TCEC 多能互补集成优化技术导则

PAGEIVPAGEIIICS29.240.01F10T/CEC中国电力企业联合会标准T/CECXXX-XXXX多能互补集成优化技术导则TechnicalguidelinesforMulti-energyComplementaryIntegratedOptimizationXXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施中国电力企业联合会发布PAGE1

多能互补集成优化技术导则范围本标准规定了多能互补集成优化技术的术语和定义、基本原则、多能互补系统模型、技术要求及多能互补系统评价指标体系。本标准适用于以多能互补为特征的‘源-网-荷-储’系统的规划、设计、建设和评估。规范性引用文件GB/T14909能量系统㶲分析技术导则GB/T15910

热力输送系统节能监测GB/T17522微型水力发电设备基本技术要求GB19577冷水机组能效限定值及能效等级GB/T20513

光伏系统性能监测测量、数据交换和分析导则

GB/T21369火力发电企业能源计量器具配备和管理要求GB/T23331能源管理体系要求GB/T2589综合能耗计算通则GB/T28751企业能量平衡表编制方法GB/Z28805 能源系统需求开发的智能电网方法GB/T30716能量系统绩效评价通则GB/T32128海上风电场运行维护规程GB/T33757.1分布式冷热电能源系统的节能率第1部分：化石能源驱动系通GB/T34129微电网接入配电网测试规范GB50366地源热泵系统工程技术规范GB/T50065交流电气装置的接地设计规范DL/T476电力系统实时数据通信应用层协议DL/T5137电测量及电能计量装置设计技术规程DL/T5438输变电工程经济评价导则DL/T559220kV～750kV电网继电保护装置运行整定规程DL/T860.7420电力企业自动化通信网络和系统第7-420部分：基本通信结构分布式能源逻辑节点DL890.452能量管理系统应用程序接口（EMS-API）T/CEC101.1能源互联网第1部分：总则T/CEC106微电网规划设计评价导则IEC529防护等级IEC60870-5远动设备及系统传输规约IEC870-5-101远动设备及系统传输现约基本远动任务配套标准IEC870-5-102电力系统中传输电能脉冲计数量配套标准IEC870-5-103远动设备及系统传输规约保护通信配套标准IEC870-5-104远动网络传输规约IECTR63043可再生能源发电功率预测术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1多能互补Multi-energyComplementary是指充分利用不同能源的物理、化学特性和时域、空域的差异,为满足能源需求、能源结构优化、能源系统稳定性及提高能源效率等目的，进行多种能源的耦合互补，实现多种能源供应及需求的互补。能源供应侧通常包括风、光、水、生物质、地热能、空气能等可再生能源，燃气等清洁能源，也包括燃煤、石油等一次能源以及余热、余压、煤气等可回收利用的能源；在能源需求侧通常包括燃气、电、蒸汽、冷水、热水、压缩空气、动力、氧氮氩等可供用户直接使用的能源或载能介质。3.2集成优化IntegratedOptimization指按等不同要求，以供需匹配为原则，将“源-网-荷-储”所涉及的各类能源设备、设施集中整合，构成一个有机的能源系统，并对系统配置或运行模式进行调整，使其能更好地满足安全、经济、节能、环保等方面的要求。3.3多能互补集成优化技术TechnicalofMulti-energyComplementaryIntegratedOptimization采用两种及两种以上能源，为用户同时提供多种能源供应，或在多种能源间互动、协调，使得在一定区域范围内的能源供应、存储、利用达到较高的自平衡和自给率的技术。3.4多能互补系统SystemofMulti-energyComplementary基于多能互补集成优化技术构建的“源-网-荷-储”能源系统，也是能源互联网和微能源网的一种典型技术形态。3.5分布式能源DistributedEnergyResources一种建在用户端的能源供应方式，可独立运行，也可并网运行，是以资源、环境效益最大化确定方式和容量的系统，将用户多种能源需求，以及资源配置状况进行系统整合优化，采用需求应对式设计和模块化配置的新型能源系统，是相对于集中供能的分散式供能方式。3.6终端一体化集成供能系统SystemforEnergy-SupplyingwithEnergyUserTerminal终端一体化集成供能系统针对具有源荷一体特征的终端（单个或多个主体），根据其多种能源需求，充分利用自然资源、清洁能源、可再生能源以及生产过程中产生的余热余压回收进行能源供应，以能源供应保障、用能成本优化、能源利用效率优化为目标，构建“源-网-荷-储”终端一体化集成供能系统。它是多能互补系统的具体表现形式之一。3.7风光水火储多能互补系统SystemofMulti-energyComplementarywithWind-power,PhotovoltaicGeneration,Hydropower,ThermalPowerand

