階段，多種能源設(shè)備調(diào)節(jié)速度差異導致難以有機配合，需要根據(jù)多能流動態(tài)特性和相互作用，進而提出最佳時間尺度配合的智能調(diào)控方法。多能互補系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)化設(shè)備運營商也可參需求響應，能源轉(zhuǎn)化設(shè)備運營商調(diào)整EH的調(diào)度參數(shù)，可建立基于多能互補的廣義需求響應互動優(yōu)化模型。目前，基于能源服務運營商和能源轉(zhuǎn)化設(shè)備的需求響應的研究還在起步階段。

　　在多能流綜合評估方面，多能系統(tǒng)可靠性和性能指標體系和算法研究相對成熟，但是缺乏對耦合系統(tǒng)連鎖故障、需求響應和市場交易不確定性等風險的研究，隨著系統(tǒng)集成程度和市場化水平的提高，更多更復雜的關(guān)系和不確定性勢必會增強系統(tǒng)面臨的風險。

　　在多能流信息安全方面，對于電力系統(tǒng)物理信息系統(tǒng)安全評估和風險控制的研究較多，而對于其他能源信息系統(tǒng)特別是多種能源信息融合的研究較少，缺少多能信息互補的安全評估方法，尚沒有形成成熟的多能流信息安全風險控制方法，對于互聯(lián)網(wǎng)帶來的信息安全風險，國內(nèi)暫時缺乏相關(guān)工程實踐，該部分研究尚停留在理論研究階段。

　　在多能流市場交易方面，為真正實現(xiàn)能源的梯級利用，不可避免地需要推動能源交易服務的體制改革，賦予不同能源符合其能源品味的商品屬性。整合能源交易市場，兼顧各方利益的收益分攤機制，可增強多能互補的經(jīng)濟驅(qū)動力，推動綜合能源系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)階段，電力市場研究較為成熟，而多能市場互補交易和收益分配研究較為薄弱。

　　結(jié) 論

　　多能互補、集成優(yōu)化即是通過物理信息上的互聯(lián)來涌現(xiàn)規(guī)模效應和群集智能，以實現(xiàn)系統(tǒng)級優(yōu)化目標，其中心思想在于整合資源，協(xié)調(diào)優(yōu)化?，F(xiàn)階段，能源系統(tǒng)呈現(xiàn)出智能化、去中心化、市場化、物聯(lián)化等演變趨勢，將注定要顛覆現(xiàn)有的能源系統(tǒng)和行業(yè)運營模式，能源橫向和縱向上的互補協(xié)調(diào)是能源系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，因此，多能互補研究具有前瞻性和巨大的工程應用價值。

　　為進一步提高用能效率，促進多種新能源的規(guī)?；?，多種能源的源、網(wǎng)、荷、儲深度融合，緊密互動又是未來能量系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。據(jù)此，多能互補研究具有前瞻性和巨大的工程應用價值，未來的多能系統(tǒng)也應具備以下特點：

　　橫向上多種能源系統(tǒng)互補與縱向上分布式“源－網(wǎng)－荷－儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化相結(jié)合。

　　高可再生能源滲透率下，考慮實時電價，運行模式變化、需求響應和開放市場等因素的隨機特性，使得系統(tǒng)的不確定性進一步提高，再加上系統(tǒng)耦合互補使得能源系統(tǒng)規(guī)模成倍增加，具有更廣闊的開放性和更大的系統(tǒng)復雜性。

　　應用虛擬云技術(shù)整合現(xiàn)有的能源調(diào)度管理平臺、企業(yè)用能監(jiān)測和評估平臺、需求側(cè)管理平臺以及用戶用能優(yōu)化終端，融合成為一個多維度多能流的物理信息系統(tǒng)，為分布式電源、CCHP、多種儲能、電動汽車等提供多元化物理接口，能夠精確量測、匯總、儲存并分析預測用能數(shù)據(jù)、能源價格信息和多能系統(tǒng)運行整體運行態(tài)勢，形成運行安全、用能經(jīng)濟、互動有序的能源綜合服務平臺。

　　貫徹以“以用戶為中心”的理念。綜合負荷聚集商以用戶利益為中心，提供經(jīng)濟高效的綜合用能方案，引導用戶“綠色需求”。能源企業(yè)要樹立服務意識和社會意識，滿足用戶用能需求，解決用戶用能難題，促進能源的梯級利用，提高能源利用效率并實現(xiàn)社會整體節(jié)能運行。（作者：郝然 艾芊）