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园区能源互联网多能源协同优化配置发展构想

北极星输配电网  来源:《中国电力》杂志    2018/9/12 9:09:20  我要投稿  

北极星输配电网讯:摘要:园区能源互联网是低碳经济背景下开展多能源协同利用与综合能源服务的最佳应用场景之一,对推动中国能源结构的优化与调整具有重要的战略意义。介绍了园区能源互联网的基本概念,剖析了园区能源互联网的主要特征与功能特点,并列举了国内外典型园区能源互联网示范工程的建设目标、内容与应用效果;通过分析传统园区供用能系统存在的不足,指出园区能源互联网规划面临的关键技术难题,提出系统化的园区能源互联网规划方法的理论框架以及关键要素,应从系统优化配置、信息平台、多能源互动3个方面进行工程实践建设,并提出了相应的建设思路与原则。

关键词:园区能源互联网 分布式能源 综合能源服务 优化配置 工程实践

引言

现代社会的发展使得能源需求日益增加,能源与环境之间的矛盾日益突出,可持续发展战略目标面临严峻挑战[1]。园区能源互联网(park energy internet,PEI)[2-3],由于具有清洁能源利用、能源综合利用效率高等特征,受到广泛关注且发展迅速。

PEI具有较高的灵活性,可将各类型分布式能源、负荷、储能等装置以及控制系统进行有效集成,满足用户各类能源需求。对PEI内部各单元进行优化配置,对PEI内多种能源互补和可再生能源的充分消纳利用,降低系统运行成本具有重要支撑意义。然而,由于PEI的能源输入、输出方式多样,且涉及复杂的能源转换,亟需新的优化配置理论。目前,关于PEI优化配置理论的研究已取得了一定的成果,并开发了相应的设计软件,如美国新能源国家实验室(NREL)开发的HOMER模型及设计框架、Hybrid2模型及设计框架[4-7],伯克利劳伦斯国家实验室(LBNL)开发的DER-CAM模型及设计框架[8],加拿大政府资助开发的RetScreen模型及设计框架[9],天津大学开发的PDMG双层优化模型及设计框架[10]、合肥工业大学研发的MGMEG模型及设计框架等[11]。不同优化配置模型具有各自不同的特点和适用范围,多数软件已在实际的示范工程建设中得到应用,并收到很好的应用效果。

现有的PEI在优化配置过程中多侧重于分析系统中电环节的需求,而将与之相关的其他能源环节(气/冷/热)以约束的形式纳入优化配置模型,在对设计方案的电力、热力、燃气、各类管网部分进行分析和故障校核时,还需单独调用相关算法进行计算,运算效率较低且能考虑的约束和场景都较为简单。考虑到PEI中的电、气、冷、热环节存在非常紧密的耦合关系,处理妥当与否关系到系统运行效果。因此,本文对PEI多能源协同优化深入探索,综合考虑PEI的功能特征,汲取国内外相关示范工程建设经验,分析PEI优化配置面临的关键问题,提出PEI优化配置方法理论框架,为系统规划人员提供PEI优化配置的整体解决思路。

1 园区能源互联网的内涵

1.1 基本概念与主要特征

目前并无针对PEI的内涵、特征以及技术内容的明确定义。本文定义的PEI是一种包含多类型可再生能源,集冷热电联供系统、电/冷/热储能系统、地源热泵系统等为一体的混合能源系统。PEI可充分挖掘冷/热等低品位能源对高品位电能的替代作用,实现能源梯级利用以提高能源利用效率;可通过系统内横向电、气、冷、热环节的优化利用,纵向多能流协同有效平抑高渗透率可再生能源引起的波动,从而提高可再生能源渗透率和用户的用能品质,降低用户的用能成本等。发展PEI对提高能源利用效率、减少环境污染、加强能源安全、优化能源结构起到积极的促进作用,为短期大幅减少化石能源的消耗提供有效的技术手段。PEI的典型构成如图1所示。 

PEI的主要特征如下:(1)PEI可容纳多种分布式能源,且电、气、冷、热多能源系统联合运行,各能源系统之间存在较强的耦合性;(2)各类型DER利用比例高,随机出力波动性强,系统运行状态复杂多样;(3)具有多维、多态信息源融合、大数据、高并发、强互动、快变化等特征;(4)PEI内存在冷热电多种能源利用需求,用能品质要求高,供能路径丰富多样。

1.2 主要功能

PEI是容纳各种分布式能源,电气冷热多能源联合运行系统,其主要功能有:(1)通过电、气、冷、热不同能源的互补,能源生产、转换、传输、存储、利用环节的互动提高可再生能源的消纳能力与综合能源利用效率;(2)通过多品位能量梯级利用同时满足用户电、热、冷需求,可将能源综合利用率大幅提升至80%以上;(3)基于不同能源的互补替代潜力,利用协调控制手段,通过资源管理降低设备容量需求,提高能源利用效率,降低建设成本;(4)通过信息物理技术的应用来促进不同能源系统之间的融合,提升各方参与积极性,需要一种最优的运营模式提供综合能源服务的解决方案。

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