StoredEnergy针对能源供应和负荷需求存在较大物理距离（不同地区），需要通过能源网络进行较长距离的跨区输送、调度，以及采用较大容量储能实现多能互补系统集成构建和优化。它是多能互补系统的具体表现形式之一。基本原则因地制宜根据当地资源条件、能源环保政策及用户需求，合理选择技术路线、系统配置和运行方式，根据高效、清洁、低碳、经济、安全等目标进行多能互补系统集成优化。源荷协同根据用户或区域的各种用能需求进行“源-网-荷-储”各环节设备的优化配置，使得能源供应及配套设施与用能需求有机匹配，并在运营阶段能有效根据用户负荷需求调整运行方式，根据优化目标进行“源-网-荷-储”协调控制。多方共赢倡导多能互补系统各参与方的平等与协助，充分发掘和共同分享多能互补集成优化产生的经济、社会等方面的效益。可再生能源优先利用根据当地资源禀赋，合理配置供能系统，优先利用可再生能源供能。多能互补系统模型适用范围多能互补系统适用于具备多种能源供应、负荷相对集中的用能终端或区域。类型多能互补系统可按空间维度划分为面向终端的一体化集成供能系统和面向较大空间范围内的风光水火储系统。选择方式应根据不同对象的资源禀赋、能源需求和环境要求等，特别是针对增量设施和存量资源，合理选择多能互补的类型，满足安全、可靠、灵活、经济的供能需求。层次关系多能互补集成优化技术与能量路由器、能量管理平台的层次关系如图1所示，其中，能量路由器是能源网络系统中的广义多端口网络节点，是构建能源互联网的基础设施，是支撑实现多能源融合和优化控制的执行设备；能量管理平台是构建能量管理体系的基础平台，是多种能源信息的共享资源池，提供完备平台管理功能；多能互补集成优化技术，按照因地制宜、源荷协同、多方共赢的原则将“源-网-荷-储”在系统配置和运营管理等环节进行全生命周期的优化的方法和技术。按照多能互补集成优化技术构建的综合能源系统即为多能互补系统，多能互补系统的集成优化方法，特别是运营管理阶段的优化逻辑，是能量管理平台的核心功能；其优化功能的实现，是能量路由器的核心价值。多能互补系统的层次关系如图1所示。图1多能互补系统层次关系图模型架构多能互补系统包括物理模型、信息模型、应用模型三个主要层次。如图2所示。图2多能互补系统模型图多能互补集成优化，主要解决N种“源-网-荷-储”在N种要求和N种要求水平条件下的N种配置方案和N种运行方案中，确定“N”的方法和标准；在确定过程中，所涉及的设备设施、设计方法和优化模式等构成了多能互补集成优化的技术体系。物理模型按照多能互补系统的稳定性、可靠性、安全性、经济性、环保性等不同水平的要求对于“源-网-荷-储”不同环节对进行选择、匹配，从而实现对多能互补系统的集成优化。物理模型应是能量管理平台的基础，信息模型和应用模型共同构成能量管理平台的主要功能要求。模型要求物理模型物理模型应涵盖以能源供应设备/系统、能源网络、能源使用设备/系统为主组成的设施系统，以及在设施系统中传输的能源。物理模型应针对所在区域的资源禀赋、用能现状，结合区域规划政策因素，将可再生能源、清洁能源、传统能源以及余能余热结合构成多元能源供应系统，建立包括电网、热网、燃气网等能源网络，配置储能设备/系统，构成包括多元能源形式的“源-网-荷-储”物理模型。