【綜合能源系統(tǒng)探究文獻(xiàn)綜述4700字】

綜合能源系統(tǒng)研究國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.研究背景能源是人類賴以生存與社會健康發(fā)展的前提與保降。目前，我國正處于城鎮(zhèn)化與工業(yè)化快速發(fā)展的時期，能源需求量急期增加?！?019年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》指出：我國年度能源消耗量總計48.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，較前一年增長3.3%I。然而，傳統(tǒng)能源系統(tǒng)在能量生產(chǎn)過程中，過度注重系統(tǒng)能效的提升，這導(dǎo)致傳統(tǒng)能源系統(tǒng)在追求高能效、清沽化、低碳化目標(biāo)的過程中矛盾突出：再者，心傳統(tǒng)能源系統(tǒng)往往過分追求大規(guī)模發(fā)電、長距離輸電，加劇了傳統(tǒng)能源系統(tǒng)源網(wǎng)-荷之間的不平衡問題：此外，傳統(tǒng)能源系統(tǒng)大容量、高參數(shù)、集中式發(fā)電的模式，不利于具有間歇性、波動性和隨機(jī)性特點的可再生能源系統(tǒng)接入，導(dǎo)致棄光、棄風(fēng)現(xiàn)象十分嚴(yán)重。尤其是經(jīng)歷了2008年中國南方雪災(zāi)導(dǎo)致的大范圍電網(wǎng)癱瘓事故，2011年日本福島核電站爆炸導(dǎo)致的大規(guī)模停電事故，以及2012年發(fā)生的印度一半以上國土面積停電事故，傳統(tǒng)集中式供能模式具有的污染嚴(yán)重、靈活性差、整體效率低等弊病突顯出來。因此，改變傳統(tǒng)的能源利用模式，構(gòu)建綠色、清潔、低碳、高效的能源利用形式已經(jīng)成為應(yīng)對能源危機(jī)與環(huán)境問題的必然選擇。綜合能源系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的能源利用技術(shù)可彌補傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的缺陷。綜合能源系統(tǒng)是指全面統(tǒng)籌規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行各階段，對能量生產(chǎn)、傳遞、轉(zhuǎn)換、存儲、消費全周期有機(jī)協(xié)調(diào)，實現(xiàn)對多類型能量的產(chǎn)-供-消一體化集成。綜合能源系統(tǒng)通過對源、網(wǎng)、荷、儲的統(tǒng)籌調(diào)度，優(yōu)化整合熱能、電力、天然氣等多種形式能源，實現(xiàn)各類型能量耦合協(xié)同互補與梯級高效利用，滿足用戶的多元化用能需求。并且綜合能源系統(tǒng)可大規(guī)模消納可再生能源，提高非化石能源可調(diào)度能力，有效解決多類型能源互補供能過程中源、荷側(cè)多時空尺度上的不匹配問題，從而顯著提升系統(tǒng)整體能效“。因此，綜合能源系統(tǒng)具有高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可靠和靈活等特點，是實現(xiàn)清潔低碳、安全高效供能的有效途徑。然而，我國的綜合能源系統(tǒng)發(fā)展起步較晚，《2018-2023年中國分布式能源行業(yè)商業(yè)模式創(chuàng)新與投資前景預(yù)測分析報告》數(shù)據(jù)顯示，截止2016年，全國天然氣分布式發(fā)電裝機(jī)總量僅為1200萬千瓦，不足全國總裝機(jī)容量的2%。近年來，我國加大了對構(gòu)建清潔化、高效化、可持續(xù)化能源結(jié)構(gòu)形式的關(guān)注力度。2014年6月，習(xí)近平總書記提出推動能源消費革命、能源供給革命、能源技術(shù)革命、能源體制革命。2016年3月，國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局頒布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030年）》指出，重點開展多能互補綜合能源網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的研究，實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新是該行動計劃的重點任務(wù)之一。2016年12月，國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局頒布的《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出：因地制宜地推廣天然氣三聯(lián)供、分布式可再生能源發(fā)電等供能模式，加強不同能源生產(chǎn)耦合集成和互補利用。上述政策與法規(guī)均旨在減少化石燃料消耗量，實現(xiàn)用能清潔化、高效化，減少能源利用對環(huán)境的污染。此外，國家“十三五”規(guī)劃、黨的十九大報告、“一帶一路”戰(zhàn)略規(guī)劃中也均強調(diào)了對可再生能源和清潔能源的開發(fā)利用?？