能源互聯(lián)網(wǎng)多能應(yīng)用的多能應(yīng)用

能源互聯(lián)網(wǎng)多能應(yīng)用的多能應(yīng)用摘要：近年來(lái)，我國(guó)的基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多能應(yīng)用廣泛涉及到電力與能源行業(yè)中。多能應(yīng)用多能運(yùn)用作為能源互聯(lián)網(wǎng)的主要組成部分，實(shí)現(xiàn)了多種能源形式的轉(zhuǎn)換以及多種能源網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，是未來(lái)的重點(diǎn)研究方向之一。以能源形式以及能源輸送網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)架模塊性為基礎(chǔ)定義了能源互聯(lián)網(wǎng)的概念，并對(duì)多能應(yīng)用的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述。詳細(xì)描述了應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的多能應(yīng)用的基本情況，并從系統(tǒng)架構(gòu)特性、清潔性以及互動(dòng)性等方面總結(jié)了多能應(yīng)用的特點(diǎn)。詳述了現(xiàn)有的主要模型以及以系統(tǒng)復(fù)雜度劃分的兩類多能應(yīng)用模型，即基于能源轉(zhuǎn)換效率的模型以及基于儲(chǔ)能、能源轉(zhuǎn)換和負(fù)荷一體化的模型。最后對(duì)多能應(yīng)用的研究方向以及未來(lái)的研究重點(diǎn)進(jìn)行了展望和分析。關(guān)鍵詞：電力;多能應(yīng)用;清潔能源;互聯(lián)網(wǎng);協(xié)調(diào)控制;儲(chǔ)能;分布式能源引言在全球性能源危機(jī)以及環(huán)境污染的背景下，大力發(fā)展可再生清潔能源已成為推進(jìn)社會(huì)轉(zhuǎn)型及能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。能源互聯(lián)網(wǎng)是能源和互聯(lián)網(wǎng)思維深度融合的結(jié)果，旨在提高能源利用率，并降低對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，轉(zhuǎn)變能源生產(chǎn)方式及消費(fèi)模式。而多能應(yīng)用多能應(yīng)用作為一種新型能源一體化的開放型系統(tǒng)，是能源互聯(lián)網(wǎng)的主要載體。能源集線器是多能應(yīng)用的集成表現(xiàn)形式，不同中提到的能源路由、多載能體、能源樞紐等均為同一概念。本文從多能應(yīng)用的概念出發(fā)，總結(jié)了多能應(yīng)用多種能源內(nèi)部的耦合關(guān)系及功能特點(diǎn)。同時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜程度劃分了兩種多能應(yīng)用模型，并對(duì)多能應(yīng)用未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望。1多能應(yīng)用多能應(yīng)用的基本情況1.1簡(jiǎn)介多能應(yīng)用作為新一代能源系統(tǒng)，是源、網(wǎng)、荷深度融合、緊密互動(dòng)的集成化能源系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成:供能網(wǎng)絡(luò)單元（如供電、供氣、供冷、供熱等網(wǎng)絡(luò)），能源交換單元（如冷熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、發(fā)電機(jī)組、鍋爐、空調(diào)、熱泵等），能源存儲(chǔ)單元（如儲(chǔ)電、儲(chǔ)氣、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷等），終端綜合能源供給單元（如微網(wǎng)）和終端用戶。多能應(yīng)用組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。多能應(yīng)用的各級(jí)子系統(tǒng)之間存在多重耦合關(guān)系，能源集線器作為多能應(yīng)用的功能性集成，更為形象地體現(xiàn)了能源間的耦合關(guān)系，使得各類能源之間可以互聯(lián)、互通以及互補(bǔ)。各能源之間耦合關(guān)系如表1所示，表中所述能源均為可儲(chǔ)能源。1.2多能應(yīng)用具有以下特點(diǎn)。1.2.1靈活性。