PDF《多能互补 、集成优化能源系统关键技术及挑战》

1 4] 旨在 建设支撑高渗透率新能源充分消纳的区域能源系 统.雄安新区多能互补工程的特点在于对地热能的 梯级利用, 以中深层地热为主, 浅层地热、 再生水余 热、 垃圾发电余热为辅, 提出了考虑燃气等能源为补 充的 地热+ 多能互补方案[

1 5 ] .张家口张北风光 热储输多能互补示范是国家电网公司建设坚强智能 电网首批重点工程[

1 6 ] , 综合运用多种储能和光热发 电技术, 开创了规模化多能互补发电的先例. 然而在实践和研究过程中, 各子系统通过大量 的异质元件耦合, 耦合元件在不同的管理模式、 运行 场景和控制策略下相互影响, 呈现不同的电气、 热力、 水力特性, 对所耦合的能源系统产生强烈的非线 性、 不确定的影响, 多能系统无论在科学研究还是工 程应用方面仍面临着巨大的挑战[

1 7 ] .

2 多能互补、 集成优化关键技术 近年来, 多能互补、 集成优化能源系统成为项目 实践中和理论研究的焦点, 其中的关键问题包含的 几个方面可归纳为图1.多能流混合建模作为不同 能源系统的统一描述, 是多能系统规划、 调度、 控制 和互动的研究基础;

多能源流综合评估依据多能流 模型特性为规划和运行优化提供目标集;

多能流交 易、 商业运营模式作为系统的上层规则设计, 为运行 优化提供多元驱动力;

而多能融合信息系统为多元 定制化能源交易提供支撑平台, 信息系统的安全问 题也是评估系统可靠性和安全性的重要依据. 2.

1 多能流混合建模 多个能源系统混合建模描述了各个能源系统运 行和互补转化特性.混合建模作为多能互补系统的 统一描述是集成优化和其他关键技术的基础.

1 ) 静态 EH 模型 EH 模型反映了能量系统间的静态转化关系. 大量相关研究已用于含有冷、 热、 电、 气系统的耦合 关系描述, 并被广泛应用于各类综合能源系统相关 研究中.如文献[

1 8 G

1 9] 引入 EH 的概念以刻画综 合能源系统中电、 气、 冷、 热等不同形式能源的耦合 关系, 该模型反映了能源在传输和转换环节的静态 关系, 而无法描述能源系统内复杂的动态行为. EH 可等效为某一区域的能源多输入多输出的 转化结构, C 为能量转换矩阵, 其中每一个耦合系数 代表某种能源与负荷对应的转化关系;

输入变量一 般为能源向量 P=[ Pa , Pb , ?, Pn ] T , 表示所有输 入该区域 的能源;

输出变量一般为负荷向量L= [ La , Lb , ?, Ln ] T , 表示该区域所有终端的负荷;

其 多输入多输出的功率转换公式如下: L=C P (

1 )

3 艾芊, 等 多能互补、 集成优化能源系统关键技术及挑战 图1 多能互补、 集成优化研究关系图 F i g .

1 R e s e a r c hd i a g r a mo fm u l t i G e n e r g yc o m p l e m e n t a r i t ya n d i n t e g r a t e do p t i m i z a t i o n C= Ca a Cb a ? Cn a Ca b Cb b ? Cn b ? ? ? Ca n Cb n ? Cn n é ? ê ê ê ê ê ù ? ú ú ú ú ú (

2 ) Ci j =∑ N n=1 v i, n ( t) ∏ M m=1 η j n, m ( Θ, t) ( ) (

3 ) 式中: Ci j为 i种能源与j 类负荷的耦合系数, 其由转 化机 组特性和调度参数决定, 可统一为式(3) ;

v i, n ( t) 为调度参数, 表示i 能源在n 机组的分配系 数;

η j n, m ( Θ, t) 为能源转化机组n 在m 环节生产负 荷j 的转化效率, 其与机组运行参数集合Θ 和时间 t有关. EH 对不同能流载体之间的功率转换关系建立 了相应的耦合矩阵, 从协同理论的角度看, 冗余的能 流路径为协同优化提供了空间, 系统优化的目的即 是在系统约束下搜索最优的耦合矩阵.