梢灶A(yù)見，我國的能源利用模式將迎來“分散式-集中式-分布式與集中式結(jié)合”的發(fā)展歷程，綜合能源系統(tǒng)在城市建設(shè)過程中將起到重要的支撐作用，可有力推動建設(shè)清潔環(huán)保、安全高效的現(xiàn)代化能源體系，對改善用能模式，深化能源革命具有重要意義。1.2研究意義隨著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，不同能源之間耦合越來越緊密，IES將會成為能源系統(tǒng)的一個重要組成部分。目前我國的經(jīng)濟(jì)還在迅速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，能源的需求保持持續(xù)增長趨勢。IES的研究有助于實現(xiàn)能源合理利用，有助于助于提升能源利用效率，減少不必要的污染。不同能源之間協(xié)調(diào)高效利用可以提升能源系統(tǒng)對可再生能源的消納，變相減少了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電，也就減少了相應(yīng)的環(huán)境污染。能源之間的互補，可以提升能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，有助于能源技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。本文重點對IES的協(xié)同優(yōu)化運行進(jìn)行相應(yīng)的研究。本文構(gòu)建了不同能源之間緊密耦合的能源系統(tǒng)，實現(xiàn)了多種能量流的穩(wěn)態(tài)傳輸，提出能源系統(tǒng)優(yōu)化運行模型，保障能源的穩(wěn)定供應(yīng)，提升系統(tǒng)對風(fēng)電消納，并較少污染物排放，保障能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效運行。并采用相應(yīng)數(shù)學(xué)方法將非線性的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為線性優(yōu)化模型，提升系統(tǒng)優(yōu)化問題的求解速度和效率。IES的優(yōu)化運行研究是非常具有實際工程意義，可為實際的能源系統(tǒng)優(yōu)化運行提供一定的參考意義。研究多種能源系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)優(yōu)化運行，可以探索不同能源系統(tǒng)之間的影響，可以實現(xiàn)能源系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行，對建設(shè)美麗中國具有重大意義。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，能源需求的多元化和清潔化進(jìn)程不斷加快，綜合能源技術(shù)已成為實現(xiàn)不同能源之間互聯(lián)互通的關(guān)鍵技術(shù)。IES能夠?qū)崿F(xiàn)不同能源之間的緊密耦合，通過能源間合理利用實現(xiàn)能源的高效利用，提升能源系統(tǒng)的運行經(jīng)濟(jì)效益。針對當(dāng)前的IES，如何合理保障能源的供需關(guān)系，擴(kuò)大風(fēng)電消納空間，讓能源高效利用，這值得深入研究。目前國內(nèi)外對此都做了很多研究，有了不少相應(yīng)成果。ZhouY（2017）等人根據(jù)目前能源的發(fā)展問題，風(fēng)電和光伏機(jī)組迅猛發(fā)展，其出力波動性給電網(wǎng)帶來巨大沖擊，不利于電網(wǎng)的安全可靠穩(wěn)定運行，提出一種含有風(fēng)、光儲的壓縮空氣儲能的能源系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠吸收風(fēng)電和光伏產(chǎn)生的電能量，利用自身運行特性實現(xiàn)能源的高效利用，保障了電能和熱能的穩(wěn)定供應(yīng)，該優(yōu)化方法本質(zhì)是在能源的源頭側(cè)改善能源的供給，從而讓能源系統(tǒng)高效利用。[[][]SongLA（2017）在其文章中提到，根據(jù)不同能源的需求，提出一種考慮壓縮空氣儲能的能源系統(tǒng)，通過將電能轉(zhuǎn)換為冷能和熱能，通過壓縮空氣儲能系統(tǒng)的自身能量循環(huán)實現(xiàn)能源合理利用，提升能源的運行成本。并提出一種新的能源系統(tǒng)評價方法，探討了所提方法的正確性和有效性。[[][]于娜，李宏偉（2021）發(fā)表文章中指出，針對CHP的熱定電運行方式，提出在供熱側(cè)引入儲熱設(shè)備，提升系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性。并結(jié)合考慮了風(fēng)電出力和負(fù)荷的不確定性，構(gòu)造了基于啟發(fā)式矩匹配方法的場景，并提出兩層優(yōu)化模型，上層是調(diào)峰收益最大，下層是綜合運行成本最小，考慮相應(yīng)的約束，并通過粒子群算法進(jìn)行求解。