多能源系统分析规划初探_邵成成

第36卷第14期中国电机工程学报V ol.36 No.14 Jul. 20, 2016

2016年7月20日Proceedings of the CSEE ©2016 Chin.Soc.for Elec.Eng. 3817 DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.160198 文章编号：0258-8013 (2016) 14-3817-12 中图分类号：TM 73

多能源系统分析规划初探

邵成成，王锡凡，王秀丽，王碧阳

(电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学)，陕西省西安市 710049)

Probe into Analysis and Planning of Multi-energy Systems

SHAO Chengcheng, WANG Xifan, WANG Xiuli, WANG Biyang

(State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment (Xi’an Jiaotong University),

Xi’an 710049, Shaanxi Province, China)

ABSTRACT: The energy systems such as the electric power system, natural gas network and heat (cool) system are conventionally analyzed and planned independently. The introduction of the multi-energy system helps exploit the synergy of different energy forms, promote the integration of renewable energy and improve the energy efficiency. Firstly, the structure of the energy system was introduced, as well as the features of different subsystems. Secondly, the energy flow equations and analysis methods were presented. Based on them, the optimal operation and planning of energy systems were discussed respectively. Finally, the key problems for the multi-energy system analysis and planning were summarized, to throw some light on the related research.

KEY WORDS: multi-energy system; energy flow calculation optimal operation; energy system planning

摘要：传统的能源系统分析规划研究局限于电、气、热(冷)等单一能源形式系统的内部。多能源系统的统筹协调有利于促进可再生能源吸纳，提高能源利用效率。文中首先介绍了多能源系统的结构，分析了电、气、热(冷)等子系统的特征，探讨了协同效益，进而阐述了能源流分析计算方法。基于此，对多能源系统的优化运行与优化规划问题进行了分析、讨论。最后，总结了多能源系统分析与规划的关键问题，以期为相关研究提供参考。

关键词：多能源系统；能源流计算；优化运行；能源系统规划

0 引言

能源是生产、生活的动力来源，是人类社会赖以生存发展的基础。伴随着经济社会的高速发展，能源消耗速度急剧加快，气候变暖、大气污染等环

基金项目：国家自然科学基金项目(51577146)。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China (51577146). 境问题也日益加剧。能源供应已成为制约人类社会可持续发展的关键因素，而控制温室气体排放、遏制气候变暖也成为世界各国的共识。

传统的能源系统运行、规划局限于电、气、热(冷)等单一能源形式系统的内部，无法充分发挥它们之间互补优势和协同效益。例如，电力系统缺乏储能装置，面临着风电等大规模间歇性能源并网的困难与挑战；而天然气系统、供热系统较强的储能能力未得到发挥、利用。多种能源协调运行，可发挥不同系统的优势和潜力，丰富可再生能源消纳途径，扩大可再生能源消纳空间，促进可再生能源的消纳。同时，多种能源的统筹考虑可以在更大范围内的实现资源优化配置，提高能源利用效率。

针对此，研究人员相继提出了能源枢纽(energy- hub)[1]、智能能源系统(smart energy system)[2]、综合能源系统(integrated energy system，IES)[3]等概念，阐述多种能源形式协调运行的理念，探讨协同效益，为能源综合利用提供框架。也有研究人员就电力–天然气协调运行[4-6]、电力–供热协调运行[7-8]等具体问题开展了研究。结合蓬勃发展的信息技术和互联网经济，里夫金提出能源互联网(energy internet)的概念[9]，认为未来能源系统应泛在互联、平等共享，支撑分布式能源的广泛接入。

多能源系统指电、气、热(冷)等单一能源系统耦合形成的有机整体。它作为能源互联网中的物理部分，能为多种能源协调、综合利用提供平台。相关研究、实践工作受到各国政府高度重视。中国国家电网提出构建全球能源互联网[10]，希望通过广域互联实现清洁能源的开发与消纳。美国在2007年颁布的能源独立与安全法[11]中明确要求对电力和天然气系统必须进行综合规划。欧盟在多个研究框