[科普中國]-多能互補(bǔ)系統(tǒng)

多能互補(bǔ)系統(tǒng)是傳統(tǒng)分布式能源應(yīng)用的拓展，是一體化整合理念在能源系統(tǒng)工程領(lǐng)域的具象化，使得分布式能源的應(yīng)用由點(diǎn)擴(kuò)展到面，由局部走向系統(tǒng)。具體而言，多能互補(bǔ)分布式能源系統(tǒng)是指可包容多種能源資源輸入，并具有多種產(chǎn)出功能和輸運(yùn)形式的"區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)"系統(tǒng)。它不是多種能源的簡單疊加，而要在系統(tǒng)高度上按照不同能源品味的高低進(jìn)行綜合互補(bǔ)利用，并統(tǒng)籌安排好各種能量之間的配合關(guān)系與轉(zhuǎn)換使用，以取得最合理能源利用效果與效益。

簡介如何通過“多能互補(bǔ)、源網(wǎng)荷協(xié)同”實(shí)現(xiàn)安全供能前提下的效益最大化，這是在能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目的實(shí)施中，專家們都很關(guān)心的一個(gè)焦點(diǎn)問題。這實(shí)現(xiàn)起來并不容易，從技術(shù)層面來看，這個(gè)焦點(diǎn)問題可歸結(jié)為復(fù)雜的多能流網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)控制問題。這個(gè)最優(yōu)控制問題是要追求效益的最大化，效益=收入-費(fèi)用，約束前提是安全供能。這里的收入包括了售能、售服務(wù)，費(fèi)用有購能、購服務(wù)等。優(yōu)化的手段分布在冷、熱、氣、電、水、交通，源、網(wǎng)、荷、儲等各個(gè)環(huán)節(jié)。約束條件包括供需平衡、運(yùn)行的物理范圍，以及供能安全等。這個(gè)焦點(diǎn)問題最終是通過一套系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，這套系統(tǒng)就叫做多能互補(bǔ)綜合能量管理系統(tǒng)。

意義多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程主要有兩種模式：一是面向終端用戶電、熱、冷、氣等多種用能需求，因地制宜、統(tǒng)籌開發(fā)、互補(bǔ)利用傳統(tǒng)能源和新能源，優(yōu)化布局建設(shè)一體化集成供能基礎(chǔ)設(shè)施，通過天然氣熱電冷三聯(lián)供、分布式可再生能源和能源智能微網(wǎng)等方式，實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級利用；二是利用大型綜合能源基地風(fēng)能、太陽能、水能、煤炭、天然氣等資源組合優(yōu)勢，推進(jìn)風(fēng)光水火儲多能互補(bǔ)系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行。

建設(shè)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程是構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源系統(tǒng)的重要任務(wù)之一，有利于提高能源供需協(xié)調(diào)能力，推動能源清潔生產(chǎn)和就近消納，減少棄風(fēng)、棄光、棄水限電，促進(jìn)可再生能源消納，是提高能源系統(tǒng)綜合效率的重要抓手，對于建設(shè)清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。1

多能互補(bǔ)系統(tǒng)的主要功能（1）多能流SCADA

用于實(shí)現(xiàn)完整、高性能的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能，是后續(xù)預(yù)警、優(yōu)化和控制等功能的基礎(chǔ)，并利用系統(tǒng)軟件支撐平臺提供的服務(wù)。多能流SCADA是I多能互補(bǔ)系統(tǒng)的“感官系統(tǒng)”，基于能源物聯(lián)網(wǎng)，采集多能流數(shù)據(jù)（采樣頻率：電為秒級，熱/冷/氣為秒級或分鐘級），完成相應(yīng)的監(jiān)控功能，并將數(shù)據(jù)提供給狀態(tài)估計(jì)及后續(xù)高級應(yīng)用功能模塊，接收系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)控指令，并通過遙控/遙調(diào)信號下發(fā)給系統(tǒng)設(shè)備執(zhí)行。多能流SCADA的功能界面包括能流分布、場站接線、系統(tǒng)功能、綜合監(jiān)視、操作信息、分析評估、智能報(bào)警等。

（2）多能流狀態(tài)估計(jì)

由于多能流傳感網(wǎng)絡(luò)測點(diǎn)分布廣、量測種類多、數(shù)據(jù)質(zhì)量低、維護(hù)難度大、成本敏感度高，所以出現(xiàn)采集數(shù)據(jù)不全、錯(cuò)誤的情況在所難免。因此多能流網(wǎng)絡(luò)需要狀態(tài)估計(jì)技術(shù)提供實(shí)時(shí)、可靠、一致、完整的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，為IEMS的評估和決策提供基礎(chǔ)。多能流狀態(tài)估計(jì)通過補(bǔ)齊量測數(shù)據(jù)、剔除壞數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)壞數(shù)據(jù)的可估計(jì)、可檢測、可辨識，最終達(dá)到減少傳感器安裝數(shù)量、降低通信網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度、降低傳感網(wǎng)絡(luò)的投資和維護(hù)費(fèi)用的效果，通過提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性來提高評估與決策的可靠性，降低能源網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行事故風(fēng)險(xiǎn)。2