通過合理優(yōu)化配置熱力系統(tǒng)提升系統(tǒng)對風(fēng)電消納和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。[[][]ChenY,GuoQ（2019）認(rèn)為根據(jù)熱力網(wǎng)絡(luò)的運行特性，結(jié)合電力系統(tǒng)，將電、熱能源系統(tǒng)耦合，提出一種熱電優(yōu)化運行模型，考慮了熱力管道和建筑的熱力慣性，以此提高能量的靈活調(diào)節(jié)性，并提高了耦合機(jī)組調(diào)節(jié)能力，提升了能源系統(tǒng)的運行高效性。并且針對所提的非線性模型采用將廣義Benders分解法和內(nèi)點法相結(jié)合的算法，提升求解效率。[[][]JuanweiC等人（2019）結(jié)合實際天然氣的運行方法，構(gòu)建了配電系統(tǒng)和天然氣分配系統(tǒng)緊密耦合的IES，并提出一種新的能源系統(tǒng)可靠性分析方法進(jìn)行系統(tǒng)評估，采用簡化拓?fù)浞ê妥疃搪窂椒ㄟM(jìn)行相應(yīng)評估。案例分析時采用實際電網(wǎng)和天然氣網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，驗證所提方法的正確性。[[][]DeCJA,（2019）在其著作中提到為了實現(xiàn)能源的高效和清潔化，對能源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建了具有儲熱設(shè)備的熱力網(wǎng)絡(luò)、制冷網(wǎng)絡(luò)和電力網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的IES，提出綜合能源優(yōu)化運行模型，通過將部分電能進(jìn)行制熱和制冷，并合理調(diào)度儲熱設(shè)備，以此優(yōu)化能源系統(tǒng)的運行，減少系統(tǒng)碳排放和運行成本。[[][]王顧偉，張成龍（2017）指出為了更加高效緩解能量供需矛盾，提出一種考慮電、冷、熱負(fù)荷的兩階段綜合能源優(yōu)化方法。在第一階段根據(jù)清潔能源出力預(yù)測來優(yōu)化設(shè)備的出力：第二階段是通過能量負(fù)荷自身的靈活調(diào)節(jié)來減少負(fù)荷費用。最終通過不同算例比對分析驗證該優(yōu)化方法能實現(xiàn)能源供應(yīng)側(cè)和負(fù)荷側(cè)的雙贏，能源利用效率很高。[[][]賈晨，吳聰（2017）認(rèn)為根據(jù)城市能源需求的情況和目前綜合能源利用效率不高的請況，提出一種考慮熱電聯(lián)合優(yōu)化的城市商住區(qū)域綜合能源站優(yōu)化配置方法。該方法考慮了清潔能源出力的不確定性，構(gòu)建了能源出力的多狀態(tài)數(shù)學(xué)模型。并構(gòu)建了含熱力網(wǎng)絡(luò)和電力網(wǎng)絡(luò)的二層優(yōu)化模型。經(jīng)過算例驗證該聯(lián)合優(yōu)化配置方法，可有效減少污染物排放，相應(yīng)減少運行費用。[[][]在綜合能源系統(tǒng)運行優(yōu)化研究中，從動力工程角度，文獻(xiàn)多是提出了綜合能源系統(tǒng)的日前運行策略，旨在實現(xiàn)更優(yōu)的系統(tǒng)整體效益。其中，F(xiàn)EL與FTL作為綜合能源系統(tǒng)的基本運行策略應(yīng)用最為廣泛，在此基礎(chǔ)上，srawiF.,（2016）提出了電熱比跟隨策略、電冷比跟隨策略，并證明該策略下系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性較基本運行策略有顯著提升。[[]]MagoP.J.（2009）進(jìn)一步將基本運行策略與混合策略、電熱比跟隨策略、季節(jié)負(fù)荷跟隨策略進(jìn)行對比，[[]]并且SmithA.D.,MagoP.J.（2014）等人的研究更加全面計及了多種不確定因素，對比發(fā)現(xiàn)基本運行策略下的綜合能源系統(tǒng)可滿足用戶對冷、熱、電能量的需求，但系統(tǒng)性能并非處于最優(yōu)狀態(tài)[[]][][][][]近年來，隨著智能求解算法的成熟及計算機(jī)運算速度的提高，為充分考慮設(shè)備的變工況運行特性，國內(nèi)外相維有文獻(xiàn)建立了綜合能源系統(tǒng)的混合整數(shù)非線性優(yōu)化模型（MixedIntegerNonlincarProgramming,簡稱：MINL.P）。如ZhengC.Y.,Wu.Y（2014）通過MINLP模型得到系統(tǒng)在不同氣候區(qū)情境下不同功能建筑的最佳系統(tǒng)容量配置[[]]。還有AfzaliS.F.（2018）借助MINLP模型，針對綜合能源系統(tǒng)設(shè)備容量與運行參數(shù)進(jìn)行了協(xié)同優(yōu)化，構(gòu)建了含可再生能源的綜合能源系統(tǒng)MINLP模型，并得到最佳的設(shè)備容量配置與運行參數(shù)。[[]]LiuM.X.[][][]在優(yōu)化模型的目標(biāo)選擇上，WangJ.J.,YangY.（2015）提出以經(jīng)濟(jì)性或能效性為單一優(yōu)化目標(biāo)的文獻(xiàn)居多，具體目標(biāo)包括最小運行成本、能源利用率、節(jié)能率等。