當(dāng)某類能源供給因故障中斷時(shí)，系統(tǒng)可利用其他能源實(shí)現(xiàn)連續(xù)供能。時(shí)間尺度上，不同能源形式的運(yùn)行時(shí)間有快有慢，且能源供應(yīng)存在慣性，系統(tǒng)啟停時(shí)間存在延遲，多能應(yīng)用可在時(shí)間及能源獲取的難易程度上進(jìn)行互補(bǔ)，形成良性互動(dòng)。1.2.2可擴(kuò)展性。以模塊式劃分的多能應(yīng)用可根據(jù)各適用區(qū)域面積，形成單獨(dú)的多能應(yīng)用或多個(gè)多能應(yīng)用聯(lián)合供應(yīng)，多個(gè)多能應(yīng)用之間可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，對(duì)于各類供能網(wǎng)絡(luò)、能源交換及存儲(chǔ)模塊有較強(qiáng)的適應(yīng)性及融合度，以滿足更大規(guī)模的用戶需求。1.2.3高度集成性。多能應(yīng)用內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)化的集成中具有不同分工，可實(shí)現(xiàn)能量的產(chǎn)生、傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、使用等多種功能，所集成的互聯(lián)物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各產(chǎn)業(yè)及用戶之間的深度融合。1.2.4低碳性。多能應(yīng)用源側(cè)利用清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煤炭能源，以塑造有利于節(jié)能低碳的城市空間環(huán)境為目標(biāo)，從源頭上控制碳排放量。1.2.5多能源協(xié)調(diào)控制。多能源之間的協(xié)調(diào)控制可極大地提高系統(tǒng)的安全性，使各級(jí)子系統(tǒng)在技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的狀態(tài)下運(yùn)行，并可在發(fā)生事故時(shí)及時(shí)制定有效措施。1.2.6有利于"電能替代”。相比其他能源形式，電能具有清潔、安全、便捷等優(yōu)勢(shì)，實(shí)施電能替代對(duì)于推動(dòng)能源消費(fèi)革命、落實(shí)國(guó)家能源戰(zhàn)略、促進(jìn)能源清潔化發(fā)展具有重大意義。2多能應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型2.1基于能源轉(zhuǎn)換效率的多能應(yīng)用模型。能源傳輸、轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)過(guò)程存在一定能耗損失，此類模型用效率函數(shù)描述轉(zhuǎn)換過(guò)程的損耗，并以此獲得輸入輸出接口的函數(shù)關(guān)系，可表述為：L=CP(1)式中:L和P分別為以矩陣形式表示的輸出與輸入能量，包含電能、熱能、燃?xì)饽芤约捌渌黝愋问侥芰?C為輸入輸出關(guān)系的耦合系數(shù)矩陣，其由中轉(zhuǎn)設(shè)備的效率以及能量分配比例決定。多能源系統(tǒng)輸入輸出模型如圖2所示。這類模型的優(yōu)點(diǎn)是模型較為簡(jiǎn)化，方便相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，并可根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。其缺點(diǎn)在于僅用效率函數(shù)描述轉(zhuǎn)化過(guò)程缺乏實(shí)際數(shù)據(jù)的支撐，結(jié)構(gòu)類型過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法確保切實(shí)可行，同時(shí)不適用于對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模擬。2.2基于儲(chǔ)能、能源轉(zhuǎn)換、負(fù)荷一體化的多能應(yīng)用模型。儲(chǔ)能設(shè)備除去廣義上的儲(chǔ)電，還包括儲(chǔ)熱、儲(chǔ)氣、儲(chǔ)氫等多能源形式的儲(chǔ)存，同時(shí)交通網(wǎng)的融入使得電動(dòng)汽車亦可作為儲(chǔ)能單元參與協(xié)調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行。