多能互補綜合能源電力系統(tǒng)的建設(shè)模式初探

張明 王斯

【摘 要】我國電力行業(yè)的快速發(fā)展離不開國家經(jīng)濟的支持和國家政策的扶持，才有今天的局面和規(guī)模。全球能源轉(zhuǎn)型正處于關(guān)鍵階段，發(fā)展多能互補綜合能源電力系統(tǒng)是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要途徑。在此背景下，首先針對不同場景探討多能互補綜合能源電力系統(tǒng)的建設(shè)模式，并分別以城市級大系統(tǒng)和園區(qū)級小系統(tǒng)為載體，結(jié)合各自能源結(jié)構(gòu)特點，提出適用于各場景下的綜合能源電力系統(tǒng)建設(shè)模式。

【關(guān)鍵詞】多能互補綜合能源;電力系統(tǒng);建設(shè)模式初探

引言

科學技術(shù)的快速發(fā)展帶動我國整體經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展迅速，其中電力行業(yè)的發(fā)展尤為迅速。為了滿足電網(wǎng)企業(yè)的發(fā)展要求，電力企業(yè)應(yīng)大力開展多能互補能源系統(tǒng)的運行優(yōu)化，針對多能互補能源系統(tǒng)的運行規(guī)劃問題，制定具體而詳盡的優(yōu)化策略，以此確保多能源進行協(xié)同優(yōu)化與互補，使可再生能源得到最大限度的利用。

1多能互補能源系統(tǒng)介紹

多能互補能源系統(tǒng)是將分布式能源作為核心的，其可實現(xiàn)對不同區(qū)域的多能源供應(yīng)，從而使熱、電、水、燃氣、冷等供能形式進行有效整合，進而實現(xiàn)對多能源的協(xié)同優(yōu)化與互補，最大限度的提高可再生能源的利用效率。此外，還可為能源的梯級利用提供技術(shù)支持，使能源綜合利用水平得到進一步的提高。不過，由于多能互補能源系統(tǒng)在運行過程中的變量復(fù)雜、特性眾多、隨機性較強，這也使多能互補能源系統(tǒng)屬于一種較為典型的非線性系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)，多能互補能源系統(tǒng)的規(guī)劃問題要更加復(fù)雜，為了解決其系統(tǒng)規(guī)劃問題，國內(nèi)外許多學者都紛紛開展了大量的研究，并取得了一系列的成果。

2多功能互補的可行性分析

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，能源監(jiān)控技術(shù)、控制技術(shù)和管理技術(shù)不斷完善，各種新型的能源利用系統(tǒng)被開發(fā)和廣泛應(yīng)用，不同能源之間耦合越來越緊密，基本實現(xiàn)了多能源功能利用狀態(tài)下的能源優(yōu)勢互補。綜合能源系統(tǒng)是多能互補在區(qū)域能源供應(yīng)中重要的實現(xiàn)形式，通過能源源、能源網(wǎng)、用能點等協(xié)調(diào)和緊密互動，實現(xiàn)功能系統(tǒng)的全面科學分析、設(shè)計和運行。這與計算機技術(shù)的發(fā)展有密切聯(lián)系。通常，綜合能源系統(tǒng)一般涵蓋供電系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、供水系統(tǒng)以及其他基礎(chǔ)能源供給系統(tǒng)。多能互補系統(tǒng)的構(gòu)建核心就相對單純，通過優(yōu)化能量生產(chǎn)、傳輸、存儲和管理等幾個方面，在充分考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)各個能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與配合，以集成化的方法提高能源利用效率，進而降低生產(chǎn)成本。

3城市能源結(jié)構(gòu)分析

從供能組成來講，城市層面的綜合能源電力系統(tǒng)除需從輸電系統(tǒng)饋入電能外，還需消納居民樓宇、城市周邊的中小型可再生能源機組并網(wǎng)功率，調(diào)度“以熱定電”熱電聯(lián)產(chǎn)機組供熱時產(chǎn)生的電功率，以及接納電動汽車反向饋入配電系統(tǒng)的功率。在能源需求方面，城市綜合能源系統(tǒng)中的電力負荷除了居民用電、商業(yè)用電、工業(yè)用電等常規(guī)形式外，還會出現(xiàn)以電動汽車充電負荷為代表的新型靈活電力負荷。此外，電力系統(tǒng)與其它能源系統(tǒng)間的耦合設(shè)備的電能消耗，也是綜合能源電力系統(tǒng)負荷的一個重要特性。在熱力負荷方面，杭州市地處長江以南，冬季無居民生活供暖負荷，全年熱負荷以工業(yè)供熱為主，具有分散式、小容量等特點，且主要以供冷需求為主。

