多能互补系统

传统分布式能源应用的拓展

多能互补系统是传统分布式能源应用的拓展，是一体化整合理念在能源系统工程领域的具象化，使得分布式能源的应用由点扩展到面，由局部走向系统。具体而言，多能互补分布式能源系统是指可包容多种能源资源输入，并具有多种产出功能和输运形式的区域能源互联网系统。它不是多种能源的简单叠加，而要在系统高度上按照不同能源品位的高低进行综合互补利用，并统筹安排好各种能量之间的配合关系与转换使用，以取得最合理能源利用效果与效益。

简介

如何通过“多能互补、源网荷协同”实现安全供能前提下的效益最大化，这是在能源互联网示范项目的实施中，专家们都很关心的一个焦点问题。这实现起来并不容易，从技术层面来看，这个焦点问题可归结为复杂的多能流网络的最优控制问题。这个最优控制问题是要追求效益的最大化，效益=收入-费用，约束前提是安全供能。这里的收入包括了售能、售服务，费用有购能、购服务等。优化的手段分布在冷、热、气、电、水、交通，源、网、荷、储等各个环节。约束条件包括供需平衡、运行的物理范围，以及供能安全等。这个焦点问题最终是通过一套系统来实现的，这套系统就叫做多能互补综合能量管理系统。

意义

多能互补集成优化示范工程主要有两种模式：一是面向终端用户电、热、冷、气等多种用能需求，因地制宜、统筹开发、互补利用传统能源和新能源，优化布局建设一体化集成供能基础设施，通过天然气热电冷三联供、分布式可再生能源和能源智能微网等方式，实现多能协同供应和能源综合梯级利用；二是利用大型综合能源基地风能、太阳能、水能、煤炭、天然气等资源组合优势，推进风光水火储多能互补系统建设运行。

建设多能互补集成优化示范工程是构建“互联网+”智慧能源系统的重要任务之一，有利于提高能源供需协调能力，推动能源清洁生产和就近消纳，减少弃风、弃光、弃水限电，促进可再生能源消纳，是提高能源系统综合效率的重要抓手，对于建设清洁低碳、安全高效现代能源体系具有重要的现实意义和深远的战略意义。

多能互补系统的主要功能

（1）多能流SCADA

用于实现完整、高性能的准稳态实时数据采集和监控功能，是后续预警、优化和控制等功能的基础，并利用系统软件支撑平台提供的服务。多能流SCADA是I多能互补系统的“感官系统”，基于能源物联网，采集多能流数据（采样频率：电为秒级，热/冷/气为秒级或分钟级），完成相应的监控功能，并将数据提供给状态估计及后续高级应用功能模块，接收系统运行调控指令，并通过遥控/遥调信号下发给系统设备执行。多能流SCADA的功能界面包括能流分布、场站接线、系统功能、综合监视、操作信息、分析评估、智能报警等。

（2）多能流状态估计

由于多能流传感网络测点分布广、量测种类多、数据质量低、维护难度大、成本敏感度高，所以出现采集数据不全、错误的情况在所难免。因此多能流网络需要状态估计技术提供实时、可靠、一致、完整的网络状态，为IEMS的评估和决策提供基础。多能流状态估计通过补齐量测数据、剔除坏数据，可以实现坏数据的可估计、可检测、可辨识，最终达到减少传感器安装数量、降低通信网络复杂程度、降低传感网络的投资和维护费用的效果，通过提高基础数据的可靠性来提高评估与决策的可靠性，降低能源网络运行事故风险。

（3）多能流安全评估与控制

安全的重要性不言而喻，而能源系统的安全尤其关乎生命和财产安全。一方面需要建立“N-1”安全准则的概念，这个概念就是去关注最薄弱的环节，并且做出预案。上午我们成果的发布会上举了一个例子，是说台湾近期的一次大停电是由气的阀门故障导致的，那么那个阀门就是气-电耦合综合能源系统的一个薄弱环节。所以一定要时刻关注薄弱环节，出现问题一定要有预案，否则会面临巨大的风险。另一方面要关注园区交易关口的安全控制，园区关口的容量配置和运行的成本是个关键问题，一方面是容量越大变压器的投资成本越高，另一方面容量越大电网公司收取的容量费也越高。比如：50兆瓦容量和100兆瓦容量投资和运行的总成本相差很大，如果设计成50兆瓦的容量，万一实际容量超过了，会烧掉变压器。该怎么将关口潮流控制在50兆瓦以内，这就是安全控制问题。在多能流系统中，不同能源系统相互耦合和影响，某一部分的故障和扰动会影响到多能流系统的其他部分，有可能造成连锁反应，因此需要进行耦合分析。可以利用热、气等系统的惯性提供的灵活性，为电系统的安全控制提供新手段，可以利用这些新手段，做协同安全控制。

（4）多能流优化调度

这里有几个重要的概念：启停计划、日前调度、日内调度、实时控制。一个园区或者是城市的三联供、燃气机组、电锅炉都是可以启停的，有一些设备停下来可以降低成本，这就可以根据确定日前的最优启停计划进行启停。然后在启停基础上调节多少出力，这是日前调度。而日内调度是由于风光出力变了、负荷变了，所以日内需要再调度，以此来适应新的适合的发电出力，维持最优的出力和负荷的平衡。最后到了秒级还要进行控制，如对于网络安全问题、调压问题、调频问题，都需要进行实时控制。调度的时间尺度较长，一般以15分钟为单位，控制是以秒为单位，时间尺度较短。在多能流系统中，其可调控的手段比单一能源系统要多，从源网荷储的角度出发，可实现冷、热、气、电等的综合调度和控制。

（5）多能流节点能价

一个园区或者是智慧城市，一定要考虑建设一个非常好的内部的商业模式。内部的商业模式不是对外的，不是对上的，而是对园区内用户的，这样的一个商业模式应该是什么样？最科学的模式就是节点能价的模式。节点能价的模式首先需要通过计算确定各个地方的用能成本是多少，用能成本包括四个部分：一是能量发出来的成本；二是传输损耗的成本；三是网络阻塞的成本；四是多能耦合的成本。然后需要科学精准地计算各个结点的能价，包括冷价、热价、气价和电价，不同时刻、不同地点的价格，只有通过精准计算，才能使园区总的用能成本显著下降，因为可以用价格的信号来引导用户用能。这样整个园区的用能成本则可以通过柔性的能价手段得到显著下降。

节点能价根据供应商的生产边际成本制定，当线路出现阻塞时，各节点的价格根据所在位置的不同而呈现不同的价格，实时价格可以激发用户侧的灵活性。节点能价科学体现了成本，有利于建立公平的内部市场机制。

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