综合能源系统是电力发展的未来 周佳磊

综合能源系统是电力发展的未来周佳磊

发表时间：2019-10-23T10:18:57.133Z 来源：《电力设备》2019年第10期作者：周佳磊

[导读] 摘要：综合能源系统IES是涵盖电力、天然气、热力等的耦合系统，因其能源利用率高污染物排放量少而受到广泛关注。

(国网太原供电公司营销部山西太原 030000)

摘要：综合能源系统IES是涵盖电力、天然气、热力等的耦合系统，因其能源利用率高污染物排放量少而受到广泛关注。IES可通过数据分析及信息技术对各类能源的产生、传输与分配、转换、存储、消费等环节进行有机协调与优化，能够实现对电、气、热（冷）等各能源形式的相互协调、综合管理及经济调度，IES将是未来能源系统的主要承载形式及重要发展方向。本文在此基础上主要就其在电力行业发展的相关内容进行了简要的分析。

关键词：综合能源系统；电力发展

1引言

根据国家统计局相关数据，2017年全国能源消费总量达到44.9亿吨标准煤当量，其中煤炭消费总量占能源消费总量的比重为60.4%，天然气、水电、风电等清洁能源消费量占20.8%。而在煤炭、石油等化石能源推动经济高速发展的同时，化石能源的不可持续性与燃用带来的环境污染问题日益严峻。随着能源供需不平衡和环境压力的不断增大，探索更广泛的清洁能源消纳模式、更高效的能源综合利用方法、更优化的能源系统调控手段具有重要工程意义。为应对能源可持续发展与环境友好性问题，欧美部分国家率先提出未来能源发展的构想，综合能源系统的雏形应运而生。

2综合能源系统在电力行业中的概述

综合能源系统可集合传统能源与清洁分布式能源通过智能协调优化系统为用户提供多能服务，是多能源的祸合系统，如电力系统一天然气系统的互联可通过耦合元件燃气发电机相连，电力系统一供热系统一天然气系统的互联可通过耦合元件燃气热电联产机组相连，综合能源系统中的藕合元件实现了各能源之间的互联、互通以及互济，有利于提高能源利用效率，同时促进可再生清洁能源的产业化及规模化的开发，以达到能源的不间断开采及利用，提高能源供应网络的安全性与稳定性等目的。与传统的能源系统相比综合能源系统有着多方面的特点，具体特点如下：（1）灵活性：综合能源系统可利用不同异质能源的特性来增强多能源之间的互:补效应，如电能具有易传输难存储的特性，而热能具有易存储难传输的特性，因此可以通过大电网将偏远地区远距离的电能传输至负荷中心并将其转化为热能的方式进行消纳，充风利用电热异质能源的特性，又如当综合能源系统其中一个能源供应出现问题而无法继续供能时，可以利用能源之间的相互转换(如电热转换)以及互联性用另外一个系统继续供能，以提高整个能源系统运行的灵活性。（2）互联性：综合能源系统可将分布式发电设备、储能设备和能源转换设备通过能源网络实现互联，且各个分散的区域型综合能源系统可以通过某种方式进行相互连接，区域综合能源系统的互联可以充分利用各个区域综合能源的特点及优势形成相互协调互补的区域互联型综合能源系统，例如我国西北部丰富的风能及光伏太阳能可通过特高压与中东部能源消耗大的地区相互联系，两个区域能源系统形成了互联与互补。（3）智能化。综合能源系统可实现能量的产生、传输、转换、存储、消费等多种功能，汇集了各类具有深度融合的能源系统，要实现综合能源系统能量的最优分配以及保证系统的安全运行离不开各类智能监测及控制系统，多种现代智能设备的应用，使得整个系统将变得更加智能化。