信息模型信息模型是指实现在对物理模型有效感知、控制基础上的程序和数据。信息模型应包括信息监测、传输、数据分析、运行策略及运行控制等环节，以及涉及物联网、大数据、云计算等技术。应用模型应用模型应针对典型的能源结构、用户类型和政策条件，对物理系统和信息系统进行标准化配置，制定标准化运行模式。多能互补集成优化技术要求多能互补集成优化流程根据因地制宜、需供协同、多方共赢的原则，应对多能互补系统从规划设计、工程实施、生产运营等全生命周期的各环节整体考虑，并对规划设计阶段、运行控制阶段进行重点优化。多能互补集成优化流程见附录A规划设计方法基本思路按照能级对口、梯级利用、环境友好、微网优先，适当增加可再生能源比重，兼顾经济最优、利益最大的方法进行规划设计。预测方法预测方法包括经典预测方法和现代预测方法，其中：经典预测方法应涵盖传统指标法、趋势外推法、时间序列法、回归分析法；现代预测方法应涵盖灰色数学理论、专家系统方法、神经网络理论。负荷预测应充分考虑多能互补系统运行特性、增容决策、自然条件与社会影响的条件下，在满足一定精度要求下，确定未来某特定时刻的负荷数值，主要包括电力负荷、冷热负荷、燃气负荷的预测。功率预测应充分考虑风力和太阳能等再生能源的随机性和波动性，在时间尺度上进行中长期功率预测、短期功率预测和超短期功率预测；在空间尺度上对单个可再生能源电站、电站集群和更大地理区域内的电站进行综合功率预测。预测方法可参照IECTR63043。系统优化在进行系统优化时，应对系统的配置、设备、工艺等方面进行优化。配置优化应从“源、网、荷、储”多角度进行单一及复合优化；设备优化应从技术可行性、经济合理性进行优化；工艺优化应从能源生产、储运、使用、回收等几个环节进行，从结构、时空、相变、驻点、过程等维度进行优化。多能互补系统运行技术要求高效低碳多能互补系统应通过控制、调度和管理等措施，实现能源的高效利用、负荷响应和新能源消纳等目的，并具有高效、经济、低碳等运行模式。清洁环保电源以当地可再生能源发电为主，或以天然气多联供等能源综合利用为目标的发电型式，鼓励采用燃料电池等新型清洁技术。安全自治多能互补根据需要配备合适容量的储能系统，可具备多能供需自我平衡运行和黑启动能力。多能互补控制系统技术要求多能互补控制系统架构多能互补控制系统的构架应该划分为设备通信层、管理层以及优化层等三个逻辑层次。设备通信层：该层应完成对“源-网-荷-储”的量测量采集以及通信建模功能；管理层：该层应完成系统中各类量测的监视；优化层：优化层应负责执行能量管理体系中的优化决策的功能，从顶层实现“冷-热-气-电”的最优运行方式。多能互补系统应设计相应的控制策略，采取多智能体系的分布式协同控制技术，实现多种能源的横向与纵向耦合；应遵循不同的供能与用能形式，覆盖多种时间与空间尺度的控制场景。多能互补系统调度多能互补系统调度应基于约束条件进行单/多目标优化，实现源-网-荷-储各节点间的协调控制，根据时间尺度分为：日前调度、日内调度、实时控制，优先执行顺序依次递增。