多能互補系統發展綜述

姚江　陳良耳　成藝斌　劉嘉雯

摘要：我國現有的能源系統已由單一能源轉變多能源系統，但可再生能源利用率低等問題一直困擾著能源系統的發展，為了有效緩解這些問題，多能互補系統的概念便應運而生。本文首先對多能互補系統的基本原理進行了介紹，其次簡述了國內外的發展現狀，最后對多能互補系統的發展方向進行了論述。

關鍵詞：多能互補;能源利用率;優化調度;協調收益

0前言

為應對日益嚴重的能源危機和環境污染，各國政府選擇大規模開發風電、太陽能等可再生能源作為解決方法，這些可再生能源具有無污染、可再生、蘊藏量大等特點，被認為傳統化石燃料最理想的替代品。我國的傳統的能源結構以火力發電為主，具有能源資源與負荷需求逆向分布的特點，隨著近些年來可再生能源的快速發展，我國能源結構中可再生能源所占比例逐步增加，但是由于風電、太陽能等可再生能源具有顯著的不確定性和間歇性的特點，在實際應用過程中的“棄風”、“棄光”的問題十分普遍^[1]。同時，可再生能源的大量接入，極大影響了原有的能源系統的安全穩定運行，對能源系統來說是巨大的挑戰。

為了解決由于可再生能源的接入所產生的上述問題，提出了多能互補系統容的概念。多能互補系統主要由電力、天然氣及各類可再生能源等多種能源系統通過協調互聯的方式構成，通過這種方式來滿足當地用戶對于多種能源的不同需求^[2]。

1多能互補的基本原理

利用多種能源互補的特性，能夠有效地緩解能源利用率低等的問題，提高能源開發和利用率。根據各類不同的類型能源的特點及運行管理模式，合理規劃包括風能、太陽能、天然氣等各種類型能源，通過建立多能互補系統，協同“源-網-荷-儲”多種類型的能源，進而緩解風能、太陽能等可再生能源的消納問題，提高系統的供電可靠性和能源利用率。

現有的能源系統中，不同的能源之間運行管理和特性存在著較大的差異，怎么協調系統中的多類型的能源是多能互補系統的發展重點。一般將多能互補系統分為兩種模式，即位于電源端的多能互補系統和位于負荷終端的多能互補系統。其中位于電源端的多能互補系統，按照各類能源的特點進行互補，形式包括風-光互補、風-光-水互補、風-光-水-火互補等等，通過利用不同類型能源之間的互補特性，來達到降低多能互補系統的整體出力的間歇性和不確定性^[3]。通過引進儲能裝置，系統可以實現實時追蹤各類型可再生能源的出力情況，進而實現緩解可再生能源消納的問題。位于負荷終端的多能互補系統主要是通過利用熱電聯產和熱電聯產等相關技術，滿足終端用戶的電、熱、冷、氣等多種能源的需求，實現能源的梯級利用。

2多能互補系統的發展現狀

多能互補系統是以包括風能、太陽能、天然氣等各種類型能源在內的多種能源系統互補的綜合能源系統，能夠有效緩解風能、太陽能等可再生能源的消納問題，提高系統的供電可靠性和能源利用率。由于多能互補系統的眾多優點，因而得到了世界上多數國家和地區的重視。

最早的綜合能源系統的概念是由歐洲提出的，并將其作為重點項目來實施。其中，丹麥通過制定相應的補貼政策，該政策針對可再生能源的結合項目進行補貼，大力推進了當地太陽能與生物質相結合的供熱電廠的發展。美國早在2007年頒布了能源獨立和安全法，力求開展對于在電力、天然氣等供能系統綜合規劃的研究。

我國對于多能互補系統的研究起步較晚，對于多能互補系統的研究還有待深入^[4]。我國和新加坡合作開展了蘇州多能互補示范工程，是國內的規模最大的熱電聯供系統，系統包括太陽能、地源熱泵和微型風電等多類型能源，并開展能源互聯網云平臺、電網需求側管理等多個前沿項目^[5]。

3多能互補系統的發展趨勢

3.1多能互補優化調度

大多數利用可再生能源發電技術的出力具有較強的間歇性和波動性，當其大規模發電并網后，勢必給原有的系統帶來巨大的挑戰。同時由于不同能源之間存在的差異性，若沒有對多能系統中的各類能源相互之間進行協調，將會導致能源利用低、系統的穩定性差以及系統的自愈能力低等多方面的問題。通過多能互補協調調度的方式，能夠有效提高電力系統中可再生能源的消納能力，解決現在普遍存在的“棄風”“棄光”問題。

利用多能互補系統的特性，能夠實現較好的能源綜合利用，目前常見多能互補的實現方式包括微電網、熱電聯產、虛擬電廠等。微電網是由負荷和各類型微電源構成的小型的發-配-用電系統，微電網既可以獨立于大電網運行，又可以并網的運行。熱電聯產系統是多能互補系統的典型形式，通過建立能量的梯度利用的方式，滿足終端用戶的電、熱、冷、氣等多種能源的需求，進而提高能源的利用率。虛擬電廠建立在先進的通信、控制及軟件技術基礎上，通過高層次的軟件架構，整合多類型的分布式電源，作為一種特殊的電廠參與到電力系統中。

3.2多能互補協調收益

多能互補系統的運行將涉及“源-網-荷-儲”多個主體的利益，能否協調和處理好這些主體相互之間的利益關系，是多能互補系統持續穩定發展的關鍵。從能源側來看，通過建立相應的評估機制，在評估在系統運行過程中的各個能源主體的貢獻度的基礎上，制定多類型能源的協調互補機制，進而提高系統整體的收益。從用戶側來看，由于熱電聯產系統的存在，終端用戶將享受到系統所提供的提供電、熱、冷等綜合能源服務，從傳統的單一的電力能源消費者轉變為了綜合能源消費者。由于多能互補系統涉及到多個主體之間的利益，如何協調主體之間的利益關系變得十分重要。

4結論

近年來可再生能源在能源結構中所占比例逐步增加，可再生能源具有顯著的不確定性和間歇性的特點，在實際應用過程中的并不理想，建立多能互補系統，能夠有效提高可再生能源的利用率，實現多類型能源的綜合利用。本文對多能互補系統的基本原理、發展現狀進行了介紹，并對多能互補系統的發展方向進行了論述，望能夠味多能互補系統的發展提供參考。

參考文獻

[1]胡泊，辛頌旭，白建華，張運洲.我國太陽能發電開發及消納相關問題研究[J].中國電力，2013，46（01）：1-6.

[2]徐航，董樹鋒，何仲瀟，施云輝，王莉，劉育權.基于多能互補的電/熱綜合需求響應[J].電網技術，2019，43（02）：480-489.

[3]于波，孫恒楠，項添春，張鵬.綜合能源系統規劃設計方法[J].電力建設，2016，37（02）：78-84.

[4]黎靜華，桑川川.能源綜合系統優化規劃與運行框架[J].電力建設，2015，36（08）：41-48.

[5]李佩聰， 席菁華. 多能互補園區的成長與陣痛[J]. 能源， 2018， 000（001）：28-32.