[[]]也有GaoY.,LiuQ.Y（2018）把環(huán)保性與能效性、環(huán)保性與經(jīng)濟(jì)性為雙重優(yōu)化目標(biāo)，其中環(huán)保性主要是指二氧化碳減排量。[[]]還有王靜，徐箭（2019）將經(jīng)濟(jì)性、能效性、環(huán)保性同時作為優(yōu)化目標(biāo)。在優(yōu)化過程中，有文獻(xiàn)通過隸屬度函數(shù)或最大模糊滿意度，將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)形式，[[]][][][][]參考文獻(xiàn)[1]JiW,ZhouY,SunY,etal.Themodynamicanalysisofanovelhybridwind-solar-compressedairenergystoragesystem[J].EnergyConversionandManagement,2017,142:176-187.[2]SongLA,WeiHB,AifengZ.B,etal.Modellingandanalysisofanovelcompressedairenergystoragesystemfortrigenerationbasedonelectricalenergypeakloadshifting[J].EnergyConversionandManagement.2017,135:394-401.[3]于娜，李宏偉，葛延峰，等.風(fēng)荷組合場景下計及調(diào)峰效益的電鍋爐和儲熱系統(tǒng)容量優(yōu)化配置[J].現(xiàn)代電力，2021，38（01）：41-52.[4]ChenY,GuoQ.SunH,etal.Awatermassmethodanditsapplicationtointegratedheatandelectricitydispatchconsideringthermalinertias[J].Energy,2019,181(AUG.15):840-852.[5]JuanweiC,TaoY,YueX,etal.Fastanalyticalmethodforreliabilityevaluationofelectricity-gasintegratedenergysystemconsideringdispatchstrategies[J].AppliedEnergy.2019,242:260-272.[6]DeCJA,GlynnPW,BensonSM.City-scaledecarbonizationexperimentswithintegratedenergysystems[J].Energy&EnvironmentalScience,2019,12(5):1695-1707.[7]王顧偉，張成龍，等，智能社區(qū)綜合能源優(yōu)化管理研究[]].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017,45(1):89-97.[8]賈晨，吳聰，張超，等，基于電熱系統(tǒng)聯(lián)合規(guī)劃的城市商住混合區(qū)能源站優(yōu)化配置[]].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017，45（6）：30-36.[9]BasrawiF.,IbrahimT.K.,HabibK.,etal.EffectofOperationStrategiesontheEconomicandEnvironmentalPerformanceofaMicroGasTurbineTrigenerationSysteminaTropicalRegion[J].Energy,2016,97:262-272.[10]MagoP.J.,ChamraL.M.AnalysisandOptimizationofCCHPSystemsBasedonEnergy,Economical,andEnvironmentalConsiderations[J].EnergyandBuildings,2009,41(10):1099-)106.[11]SmithA.D.,MagoP.J.EffectsofLoad-followingOperationalMethodsonCombinedHeatandPowerSystemEfficiency[J].AppliedEnergy,2014,115:337-351.[12]SmithA..LuckR.,MagoP.J.AnalysisofaCombinedCooling,Heating,andPowerSystemModelunderDifferentOperatingStrategieswithInputandModelDataUncertainty[J]].EnergyandBuildings,2010,42(11):2231-2240.[13]ZhengC.Y.,Wu].Y.,ZhaiX.Q.ANovelOperationStrategyforCCHPSystemsBasedonMinimumDistance[J].AppliedEnergy.2014,128:325-335.[14]AfzaliS.F.,MahaleeV.NovelPerformanceCurvestoDetermineOptimalOperationofCCHPSystems[J].AppliedEnergy