3综合能源系统的基本架构

综合能源系统是指在规划、建设和运行等过程中，对各种能源的产生、传输与分配、转换、存储、消费、交易等环节实施有机协调与优化，进而形成的能源产供消一体化系统。其核心是智能化电力传输与分配网络，具有以下特点：①在系统规划、运行中可实现不同能源系统的优势互补；②为高效、灵活的能量交易提供物理支持；③有助于可再生分布式能源的大规模接入和高效利用；④增强系统的安全可靠性和应对突发情况的能力，并可实现较低成本的能源独立供给；⑤提高能源效率、降低能源费用；⑥强耦合的多能源系统可能增加系统级联事故的风险。具体的架构形态可以通过对于物理层、信息层和市场层的剖析来确定：综合能源系统的物理层主要是指所有能源子系统的能源生产、传输、转化、存储和消费过程中所涉及的物理设备和网络架构。物理层是要保证综合能源系统中物理能源的正常生产、传输、交易和利用，是综合能源系统运行的基础。它的物理层犹如一个生物组织体，这个组织体中存在若干个相对独立又广泛互联的物理单元。这些物理单元在执行任务时相对独立，同时正常情况下每个单元能够实现自我平衡，类似一个小型的区域综合能源系统，我们称之为多能源自平衡单元。综合能源系统的信息层主要由信息采集、存储、分析、处理的相关硬件设备和软件系统组成，它是综合能源系统的大脑中枢。它有若干个信息集成控制单元组成，每个控制单元可以实现某方面或者某区域内的信息采集、存储和分析，将信息汇聚成信息流进行处理。此外，综合能源系统主体多元、系统链长、能源形式多样、市场环境复杂，所以拥有海量数据，需要有模块化的存储数据库，以及专业化的分析和处理系统。这些信息分析和处理的结果，结合原始数据一起，形成新的信息流向物理层以及能源市场发布，并转变为操作指令或市场信号等。综合能源系统市场层是电力市场、天然气市场等传统能源市场在综合能源系统中耦合的体现，突出体现各种能源在“能源互补、协调优化”过程中的创新价值，包括交易规则、价格机制、监管机制、市场主体、交易产品、业务类型和交易模式等内容。在市场层中，政府制定市场基本规则并实施监管，市场信号引导企业行为推动市场发展，企业是能源和服务的提供者、新技术的创造者，用户是被服务对象也是市场监管者。

4综合能源系统是电力的未来发展趋势

近期，即将出版一本名为《电力需求侧管理变革》的书籍。该书内容主要是研究美国在上个世纪70年代以后为什么搞电力需求侧管理，以及中国在90年代为什么引进。它通过需求侧的管理，减少用量，从而让供给侧能够达到平衡，也就是常说的DSM。目前，国际上主流趋势是讲DR，讲DSM的已不多见。IES中的电力需求侧响应是从整个系统的角度来研究的，同时考虑不同系统间的耦合及平衡状态，保证含电力、燃气、热力等的综合能源系统安全稳定运行，从而来实现供需双侧的协调优化，IES中根据各类用电设备的用电特性可将负荷分为不可转移负荷和可转移负荷，不可转移负荷其用电功率及时间不能改变；可转移负荷其用电较为灵活，各时段用电量可根据系统运行条件及优化目标参与负荷调整，使得各时段的负荷发生变化。2016年，国家发改委实施电力需求侧管理，主要原因是新能源发展，造成了电网和负荷之间的波动性，为了更多地吸收新能源发电，有必要通过需求侧响应来解决这个问题。过去，发电供给侧、用电侧和能源侧，三个之间各为独立的单元在运作，它们之间互不相连，而是靠上下游关系进行连接。但是随着风能、太阳能的发展，这种关系发生了变化。因为煤炭可以找到供应链上游，但是风能和太阳能却没有直接上游。未来，可再生能源包括储能等的发展，不再是需求侧响应关系，而应该是供需耦合关系。随着分布式、微网的发展，能源侧和电力需求侧之间直接建立了重合关系；电力供给侧和电力需求侧之间，也在通过