4多能互補能源系統(tǒng)運行的優(yōu)化策略

1.系統(tǒng)容量優(yōu)化，由于多能互補能源系統(tǒng)在利用MRM法確定設(shè)備容量時，僅對用戶的實際負荷需求進行了考慮，但卻并沒有對系統(tǒng)的運行費用及設(shè)備成本等進行考慮，因此需要對MRM法進行相應(yīng)的優(yōu)化。我國學者鄭衛(wèi)東等人便將遺傳算法與MRM法進行了結(jié)合應(yīng)用，以此實現(xiàn)了對多能互補能源系統(tǒng)的設(shè)備容量優(yōu)化，使原動機容量、太陽能發(fā)電面積占比、電制冷比系數(shù)等成為優(yōu)化變量。通過分析其優(yōu)化結(jié)果，可以了解到利用遺傳算法與MRM法來進行優(yōu)化，相比于以往的分供系統(tǒng)，多能互補能源系統(tǒng)在全年綜合指標上得到了大幅提高。通過解析法對多能互補能源系統(tǒng)在不同負荷區(qū)間中的頻數(shù)進行了統(tǒng)計，從而確定了不同容量匹配方案所獲得的經(jīng)濟收益以及滿負荷運行時數(shù)，并對凈現(xiàn)值進行了對比，從而篩先出最佳的容量匹配方案來對多能互補能源系統(tǒng)中的熱泵與燃氣三聯(lián)供設(shè)備的容量進行了優(yōu)化設(shè)計。在對多能互補能源系統(tǒng)的設(shè)備容量進行優(yōu)化時，則將優(yōu)化目標設(shè)定為最小運行成本，通過條件風險價值的引入來對多能互補能源系統(tǒng)的風險量度進行了衡量，并以投資理論為分析理論，對虛擬電廠的容量優(yōu)化配置模型中的風險量度進行了充分考慮，從而分析了虛擬電廠容量配置中各個因素所帶來的影響，如環(huán)境成本影響、風險偏好影響、運行負荷影響等。2.運行策略優(yōu)化，在對多能互補能源系統(tǒng)的運行策略進行優(yōu)化時，我國學者也進行了相應(yīng)的研究，王成山便按照能量類別，以能量傳遞所具有的不同形式分別構(gòu)建了多能互補能源系統(tǒng)的設(shè)備模型，并通過集中母線來對多能互補能源系統(tǒng)的框架進行了構(gòu)建，從而構(gòu)建了日前動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度值范圍在0—1之間的多能互補能源系統(tǒng)的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，進而使多能互補能源系統(tǒng)中不同設(shè)備的運行狀態(tài)及運行方式得到有效調(diào)節(jié)，大大提高了系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性。我國學者錢虹等人還根據(jù)多能互補能源系統(tǒng)在運行過程中的調(diào)度周期，建立了該系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化配置運行策略模型，并利用Matlab軟件求解了多能互補能源系統(tǒng)的混合整數(shù)規(guī)劃問題，從而使多能互補能源系統(tǒng)中的各個供能機組在調(diào)度周期中獲得了經(jīng)濟性最高的運行策略。

5人工智能在綜合能源電力系統(tǒng)中的潛在應(yīng)用展望

綜合能源電力系統(tǒng)的發(fā)展依托多種能源載體間的靈活轉(zhuǎn)換和各能源網(wǎng)絡(luò)間的高度耦合，其規(guī)劃、運行、控制等問題的數(shù)學模型具有高維度、非線性、多目標的特點，傳統(tǒng)的建模方法及求解算法難以有效地進行處理。近年來，人工智能（AI）技術(shù)，如人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、機器學習、智能搜索、智能控制，在數(shù)據(jù)處理能力、學習能力、計算能力方面取得了長足進步，為解決高維度、非線性、多目標的復(fù)雜問題提供了有效途徑。如利用AI技術(shù)的強學習能力對電、氣、冷、熱等負荷需求進行動態(tài)準確預(yù)測;利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對綜合能源電力系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的復(fù)雜大數(shù)據(jù)進行處理和提煉，進而輔助運行人員做出最優(yōu)決策;利用AI技術(shù)的邏輯處理能力分析多能源主體的博弈，在規(guī)劃和運行層面實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化等。

結(jié)語

多能互補的綜合能源電力系統(tǒng)在經(jīng)濟、能源利用效率和環(huán)保等方面有著可觀的效益，是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要途徑。與傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)獨立運行模式不同，綜合能源電力系統(tǒng)可實現(xiàn)多種能源的協(xié)同運行和梯級利用，有效提高能源利用效率。最后，針對人工智能快速發(fā)展和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)積極推進的工業(yè)背景，對未來綜合能源電力系統(tǒng)的發(fā)展進行了簡要展望。

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（作者單位：新能鳳凰（滕州）能源有限公司）