PDF《区域综合能源系统规划研究综述》

用户级I E S以智能用电系 统、 分布式/集中式供热系统、 供水系统等耦合而成, 主要关注能源的利用;

而区域级I E S则起到 承上 启下 作用, 由智能配电系统、 中低压天然气系统、 供热/冷/水系统等功能网络耦合而成, 实现能源的传 输、 分配、 转换、 平衡等, 是本文所讨论的重点. 对于区域综合能源系统(regionali n t e g r a t e d e n e r g ys y s y t e m, R I E S ) 规划, 需要打破行业壁垒, 由 过去电、 气、 热、 冷分产分供, 独立规划模式转向多种 形式能源联合规划, 不仅要实现技术突破, 更要破除 政策、 地域等界限.R I E S规划主要有以下难点.

1 ) 多能耦合建模.R I E S多能源间的耦合复杂, 并广泛存在于源、 网、 荷、 储等各个环节.准确、 有效 的多能耦合理论是支撑I E S规划的关键, 且需满足 静态、 动态、 时延特性等多方面建模需求.

2 ) 多元负荷预测.R I E S负荷预测需兼顾考虑 电、 气、 热、 冷等类型负荷及其相互耦合, 且受到经

2 第4 3卷第7期2019年4月1 0日Vol.43N o . 7A p r .

1 0,

2 0

1 9 D O I :

1 0.

7 5

0 0 / A E P S

2 0

1 8

0 4

1 6

0 0

6 h t t p : / / ww w. a e p s - i n f o . c o m 济、 气候、 建筑布局、 人口密度等多种因素影响, 其预 测难度远超任何单一形式能源系统预测[ 9] .

3 ) 技术经济性评估.R I E S是由多种能源转换 设备、 储能设备、 供能管线及用户等组成的 有机整 体, 需要对系统的整体技术经 济性进行重新评估. 如电解制氢等电―气( P

2 G) 技术, 单纯以燃气系统角 度其不具备投资经济性, 但在I E S中则可由于辅助 可再生能源消纳而产生附加价值.另外, R I E S运营 模式的多元化也会使技术经济性评估更加复杂[

1 0] .

4 ) 规划优化模型与求解.R I E S规划是多元素、 多维度、 多目标、 多层次、 非线性的复杂规划问题, 建 模与求解时需考虑连续、 非连续、 时变等特性, 以及 广泛存在于能源生产、 传输、 转换、 消费等环节的各 种不确定性. 本文以 R I E S为研究对象, 对其规划领域的若 干关键问题: ①多能耦合;

②负荷预测;

③技术经济 性分析;

④规划优化建模与求解的国内外研究现状 进行系统地总结与归纳, 并概括出了 R I E S通用性 的能流建模与规划模 型及求解流程, 为未来 R I E S 规划提供新思路, 并展望了其未来研究方向.

1 多种形式能源耦合理论研究 多种形式能源的耦合机理是实现 R I E S规划的 首要问题.国际上对多能耦合模型理论的研究最早 始于E THZ u r i c h在2

0 0 5年I E E E电力与能源协会 年会上所提出的E n e r g yH u b ( 译为能源集线器或能 源枢纽, 简称 EH) 理论.该模型完整地构建了包含 源、 网、 荷、 储等各个环节的 R I E S多能耦合静态线 性模型, 并对耦合过程中的优化潜力进行了分析[

1 1 ] .后续学者们基于 EH 模型在非线性、 动态等 多方面进行了探索, 对多能耦合理论进行了发展. 1.

1 能源集线器理论 能源集线器理论将 R I E S的能源形式归结到外 部供应和终端需求两端, 如图1所示. 图1 R I E S能源结构示意图 F i g .

1 B a s i ca r c h i t e c t u r eo fd i s t r i c tR I E S 终端需求的能源形式被抽象为电、 热、 冷三类, 而外部供应的能源形式则包括向区域内输入的所有 能源, 如电、 气、 热、 风、 光等.能源转换设备( e n e r g y c o n v e r t e r , E C) 将外部供应的能源形式转换为终端 需求的能源形式,并通过供能网络(energynetwork, E N) 传输给分散于区域内的各用户.此外, 区域内还可能存在多种形式的储能设备( e n e r g y s t o r a g e , E S ) 实现能源存储.从能源转换角度, 外部 供应能源对应于 EH 的输入 P α , Pβ, …, P χ , 而EH 的输出L α , Lβ, …, L χ 则对应于终端需求.通过构 建耦合矩阵来描述 EH 的转换关系如下: L α Lβ ? L χ ? ? ????? ? ? ? ????? ? = η α α υ α α η β α υ β α … η χ α υ χ α η α β υ α β η β β υ β β … η χ β υ χ β ? ? ? η α χ υ α χ η β χ υ β χ … η χ χ υ χ χ ? ? ????? ? ? ? ????? ? P α Pβ ? P χ ? ? ????? ? ? ? ????? ? (