多能互补综合能源系统运行优化建议

张力 张怡

【摘 要】传统具有不可再生性的能源随着开采量与消耗量的日益增加，此类能源的存量也在与日俱减。在新能源的确立之前，缓解逐渐增长的物资需求和能源短缺矛盾关系是必须面对与解决的问题，单一能源种类的利用与依赖容易产生资源大量消耗、自愈能力差、整体系统稳定性低下等相关问题。本文以分布式能源为核心，采取多能互补理念，使用多能互补综合能源系统，对比传统分供系统的能源利用率更为优化，更好的减少能源供应成本。

【关键词】多能互补;优化管理;综合能源系统

引言：

多能源互补概念早在二十世纪中后期便开始提倡，在人们探索更为高效的能源利用率进程上，能源开发力度不断加大，不可再生类能源物资存量已成了不可忽视的重要问题，人们探索更有效且可再生能源的同时，利用多能源协调互补机制缓解能源短缺，提高能源利用效率。

1.多功能互补集成能源系统建设意义

现存在的每一种能源利用方式都具有特异性，比如煤矿能源的利用，是通过受热燃烧，是化学能转化内能，再由内能向机械能或其他能源形式进行转变。但单一能源转化率是有限的，且会在能源转化过程中造成一定程度的消耗。而通过多能互补协调机制，不仅可以提高能源利用率，更能缓解社会需求增加与能源短缺问题。目前随着科学技术的发展，各种新型能源逐渐得到开发与应用，能源监控技术，管理技术也在不断进步，不同种类能源之间的耦合也更为紧密，能源优势互补已经基本实现。

综合能源系统通常运用在供电系统、供热系统、供水系统等基础能源供给系统。在考虑系统稳定性的前提下，通过优化能量生产、管理、存储、传输等方面，以集成化方式使各个能源系统的协调与配合，达到提升能源利用率目的，降低生产成本。

2.综合能源系统建设方案

2.1宏观系统建模

建立多能互补综合能源系统，是为达到终端一体化集成供能的前提。建立静态建模可以更为直观的展现多能互补综合能源系统运行思路。瑞士苏黎世联邦理工学院的研究团队提出，多能互补综合能源系统运行中，能源集线器模型是反映能源系统中能源静态转换、存储、管理、传输的重要一项。可以更直观的对系统规划、能源分布式规划、区域能源规划，地区能源供给需求进行管理调度，把控能源综合利用效率。

2.2微观系统建模

针对微观能源利用问题建立动态模型，进行能源传输、利用过程中每一处管理和运用形式管理。考虑到能源自身特点，使用动态建模可以更好的观察某一节点能源的消耗量和能效，在通过优化多种能源利用率，达到整体多能互补综合能源系统的目的，为多能源综合利用监控管理得到更好的技术支持。

3.多能互补能源系统优化

3.1区域统筹优化

以整个能源系统为出发点，不同能源之间的互联互通对能源效率有一定的影响，而剩余的能源流动路径为优化多种能源共享利用提供了空间;不同能源系统之间建立协调机制，设置能源综合梯级利用，可以有效提高不同能源供应形势下的整体能源利用率，实现空间平衡，保障能源供应体系稳定。

在已有产业园区，公共建筑，居民小区等集中用能区域，实施功能系统多能源梯级利用改造，统筹优化系统配置，保证能源供应系统稳定下，达到经济成本与能源消耗的平衡调节。同时也是建设“互联网+”智慧能源系统的重要任务之一。

3.2 家庭能源统筹优化

智能家庭能源管理可以广泛用于用户家居环境当中。例如，需要在家庭生产环境中使用的能源形式包括电、冷、热和天然气。如果在用户端（能源使用端）实现多能源互联，能源效率将显著提高的同时，也将对用户提供更好的服务。未来，综合能源系统将不再是能源从供给方单向输送给用户，能源用户也将从以前的能源用户转变为能源用户和服务商，达到综合能源系统双向供需的智能交互

4.综合能源系统的重点问题

4.1 协同运行中多能源的调度

能源规划与优化配置一直是多能源综合能源系统的关键问题。多能源综合体的协调运行虽然能带来重大的经济效益，但也意味着风险的扩大。如果多能源耦合关联强，集成多能互补综合能源系统中的能量迁移不再是单向的，而是存在着多方向的相互作用，在单一环节发生问题时，就会产生故障转移的影响，从而扩大损害结果。因此，多能源集成的協调工作和运行调度安排是构建多能源集成能源系统的关键问题之一。只有良好的调度，故障发生率才能锁定最小范围，最大限度地发挥多能源复合系统的优势。

4.2 多能互补中的风险评估

在综合能源系统搭建过程中，因多能互补的特性，误差风险具有传输特性。因此，有必要建立相应的风险评估机制，与单一能源供应系统相比，多能源互补性风险评估机制相对复杂。风险等级，风险发生后的损害程度和程度，以及最适合经济、安全的等都需要严格统计，设置最符合经济性、安全性、可靠性、市场性的保险管理机制。当然，由于多能互补综合能源系统的不确定性增加，很难准确评估运行风险，可以设置弹性范围，允许合理的风险存在。

4.3 多能源网络计算

能量流计算是多能互补综合能源系统的静态模型和动态模型是设计与管理的核心。为使多能源综合系统在对能量流控制上更为精确，一般可采用改进的能源集线器模型，选择系统兼容的潮流求解算法，相关算法可分为统一求解法与解耦求解法。使用统一求解法，需建立多系统混合模型框架，用于求解综合潮流系统中多个能网状态的潮流方程，对算法方面要求偏高。选择解耦求解法，需在原有独立流量计算模块的基础上，增加一个能量互联分析模块，实现多系统不同模式下的互联，并将流量与天然气和热力系统连接起来，计算难度较小。

结论：

能源需求多样化和分布化的趋势正逐步引发综合能源系统的理论科学和工程实践，以多能互补为重点，在研究与实践活动中，每一个子系统都将与大量的异质元件相关联，在不同的控制模式、运行场景和管理策略下，耦合相互作用，呈现出不同的能源特性。能源的特性对多能互补综合能源系统具有很强的非线性和不确定性影响。为了促进能源利用，不同能源、网络和业务的深度整合，对未来能源系统发展中的紧密协同趋势至关重要。

参考文献：

[1]刘秀如.多能互补集成优化系统分析与展望[J].节能，2018，37（09）：33-38.

[2]熊文，刘育权，苏万煌，et al.考虑多能互补的区域综合能源系统多种储能优化配置[J].电力自动化设备，2019，39（01）：124-132.

[3]发展改革委？能源局关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见[J].中华人民共和国国务院公报，2017（7）：92-95.

（作者单位：1国网浙江电力有限公司宁波供电公司;2宁波市电力设计院有限公司）