多能互補綜合能源系統(tǒng)運行優(yōu)化建議

張力 張怡

【摘?要】傳統(tǒng)具有不可再生性的能源隨著開采量與消耗量的日益增加，此類能源的存量也在與日俱減。在新能源的確立之前，緩解逐漸增長的物資需求和能源短缺矛盾關(guān)系是必須面對與解決的問題，單一能源種類的利用與依賴容易產(chǎn)生資源大量消耗、自愈能力差、整體系統(tǒng)穩(wěn)定性低下等相關(guān)問題。本文以分布式能源為核心，采取多能互補理念，使用多能互補綜合能源系統(tǒng)，對比傳統(tǒng)分供系統(tǒng)的能源利用率更為優(yōu)化，更好的減少能源供應(yīng)成本。

【關(guān)鍵詞】多能互補;優(yōu)化管理;綜合能源系統(tǒng)

引言：

多能源互補概念早在二十世紀中后期便開始提倡，在人們探索更為高效的能源利用率進程上，能源開發(fā)力度不斷加大，不可再生類能源物資存量已成了不可忽視的重要問題，人們探索更有效且可再生能源的同時，利用多能源協(xié)調(diào)互補機制緩解能源短缺，提高能源利用效率。

1.多功能互補集成能源系統(tǒng)建設(shè)意義

現(xiàn)存在的每一種能源利用方式都具有特異性，比如煤礦能源的利用，是通過受熱燃燒，是化學(xué)能轉(zhuǎn)化內(nèi)能，再由內(nèi)能向機械能或其他能源形式進行轉(zhuǎn)變。但單一能源轉(zhuǎn)化率是有限的，且會在能源轉(zhuǎn)化過程中造成一定程度的消耗。而通過多能互補協(xié)調(diào)機制，不僅可以提高能源利用率，更能緩解社會需求增加與能源短缺問題。目前隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新型能源逐漸得到開發(fā)與應(yīng)用，能源監(jiān)控技術(shù)，管理技術(shù)也在不斷進步，不同種類能源之間的耦合也更為緊密，能源優(yōu)勢互補已經(jīng)基本實現(xiàn)。

綜合能源系統(tǒng)通常運用在供電系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等基礎(chǔ)能源供給系統(tǒng)。在考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，通過優(yōu)化能量生產(chǎn)、管理、存儲、傳輸?shù)确矫?，以集成化方式使各個能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與配合，達到提升能源利用率目的，降低生產(chǎn)成本。

2.綜合能源系統(tǒng)建設(shè)方案

2.1宏觀系統(tǒng)建模

建立多能互補綜合能源系統(tǒng)，是為達到終端一體化集成供能的前提。建立靜態(tài)建模可以更為直觀的展現(xiàn)多能互補綜合能源系統(tǒng)運行思路。瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究團隊提出，多能互補綜合能源系統(tǒng)運行中，能源集線器模型是反映能源系統(tǒng)中能源靜態(tài)轉(zhuǎn)換、存儲、管理、傳輸?shù)闹匾豁?。可以更直觀的對系統(tǒng)規(guī)劃、能源分布式規(guī)劃、區(qū)域能源規(guī)劃，地區(qū)能源供給需求進行管理調(diào)度，把控能源綜合利用效率。

2.2微觀系統(tǒng)建模

針對微觀能源利用問題建立動態(tài)模型，進行能源傳輸、利用過程中每一處管理和運用形式管理?？紤]到能源自身特點，使用動態(tài)建模可以更好的觀察某一節(jié)點能源的消耗量和能效，在通過優(yōu)化多種能源利用率，達到整體多能互補綜合能源系統(tǒng)的目的，為多能源綜合利用監(jiān)控管理得到更好的技術(shù)支持。

3.多能互補能源系統(tǒng)優(yōu)化

3.1區(qū)域統(tǒng)籌優(yōu)化

以整個能源系統(tǒng)為出發(fā)點，不同能源之間的互聯(lián)互通對能源效率有一定的影響，而剩余的能源流動路徑為優(yōu)化多種能源共享利用提供了空間;不同能源系統(tǒng)之間建立協(xié)調(diào)機制，設(shè)置能源綜合梯級利用，可以有效提高不同能源供應(yīng)形勢下的整體能源利用率，實現(xiàn)空間平衡，保障能源供應(yīng)體系穩(wěn)定。

