PDF《面向可再生能源消纳的多能源系统 ：述评与展望》

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a e p s G i n f o . c o m 面向可再生能源消纳的多能源系统: 述评与展望 杨经纬,张宁,王毅,康重庆 ( 电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,清华大学,北京市

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8 4 ) 摘要:打破不同能源系统之间相互分立的格局, 实现多能源系统的集成与协同是解决可再生能源 消纳问题的有效途径.首先, 分析了多能源系统理论与方法研究框架, 在此基础上从基本建模、 运 行优化、 系统规划等多个角度评述了现有的研究并提出相应的思考.然后, 将现有研究分为 以电―热耦合为主的区域多能源系统 和 以电―气耦合为主的跨区多能源系统 两个典型研究对象, 综述了面向新能源消纳的多能源系统的关键研究点.最后, 总结了面向可再生能源消纳的多能源 系统关键科学问题, 并对多能源系统未来的研究方向做了展望. 关键词:多能源系统;

综合能源系统;

能源互联网;

可再生能源;

电―热耦合;

电―气耦合 收稿日期:

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修回日期:

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0 4. 上网日期:

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1 0. 国家 自然科学基金国际(地区)合 作与交流项目(51620105007);

国家自然科学基金资助项目(

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9 6 ) .

0 引言 推动以可再生能源为主体的绿色、 低碳、 清洁的 能源体系建设是中国乃至全世界大多数国家的战略 选择.然而, 受可再生能源随机性和间歇性影响, 中 国的可再生能源消纳问题凸显, 且仅依靠挖掘既有 电力系统内部的潜力, 难以走出可再生能源消纳困 境.在中国北方的冬季, 传统的 电―热分 立运行模 式严重地制约了热电联产( CH P) 机组的发电区间, 挤占了风电的接入空间, 是造成弃风最主要的原因. 电力无法长期有效地存储是可再生能源难以消纳的 重要因素之一, 如果能利用天然气、 热力等系统的惯 性将电力转化成其他形式的能源存储, 弃风弃光问 题必将很大程度上得以改善.而中国当前各能源系 统分立运行, 相互协调能力弱, 严重影响电力系统运 行的灵活性, 并未真正挖掘出能源系统的潜力.因此, 发展多能源系统集成理论与方法, 是解决可再生 能源消纳问题的有效途径. 广义的多能源系统是指煤炭、 天然气、 石油、 核能、 水能、 风能、 太阳能等多种形式能源的开发、 转换、 储备、 运输、 调度、 控制、 管理、 使用等环节所组成 的大系统.不同种类的能源在流转的各个环节存在 复杂的耦合关系, 进而形成了相互关联的有机整体, 因此可称为多能源系统.从科学研究来看, 煤炭、 石 油等能源极易存储和运输, 而热力、 燃气网络传输较 为复杂, 且可与电力通过多种方式相互转换, 因此学 者通常将电力、 热力、 燃气系统作为多能源( 或称为 综合能源系统) 的研究主体, 聚焦三者内部的问题及 相互协调优化[ 1] . 目前, 国内外机构和政府已经在多能源系统集 成方面展开了一些前期工作.为应对当下能源危机 与低碳发展问题, 国际上的专家学者在2

0 1 4年成立 了能源系统集成国际联合研究会, 目的是为了解决 能源系统的协调与优化问题, 在国际上得到了迅速 的发 展与认可. 美国国家可再生能源实验室于2008年成了多能源系统集成部门, 专门针对该方面 的问题展开研究.中国也于2