1）日前调度基于供能预测和负荷预测数据，考虑设备启停状态及检修计划，根据设置目标（经济性、环保性、安全性及其他）和约束条件进行单/多目标优化计算，优化策略需经过供能可靠性检测，生成调度计划。2）日内调度基于供能（风力、光伏等）和负荷的日内趋势变化，以临近调度时间节点为起始节点，修正约束条件，进行单/多目标优化调度计划，维持最优的能源利用效率和负荷供需平衡。3）实时控制供能网架改变或故障发生后，进行调频、调压等实时控制，以秒为单位，发送实时控制命令至各子系统控制单元。在新的应用场景下，还可以考虑对储能、电动汽车等聚合形成的可控单元进行虚拟电厂的调度模式等。多能互补系统交易多能互补系统应具备多能源交易模块，实现购售能（电、冷、热等）、碳排放、碳交易、能源期权等基本交易功能。应制定出电、冷、热等多种能源的定价策略和交易方式，包括分时价格、多能源组合定价及保底消费定价等。多能互补系统评价指标体系指标体系构成本评价指标体系由技术评价指标、经济效益评价指标和社会效益评价指标等三个方面组成，从不同阶段评价，指导采用合适的技术实现多能互补系统集成优化，以达到因地制宜、需供协同、合作共赢的目的。技术评价指标技术指标应包括清洁能源利用率、能源利用率和设备利用率等指标，计算方法见附录B。经济效益评价指标经济效益评价指标应包括投资回收期、财务内部收益率、财务净现值等，计算方法见附录B。社会效益评价指标社会效益评价指标应包括年二氧化碳排放减少量、年二氧化硫排放减少量和年化石能源节约量等，计算方法见附录B。评价方法评价流程计算或设定各项指标值；选择评价模式，并设定各项指标加权值；根据计算模型，计算多能互补系统关键指标综合值；各指标的目标值和实际值(或预期值)产生偏差时，依据前面三步重新调整。评价指标类型（1）否决指标即项目规划实施中必须达到的指标，通常为相关项目实施中所需要遵守的国家标准和规范。如该指标未通过，需做出重新规划和修改重新验收。（2）关键指标即项目规划实施的多种关键性因素，通常在项目规划时按照主要目标模式确认各关键因素以及作为综合关键指标的权重比例，然后通过计算模型得出关键指标综合值。（3）参考指标即项目规划实施的其他因素，通常为在项目规划时确立的辅助性指标。表1为本导则建议的指标类型，仅为参考，实际项目中需要根据该项目需求做出适当调整。表1多能互补集成优化指标类型指标否决项关键指标参考指标技术指标清洁能源利用率是能源利用率是设备利用率是经济效益指标投资回收期是财务内部收益率是财务净现值是社会效益指标年二氧化碳排放减少量是年二氧化硫排放减少量是年化石能源节约量是指标权重应按照多能互补项目主要目标，如经济最优、环保最优等模式，在项目规划或运行阶段确定不同指标的权重。所有关键指标权重的系数总和应为1。计算公式见附录A。典型优化目标（1）经济最优化模式以经济性指标为首要优化目标，尽可能地降低能源成本的优化运行模式。（2）环保最优化模式以节能减排指标为首要优化目标，尽可能地降低项目影响环境的优化运行模式。（3）能效最优化模式以能源转化率为首要优化目标，尽可能地提高项目综合能效的优化运行模式。（4）安全最优化模式以安全性、可靠性指标为首要优化目标，尽可能地提高系统稳定性的优化运行模式。