在已有產(chǎn)業(yè)園區(qū)，公共建筑，居民小區(qū)等集中用能區(qū)域，實施功能系統(tǒng)多能源梯級利用改造，統(tǒng)籌優(yōu)化系統(tǒng)配置，保證能源供應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定下，達到經(jīng)濟成本與能源消耗的平衡調(diào)節(jié)。同時也是建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源系統(tǒng)的重要任務(wù)之一。

3.2 家庭能源統(tǒng)籌優(yōu)化

智能家庭能源管理可以廣泛用于用戶家居環(huán)境當(dāng)中。例如，需要在家庭生產(chǎn)環(huán)境中使用的能源形式包括電、冷、熱和天然氣。如果在用戶端（能源使用端）實現(xiàn)多能源互聯(lián)，能源效率將顯著提高的同時，也將對用戶提供更好的服務(wù)。未來，綜合能源系統(tǒng)將不再是能源從供給方單向輸送給用戶，能源用戶也將從以前的能源用戶轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉从脩艉头?wù)商，達到綜合能源系統(tǒng)雙向供需的智能交互

4.綜合能源系統(tǒng)的重點問題

4.1 協(xié)同運行中多能源的調(diào)度

能源規(guī)劃與優(yōu)化配置一直是多能源綜合能源系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。多能源綜合體的協(xié)調(diào)運行雖然能帶來重大的經(jīng)濟效益，但也意味著風(fēng)險的擴大。如果多能源耦合關(guān)聯(lián)強，集成多能互補綜合能源系統(tǒng)中的能量遷移不再是單向的，而是存在著多方向的相互作用，在單一環(huán)節(jié)發(fā)生問題時，就會產(chǎn)生故障轉(zhuǎn)移的影響，從而擴大損害結(jié)果。因此，多能源集成的協(xié)調(diào)工作和運行調(diào)度安排是構(gòu)建多能源集成能源系統(tǒng)的關(guān)鍵問題之一。只有良好的調(diào)度，故障發(fā)生率才能鎖定最小范圍，最大限度地發(fā)揮多能源復(fù)合系統(tǒng)的優(yōu)勢。

4.2 多能互補中的風(fēng)險評估

在綜合能源系統(tǒng)搭建過程中，因多能互補的特性，誤差風(fēng)險具有傳輸特性。因此，有必要建立相應(yīng)的風(fēng)險評估機制，與單一能源供應(yīng)系統(tǒng)相比，多能源互補性風(fēng)險評估機制相對復(fù)雜。風(fēng)險等級，風(fēng)險發(fā)生后的損害程度和程度，以及最適合經(jīng)濟、安全的等都需要嚴格統(tǒng)計，設(shè)置最符合經(jīng)濟性、安全性、可靠性、市場性的保險管理機制。當(dāng)然，由于多能互補綜合能源系統(tǒng)的不確定性增加，很難準確評估運行風(fēng)險，可以設(shè)置彈性范圍，允許合理的風(fēng)險存在。

4.3 多能源網(wǎng)絡(luò)計算

能量流計算是多能互補綜合能源系統(tǒng)的靜態(tài)模型和動態(tài)模型是設(shè)計與管理的核心。為使多能源綜合系統(tǒng)在對能量流控制上更為精確，一般可采用改進的能源集線器模型，選擇系統(tǒng)兼容的潮流求解算法，相關(guān)算法可分為統(tǒng)一求解法與解耦求解法。使用統(tǒng)一求解法，需建立多系統(tǒng)混合模型框架，用于求解綜合潮流系統(tǒng)中多個能網(wǎng)狀態(tài)的潮流方程，對算法方面要求偏高。選擇解耦求解法，需在原有獨立流量計算模塊的基礎(chǔ)上，增加一個能量互聯(lián)分析模塊，實現(xiàn)多系統(tǒng)不同模式下的互聯(lián)，并將流量與天然氣和熱力系統(tǒng)連接起來，計算難度較小。

結(jié)論：

能源需求多樣化和分布化的趨勢正逐步引發(fā)綜合能源系統(tǒng)的理論科學(xué)和工程實踐，以多能互補為重點，在研究與實踐活動中，每一個子系統(tǒng)都將與大量的異質(zhì)元件相關(guān)聯(lián)，在不同的控制模式、運行場景和管理策略下，耦合相互作用，呈現(xiàn)出不同的能源特性。能源的特性對多能互補綜合能源系統(tǒng)具有很強的非線性和不確定性影響。為了促進能源利用，不同能源、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的深度整合，對未來能源系統(tǒng)發(fā)展中的緊密協(xié)同趨勢至關(guān)重要。

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（作者單位：1國網(wǎng)浙江電力有限公司寧波供電公司;2寧波市電力設(shè)計院有限公司）