1、綜合能源系統關鍵技術綜述與展望李海:摘要：全球至少有70多個國家先后開展了與綜合能源系統相關的研究與應用。 美國重點發展分布式能源、冷熱電三聯供技術，把提高電力系統靈活性作為需求 側管理的研究方向。德國從2011年開始，每年投入3億歐元，從能源全供應鏈、 產業鏈角度實施IES的優化協調。丹麥在能源消費地區布置光伏板、燃氣輪機等 小型發電設備來補充或者取代集中供電系統。英國2015年制定了能源彈射器計 劃。該計劃通過每年3千萬英鎊的注資來支持國內企業在IES方面的研發。日本 致力于智能社區的研究與示范，實現交通、供水、信息和醫療的一體化集成。東 京燃氣公司提出了建立覆蓋全日本的供氫網絡建議。我國

2、國家電網公司，在國網 客服中心南北園區建成了國內首個區域能源互聯網工程，滿足了園區27.88萬m2, 6000個呼叫座席的電、冷、熱、熱水等綜合能源需求，實現了 100%電能替代， 可再生能源占比年平均值大于31%，最高值為64.17%，能源自給率最高達 56.38%，峰谷電比值維持在1.01左右。南方電網綜合能源有限公司開發利用生物 質能、風、光等可再生能源，實施了廣州超算中心分布式能源、佛山三水綜合能 源開發等多個項目。關鍵詞：綜合能源系統；多能協同；能源轉換；儲能；電能替代引言綜合能源系統由于在能源利用方面的優勢，成為工業界與學術界新的探索領 域。綜合能源系統將是未來能源領域發展的方向，

3、目前國外在IES方面研究比較 深入，國外實施的IES項目有歐盟ELECTRA示范項目、德國的E-Energy項、日本 柏葉智慧城市等。在國內，目前已經實施的IES項目有首次采用GE分布式能源技 術提供冷、熱、電和壓縮空氣四聯供的上海迪士尼度假區，以微網的形式實現冷/ 熱/電高效利用的天津生態城示范項目和廣州從化工業園區的綜合能量管理系統研 發和示范項目。近年的研究成果表明，多種能源的協調控制技術是綜合能源系統 實現能源優化、穩定運行的關鍵技術，是未來我國綠色、高效、可靠的新一代綜 合能源系統得以推廣應用的核心關鍵技術，對未來我國能源領域技術發展具有重 要的促進作用。1多能協同規劃設計技術多能協

4、同規劃設計技術主要是指：帝國理工NilayShah團隊研究了城市能源系 統的混合整數線性/非線性優化方法，統籌考慮建筑選址布局、負荷需求以及能源 技術選擇之間的關系。西班牙Zaragoza大學JoseMYusta采用遺傳算法對混合發 電系統進行規劃設計，并研究了蓄電池容量配置的優化方案。AliZangeneh提出了 以基于帕累托方法的多目標優化算法，解決一個綜合能源系統的規劃問題。管霖 把同時考慮質和量調節的方法運用到優化設計IES管網管徑方案中，以年等值 最小投資作為優化目標。王琪鑫把IES中的供、用暖系統作為研究對象，通過分 析需求側用戶的行為，得到了同時對IES供、需側進行優化的方法。管

5、霖以優化 能源站的容量作為研究目標，對多目標粒子群算法進行了改進。2多能協同優化運行技術多能協同優化運行技術主要是指：LauraTribioli設計了一套基于風光燃料電池 的能源網絡，采用規則庫控制方法降低備用柴油機的利用率。CarlosBordons基于 神經網絡設計出用于微網的預測控制模型，以降低總線的退化速度延長微網壽命。 AnthonyMGee提出一種適用于離網風電系統的濾波控制算法，可在一定程度上延 長儲電設備的壽命。3綜合能源管理系統研究現狀隨著全球化的快速發展，中國積極向歐美國家引進這方面的先進技術，而這 項技術也成為了各國綜合實力競爭的重點。為了加快冷熱電聯供系統的發展速度，

6、美國提供了相關的能源發展計劃，并頒布和發布了安全法和獨立法，提出了這項 能源規劃的重要性。另外，美國還投入了大量的研究經費支持綜合能源規劃方面 的發展與實施。中國從1993年撤銷能源部后，對各種能源的協調統一難以進行 管理，使得中國在能源發展方面受到了很大的阻礙。近年來，中國對石油能源的 使用量較大，而石油能源屬于不可再生資源，這在很大程度上阻礙了中國經濟環 境的協調發展。因此，中國對于綜合能源管理系統的研究是十分必要的，也是現 階段中國提高資源利用效率的重要途徑之一。4綜合能源系統的技術挑戰綜合能源系統在能源的生產和消費過程中，同時耦合了電能、熱能、天然氣 等多種能源。在綜合能源系統中，電能

7、、熱能、天然氣等多種能源可以直接供用 戶使用，也可以通過熱電聯產機組、制冷壓縮機等設備實現冷/熱/電/氣相互轉化 利用。多能流耦合系統最基本的特點是由不同能源種類的能流系統組成，各能流 系統具有不同的模型和控制方法，傳輸和轉換特性各不相同，難以準確描述多能 流耦合系統的運行狀態。各能流系統往往獨立規劃設計，相互間缺乏協調，由不 同時間尺度的能流系統組成的多能流耦合系統也會具有多時間尺度的特點，導致 不同能流系統間的相互作用變得更加復雜，影響整個系統的安全性和穩定性。多 能流耦合系統由于在時間尺度上的差異，會影響多能流耦合系統的優化調度周期 并增大求解難度，需要建立混合時間尺度優化調度模型，準確

8、描述多能流耦合系 統的運行狀態，保證系統的安全高效運行。多能流耦合的綜合能源系統是一個復 雜的多輸入、多輸出系統，包含多種能源形式的相互轉換，對綜合能源系統進行 建模必須考慮電、熱、氣等能源系統的特性差異和數學模型各異的能源設備，結 合對多時間尺度動態特性的研究，進行能量傳輸和轉化過程的動態描述，建立多 能流耦合系統的統一模型。多種能源通過能源設備相互耦合，形成復雜的系統。 隨著綜合能源系統的不斷發展，各能源系統之間的耦合勢必不斷增強，系統建模 將更加困難。因此需要深入研究多種能源耦合情況下的建模方法，建立可以描述 多能系統運行和互補特性且具有可擴展性的綜合能源系統模型，為多能系統的協 調控制

9、提供研究基礎。5綜合能源系統外特性建模與評估方法綜合能源系統外特性建模與評估方法主要是：綜合能源系統外特性建模與評 估方法是研究綜合能源系統協調控制技術的基礎，需要研究含分布式能源、主動 負荷的工商業綜合能源控制外特性描述方法，建立其可調控能力評估模型與評估 方法，為綜合能源系統的協調控制提供模型與底層數據支持。針對綜合能源系統 內部負荷組成多樣的問題，研究主動負荷分類以及各類負荷獲得的效用與能源消 耗之間的數量關系，建立用能效用函數，提出考慮用戶滿意度和負載能效水平的 需求側響應能力評估方法。針對綜合能源系統內部可再生能源分散、可調控能力 難以描述的問題，基于需求側響應能力評估模型和分布式能源等設備的準穩態模 型，建立含分布式能源的控制外特性模型，為上級調度提供優化基礎數據。結語總之，多能協同綜合能源系統相關技術研究已經得到國際社會的廣泛關注， 其協調控制技術研究仍處于起步階段，尚缺乏系統性的研究和成熟的應用系統設 計。參考文獻賈宏杰，穆云