多能互補在綜合能源系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題與前景展望

能源是社會和經(jīng)濟發(fā)展的動力和基礎(chǔ)。由于傳統(tǒng)化石能源日益枯竭，提高能源利用效率、開發(fā)新能源、加強可再生能源綜合利用成為解決社會經(jīng)濟發(fā)展過程中的能源需求增長與能源緊缺之間矛盾的必然選擇。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)，由此所造成了能源利用率低、自愈能力不強、供能系統(tǒng)整體安全性有待提高等問題。

1. 多能互補簡介

多能互補并非一個全新的概念，在能源領(lǐng)域中，長期存在著不同能源形式協(xié)同優(yōu)化的情況，幾乎每一種能源在其利用過程中，都需要借助多種能源的轉(zhuǎn)換配合才能實現(xiàn)高效利用。在能源系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運行階段，對不同供用能系統(tǒng)進行整體上的互補、協(xié)調(diào)和優(yōu)化，可實現(xiàn)能源的梯級利用和協(xié)同優(yōu)化，為解決上述問題提供了思路。不同能源供應系統(tǒng)的運行特性各異，通過彼此間協(xié)調(diào)，可降低或消除能源供應環(huán)節(jié)的不確定性，從而更有利于可再生能源的安全消納。

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。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。

2. 多能互補在綜合能源系統(tǒng)應用相關(guān)研究

綜合能源系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)一直受到世界各國的重視，不同國家往往結(jié)合自身需求和特點，各自制定適合自身的綜合能源發(fā)展戰(zhàn)略。國內(nèi)外專家學者做了相當多的研究，主要研究內(nèi)容可歸納為圖1，包括以下幾個方面

圖:多能互補相關(guān)研究關(guān)系圖

1）多能互補靜態(tài)建模

能源集線器（energyhub）模型反映了能量系統(tǒng)間的靜態(tài)轉(zhuǎn)換和存儲環(huán)節(jié)，最早由瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究團隊提出。該模型是綜合能源系統(tǒng)通用建模的一次有益嘗試，大量的相關(guān)研究已用于含有冷熱電氣系統(tǒng)的耦合關(guān)系描述，并被廣泛應用于各類綜合能源系統(tǒng)相關(guān)研究中（如綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃、分布式能源系統(tǒng)管理、需求管理控制、區(qū)域能源系統(tǒng)運行調(diào)度等）。該模型反映了能源在傳輸和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的靜態(tài)關(guān)系，而無法描述綜合能源系統(tǒng)內(nèi)復雜多樣的動態(tài)行為。

2）多能互補動態(tài)建模

多能互補動態(tài)模型一般包括動態(tài)能源集線器和動態(tài)能源連接器模型。動態(tài)能源集線器在傳統(tǒng)集線器模型的基礎(chǔ)上，考慮能量轉(zhuǎn)換機組的動態(tài)特性。動態(tài)能源連接器描述了電能、液態(tài)工質(zhì)或氣態(tài)燃料輸送環(huán)節(jié)的靜態(tài)特征和動態(tài)變化規(guī)律，研究兩端傳遞環(huán)節(jié)和協(xié)調(diào)反饋環(huán)節(jié)，對多個能源輸送環(huán)節(jié)進行統(tǒng)一和協(xié)調(diào)控制。