综合能源系统建模及效益评价体系综述与展望-北极星输配电网

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摘要

构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系是能源革命、《能源发展“十三五”规划》的共同目标和要求。在此背景下,综合能源系统的理念应运而生,它是电、气、热、冷等各类能源统一规划、统一调度的综合性能源系统。目前,综合能源系统的系统建模是能源领域研究的热点问题,但已有研究大多是围绕某一特定/假定的区域能源系统进行建模,对综合能源系统的典型架构和系统模型尚缺乏统一的定义和梳理,同时对综合能源系统的效益评价体系研究仍处在起步阶段。在已有研究基础上,提出了区域型综合能源系统的典型物理架构,围绕系统中的独立型设备和耦合型设备构建了对应的物理和经济模型,并对当前综合能源系统的效益评价指标体系和评价方法进行了梳理,提出了未来综合能源系统建模及效益评价体系研究领域的研究重点和发展方向,以期为相关研究和项目落地提供参考和借鉴。

关键词 : 综合能源系统; 独立型设备; 耦合型设备; 物理和经济模型; 效益评价;

0引言

当前,我国能源转型面临着需求放缓、传统产能过剩、环境问题突出、整体效率较低等问题[1]。为此,习近平总书记提出能源革命发展理念,明确国家能源安全新战略,要求建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。在此背景下,综合能源系统应运而生[2],其理念突破了传统能源系统的技术、市场和管理壁垒,是电、气、热、冷等各类能源统一规划、统一调度的综合性能源系统,对于推动能源结构转型,推进我国能源革命具有重要意义。综合能源系统势必将成为未来能源系统的主要形态。

当前,国内外对综合能源系统的概念、物理架构及相关模型已经进行了较为深入的研究[3-4],但已有研究大多是针对某一特定/假定的区域能源系统进行建模,对综合能源系统中各类典型物理设备及其数学模型并未进行系统性的梳理和总结。同时,当前还未建立起适用于综合能源综合效益评估的理论体系,对系统能够带来的经济、环境和社会效益还停留在概念设想阶段。为此,本文在国内外相关研究和探索的基础上,对综合能源系统的基本架构、系统模型和综合效益评价体系等方面总结分析了国内外研究现状及理论成果,梳理当前研究的不足并展望未来综合能源系统建模和综合效益评价的重点研究方向和关键问题。

1 综合能源系统典型物理架构及设备

当前,国内外已有研究中提出了能源互联网[5]、能源集线器[6]、泛能网[7]等均是综合能源系统的表现形态,在系统的基本物理架构和设备层面,各类形态的综合能源系统基本一致,包括电、热、冷、气各类能源的生产、传输、存储和消费设备。根据已有研究中各类综合能源系统架构,可归纳出综合能源系统的基本物理架构如图1所示。

图1 综合能源系统结构框架示意图

Fig. 1 Framework schematic diagram of integrated energy system

按照设备承载的能质类型进行分类,综合能源系统中各类设备可以分为独立型设备单元和耦合型设备单元,独立型设备单元中电/热/气/冷维持自身特有的能质属性,不存在异质能流之间的耦合转化和互补利用,耦合型设备单元则可以实现电/热/气/冷相互间的转化利用,各类设备单元及其主要物理参数如表1所示。

2 综合能源系统物理及经济性建模

2.1 独立型设备单元建模

2.1.1 独立型电力设备单元建模

综合能源系统中的独立型电力设备单元主要包括光伏DG、输配电网络、储能电池等,此类设备只生产、传输、存储电能,是综合能源系统重要的组成部分[8-9]。

1)光伏DG模型。

光伏DG的物理模型[10]通常表示为

式中：CPVCPV表示光伏DG的成本项,包含初始投资成本CinvPVCPVinv、安装成本CinsPVCPVins和运维成本CopePVCPVope;BPVBPV表示光伏DG的收益项,包含发电上网收益(即上网电量EonPVEPVon乘以上网电价ponPVpPVon、卖电收益(即交易电量EsePVEPVse和交易电价psePVpPVse的乘积)以及节约的购电成本(即自发自用电量EconsPVEPVcons乘以购电电价ptpt)。

表1 综合能源系统典型设备单元及其物理指标

原标题：综合能源系统建模及效益评价体系综述与展望

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