這類模型將傳統(tǒng)的、可體現(xiàn)系統(tǒng)單一截面特性的模型加以擴(kuò)展，形成考慮系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的實(shí)用型模型，接口輸入輸出關(guān)系可描述為:在現(xiàn)有多能應(yīng)用相關(guān)技術(shù)不明確的情況下，很難建立一個(gè)準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)模型，因此該技術(shù)還有待進(jìn)一步的完善和發(fā)展。此外，一些考慮了新的因素，提出了新的多能應(yīng)用建模方式。3多能應(yīng)用的研究方向3.1考慮系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和多種能源的特性，進(jìn)行多能應(yīng)用數(shù)學(xué)建模。考慮能源轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)變化規(guī)律及各類負(fù)荷的變化特性，并利用各能源自身的特性，實(shí)現(xiàn)能源之間的相互補(bǔ)充。例如:考慮到電能易傳輸、難存儲(chǔ)，而熱能則易存儲(chǔ)、難傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，加入儲(chǔ)熱和電熱轉(zhuǎn)換單元，可實(shí)現(xiàn)熱電之間的互補(bǔ)。3.2開展潮流計(jì)算和其他電力系統(tǒng)計(jì)算。傳統(tǒng)的潮流計(jì)算僅用于電力系統(tǒng)，多能源綜合系統(tǒng)則需考慮混合能量流的計(jì)算。根據(jù)不同運(yùn)行模式，以及各能源網(wǎng)絡(luò)之間的耦合關(guān)系，可對(duì)以往的統(tǒng)一求解方式以及順序求解法作出改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)多能應(yīng)用的并行求解，快速準(zhǔn)確地求解相關(guān)潮流問題。同時(shí)，在多能源系統(tǒng)的背景下，可仿照電力系統(tǒng)的計(jì)算方法進(jìn)行求解計(jì)算。3.3考慮時(shí)間尺度問題。各種能源自身的時(shí)間尺度不一致，如電能是瞬時(shí)的，氣是需要時(shí)間傳輸?shù)?，需考慮能源轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲(chǔ)等時(shí)間，以此更準(zhǔn)確地描述整個(gè)系統(tǒng)變化特性。3.4考慮綜合系統(tǒng)的不確定性。如何評(píng)估各類不確定因素對(duì)綜合系統(tǒng)的影響，是預(yù)測(cè)系統(tǒng)安全性和可靠性至關(guān)重要的問題。未來(lái)的系統(tǒng)模型應(yīng)考慮輸入、傳輸、轉(zhuǎn)換等部分的不確定性，更加全面地描述系統(tǒng)特性。3.5建立市場(chǎng)化模型。在遵循能源互聯(lián)網(wǎng)宗旨的前提下，各能源運(yùn)營(yíng)商以及用戶之間需建立協(xié)調(diào)雙方的運(yùn)營(yíng)交易機(jī)制，既可滿足用戶側(cè)需求，又可結(jié)合各類能源的分時(shí)價(jià)格，實(shí)現(xiàn)低價(jià)購(gòu)買。3.6多多能應(yīng)用的協(xié)調(diào)控制。不同能源形式在不同應(yīng)用場(chǎng)合承擔(dān)不同的角色，對(duì)這種復(fù)雜系統(tǒng)的管理與控制尤為重要，需依據(jù)各能源系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各能源利用率的最大化，以及各子系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作。結(jié)語(yǔ)在能源互聯(lián)網(wǎng)的背景下，各類能源不再是相互獨(dú)立的個(gè)體，能源體間存在越來(lái)越復(fù)雜的聯(lián)系，多能應(yīng)用作為能源互聯(lián)、互動(dòng)以及互通的橋梁，是未來(lái)研究的重點(diǎn)。本文從能源互聯(lián)網(wǎng)的概念出發(fā)，對(duì)多能應(yīng)用的研究狀況進(jìn)行了闡述。對(duì)多能應(yīng)用的研究方向進(jìn)行了展望，未來(lái)可針對(duì)多能源系統(tǒng)特性、綜合潮流計(jì)算、考慮系統(tǒng)時(shí)間尺度問題、綜合系統(tǒng)不確定性、市場(chǎng)化系統(tǒng)以及綜合系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略等六個(gè)方面進(jìn)行相關(guān)研究。參考文獻(xiàn)葉小忱，王承民,孫偉卿，田坤鵬.面向能源互聯(lián)網(wǎng)的主