附录A（规范性附录）多能互补集成优化流程

附录B（规范性附录）符号说明——能源利用效率,清洁能源利用效率，单台设备利用效率，多台设备利用效率；（%）；多能互补系统关键指标综合值；——第i个子设备（或系统）能源系统输出可用能量,清洁能源输出可用能量,s-（-kJ）；设备功率，kW；——第j个能源输入能量,清洁能源理论输出能量（kJ）；T1——每年度设备实际使用时间，h；T0——年度计划用时间，h；Ti——第i个子设备（或系统）满负荷工作时间，h；qi——第i个关键指标的权重值（0<q<1）；n——计算周期；NCt——计算周期内底t年的新增净现金流量（数据分别依据全部投资和资本金财务现金流量表；F——多能互补系统年化石能源节约量，单位：吨；——每吨标准煤发电所产生的二氧化硫排放量；NCt——计算周期内底t年的新增净现金流量（数据分别依据全部投资和资本金财务现金流量表；ic——基准收益率；——多能互补系统内多月可再生能源的年发电量之和单位kWh——1kWh电的标准煤耗量单位g/kwh——第i个关键指标（%）；qi——第i个关键指标的权重值（0<q<1）；

附录C（规范性附录）指标计算公式1.技术指标1.1能源利用效率计量单位：%指标释义：输出能量与输入能量之比。计算方法：能源利用效率为能源系统输出可用能量（kJ）与能源输入能量（kJ）比值的百分数。1.2清洁能源利用效率计量单位：%指标释义：实际清洁能源输出能量与理论输出能量之比。计算方法：清洁能源利用效率为清洁能源输出可用能量（kJ）与理论输出能量（kJ）比值的百分数。1.3设备利用率计量单位：%指标释义：每年度设备实际使用时间与计划用时之比。计算方法：设备利用率效率为每年度设备实际使用时间（小时）与计划用时（时间）比值的百分数。多台设备利用率应考虑设备功率所在系统总输出功率的权重。1）单台设备利用率指标2）多台设备利用率指标1.4本址发电满足负荷占比OEF表征统计期内多能互补系统（本址）用来满足需求端负荷的供应端发电量占到需求端负荷大小的比例。1.5本址能源自消费占比OEM表征统计期内多能互补系统（本址）用来满足需求端负荷的供应端发电量占到供应端发电量的比例。式中：G(i)为本址发电量，kW；L(i)为负荷量，kW；t为时间步长；t1为研究起始时间；t2为研究终止时间。2.经济效益指标2.1投资回收期计量单位：年指标释义：多能互补系统中各类设备的回收期的平均值计算方法：从项目计算期第一年算起，可用财务现金流量表中累计净现金累计计算求得。Pt=累计净现金流开始出现的正值年份数-1+上年累计净现金流/当年净现金流2.2财务内部收益率计量单位：%指标释义：多能互补系统在整个计算期内各年财务净现金流量的现值之和等于零时的折现率，也就是财务净现值等于零时的折现率，反映实际收益的一个动态指标，一般情况下，财务内部收益率大于基准收益率时，项目可行。计算方法：2.3财务净现值计量单位：元指标释义：多能互补类项目的行业基准收益率或设定的目标收益率，将项目计算期内各年的财务净现值流量折算到开发活动起始点的现值之和，该指标反映技术方案在计算期内盈利能力的动态指标，是评价技术方案盈利能力的绝对指标。计算方法：3.社会效益指标3.1年二氧化碳排放减少量计量单位：吨（t）指标释义：在满足热冷负荷的需求下，合理利用多能互补系统提高化石能源的能源利用效率及增加清洁能源使用比例带来的碳排放水平评价指标计算方法：公式——冷热负荷；——系统从公共电网购电量；——系统的冷负荷；——系统额定发电量；——系统余热回收率；——系统定额发电效率；——系统额定余热回收率；——单位电网供电电力的二氧化碳排放量——单位燃料的二氧化碳排放量；2.49——节约1t标准煤所减少的二氧化碳排放量；——天然气与标煤的折算系数；——天然气价格。3.2年二氧化硫排放减少量FSO2计量单位：吨（t）指标释义：在满足热冷负荷的需求下，合理利用多能互补系统提高化石能源的能源利用效率及增加清洁能源使用比例带来的二氧化硫排放水平评价指标3.3年化石能源节约量计量单位：吨（t）指标释义：在满足冷热负荷需求的条件下，合理利用多能互补系统提高化石能源利用效率及清洁能源使用比例带来的节能水平评价指标4.指标权重计算模型基于以上关键指标及其指标权重的设定，推荐采用加权的方式进行标值综合征的计算。目录TOC\o"1-4"\h\z\u目录 I前言 III1.范围 12.规范性引用文件 13.术语、定义与缩略语 24.基本原则 34.1.因地制宜 34.2.源荷协同 34.3.多方共赢 34.4.可再生能源优先利用 35.多能互补系统模型 35.1.适用范围 35.2.类型 35.3.选择方式 45.4.层次关系 45.5.模型架构 45.6.模型要求 56.多能互补集成优化技术要求 66.1.多能互补集成优化流程 66.2.规划设计方法 66.3.多能互补系统运行技术要求 66.4.多能互补控制系统技术要求 77.多能互补系统评价指标体系 87.1.指