（3）多能流安全評估與控制

安全的重要性不言而喻，而能源系統(tǒng)的安全尤其關(guān)乎生命和財(cái)產(chǎn)安全。一方面需要建立“N-1”安全準(zhǔn)則的概念，這個(gè)概念就是去關(guān)注最薄弱的環(huán)節(jié)，并且做出預(yù)案。上午我們成果的發(fā)布會上舉了一個(gè)例子，是說臺灣近期的一次大停電是由氣的閥門故障導(dǎo)致的，那么那個(gè)閥門就是氣-電耦合綜合能源系統(tǒng)的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。所以一定要時(shí)刻關(guān)注薄弱環(huán)節(jié)，出現(xiàn)問題一定要有預(yù)案，否則會面臨巨大的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面要關(guān)注園區(qū)交易關(guān)口的安全控制，園區(qū)關(guān)口的容量配置和運(yùn)行的成本是個(gè)關(guān)鍵問題，一方面是容量越大變壓器的投資成本越高，另一方面容量越大電網(wǎng)公司收取的容量費(fèi)也越高。比如：50兆瓦容量和100兆瓦容量投資和運(yùn)行的總成本相差很大，如果設(shè)計(jì)成50兆瓦的容量，萬一實(shí)際容量超過了，會燒掉變壓器。該怎么將關(guān)口潮流控制在50兆瓦以內(nèi)，這就是安全控制問題。在多能流系統(tǒng)中，不同能源系統(tǒng)相互耦合和影響，某一部分的故障和擾動會影響到多能流系統(tǒng)的其他部分，有可能造成連鎖反應(yīng)，因此需要進(jìn)行耦合分析?？梢岳脽?、氣等系統(tǒng)的慣性提供的靈活性，為電系統(tǒng)的安全控制提供新手段，可以利用這些新手段，做協(xié)同安全控制。

（4）多能流優(yōu)化調(diào)度

這里有幾個(gè)重要的概念：啟停計(jì)劃、日前調(diào)度、日內(nèi)調(diào)度、實(shí)時(shí)控制。一個(gè)園區(qū)或者是城市的三聯(lián)供、燃?xì)鈾C(jī)組、電鍋爐都是可以啟停的，有一些設(shè)備停下來可以降低成本，這就可以根據(jù)確定日前的最優(yōu)啟停計(jì)劃進(jìn)行啟停。然后在啟?；A(chǔ)上調(diào)節(jié)多少出力，這是日前調(diào)度。而日內(nèi)調(diào)度是由于風(fēng)光出力變了、負(fù)荷變了，所以日內(nèi)需要再調(diào)度，以此來適應(yīng)新的適合的發(fā)電出力，維持最優(yōu)的出力和負(fù)荷的平衡。最后到了秒級還要進(jìn)行控制，如對于網(wǎng)絡(luò)安全問題、調(diào)壓問題、調(diào)頻問題，都需要進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。調(diào)度的時(shí)間尺度較長，一般以15分鐘為單位，控制是以秒為單位，時(shí)間尺度較短。在多能流系統(tǒng)中，其可調(diào)控的手段比單一能源系統(tǒng)要多，從源網(wǎng)荷儲的角度出發(fā)，可實(shí)現(xiàn)冷、熱、氣、電等的綜合調(diào)度和控制。

（5）多能流節(jié)點(diǎn)能價(jià)

一個(gè)園區(qū)或者是智慧城市，一定要考慮建設(shè)一個(gè)非常好的內(nèi)部的商業(yè)模式。內(nèi)部的商業(yè)模式不是對外的，不是對上的，而是對園區(qū)內(nèi)用戶的，這樣的一個(gè)商業(yè)模式應(yīng)該是什么樣？最科學(xué)的模式就是節(jié)點(diǎn)能價(jià)的模式。節(jié)點(diǎn)能價(jià)的模式首先需要通過計(jì)算確定各個(gè)地方的用能成本是多少，用能成本包括四個(gè)部分：一是能量發(fā)出來的成本；二是傳輸損耗的成本；三是網(wǎng)絡(luò)阻塞的成本；四是多能耦合的成本。然后需要科學(xué)精準(zhǔn)地計(jì)算各個(gè)結(jié)點(diǎn)的能價(jià)，包括冷價(jià)、熱價(jià)、氣價(jià)和電價(jià)，不同時(shí)刻、不同地點(diǎn)的價(jià)格，只有通過精準(zhǔn)計(jì)算，才能使園區(qū)總的用能成本顯著下降，因?yàn)榭梢杂脙r(jià)格的信號來引導(dǎo)用戶用能。這樣整個(gè)園區(qū)的用能成本則可以通過柔性的能價(jià)手段得到顯著下降。

節(jié)點(diǎn)能價(jià)根據(jù)供應(yīng)商的生產(chǎn)邊際成本制定，當(dāng)線路出現(xiàn)阻塞時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的價(jià)格根據(jù)所在位置的不同而呈現(xiàn)不同的價(jià)格，實(shí)時(shí)價(jià)格可以激發(fā)用戶側(cè)的靈活性。節(jié)點(diǎn)能價(jià)科學(xué)體現(xiàn)了成本，有利于建立公平的內(nèi)部市場機(jī)制。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李斌 - 副教授 - 西南大學(xué)