【综合能源建设研究的国内外文献综述】4700字

综合能源建设研究的国内外文献综述伴随着社会经济的迅速发展，环境污染日益严重，科学技术的不断进步，煤、油、电等各种各样的能源供应体系与居民、建筑、工业生产等能源终端用户之间的关系日益密切，世界各国都需要不断调整能源供应结构和负荷结构。多种一次能源的综合利用，实现了能源输送与供应的一体化，使化石燃料的使用更为合理，减少了对化石燃料的依赖和造成的污染，从而优化了能源供应结构。目前，我国关于能源一体化体系规划建设与发展的研究正在稳步推进。1.1综合能源建设与发展现状由于能源需求的巨大增长，对环境保护的要求也越来越迫切，各国和各地区纷纷出台政策，研究和开发综合能源系统。全球最早提出综合能源系统概念的国家是欧洲，随后开始了建设工作；欧盟五六七框架的重点研究对象是能源协同优化和综合利用。为改善能源系统的安全状况，建立可持续发展的能源系统，英国长期致力于集中式的能源和分布式的智能电网中发展可再生能源[3]。丹麦还进行了大量研究，以消纳大量可再生能源为目的，将多个能源系统相互融合，目的是通过信息通信技术协助消纳可再生能源，建立多能源互补的协调调度系统，使各种能源网络能够融入德国关于综合能源系统的研究，重点放在能源供应方和能源供应链方面，利用现代信息通信手段提高信息交互的速度，确保系统安全，提高系统运作效率[4-5]。首先，美国提出了建立和发展综合能源系统的计划；2007年，美国政府颁布了《能源独立和安全法案》，该法案研究综合能源系统的发展，将电力与多种其他能源系统结合起来；2013年，美国可再生能源实验室成立了能源系统综合研究小组，深入研究综合多种能源系统的工具和方法。加拿大内阁能源委员会在2009年发布了相关建设研究计划，重点是建立覆盖全国的区域一体化能源系统，以缓解日益严重的能源短缺[6-7]。在亚洲地区，首个进行综合能源系统研究的国家是日本，由于居民储存化石能源的能力较弱，怎样提升它的能源利用效率当成主要研究方向之一。2009年，日本政府有关部委提出要大力发展清洁能源，建立覆盖全日本的综合能源体系，提高能源利用率，优化能源结构。2010年，日本新能源产业再次将重点放在区域综合能源系统的研究上，并发布了创建日本智能社区联盟的计划，以便将能源供应、信息通信和区域系统内的其他相关系统整合起来，并进一步优化[8]。能源消费结构不够合理，能源供应仍以煤、油为主，煤、油、电、热等属于不同的产业管理部门，在我国发展综合能源体系的初期，受阻较大，各部门之间缺乏联系，难以协调规划和建设各类能源。因此，为推动我国能源一体化的快速发展，国家能源局于2008年成立，其主要职责是统一管理各能源行业。现在，我们国家已经实施了大量的综合能源的项目，包括智慧能源乡镇、工业园区的综合能源系统等，通过对这些项目的尝试和完善，为进一步优化能源结构，达成能源的高效率使用奠定了非常牢固的基础[9]。近年来，为了实现能源的可持续供应，世界各国纷纷开展了涉及综合能源系统的相关技术研究。我国相关部门还在促使能源的生产和消费，促进大规模使用可再生能源。促进了园区能源系统集成相关技术的发展，或成为能源领域技术的制高点和增长点。在我国，关于园区综合能源系统的研究还不完全成熟，还需要结合自身能源状况和社会实际发展需要，进一步深入研究，建立符合国情的理论体系和关键技术。1.2综合能源系统研究现状综合性能源系统的研究，主要是研究如何在多种能源之间实现优势互补，达成能源的梯级使用，从而提高综合能源的利用效率，实现节能减排，减少环境压力，达到节能降耗的目的。大型能源设施如新城镇、新工业区等的建设，主要是通过将传统的化石能源消费与风、光等可再生能源结合起来，提高系统的能源利用效率和系统的整体效益；通过发展以冷热电联供机组为核心的多能源转换装置，在能源消费方面配合规划和优化调度运行等；通过大数据和云计算等信息技术，实现以电能、天然气、冷热等多种能源综合利用和协同供应的园区多能互补系统的建设，实现能源供需双方的双向流动和动态平衡。使冷、热、电、气等不同能量更紧密地结合在一起，使它们不再是独立的个体。文献[10]通过将电能、天然气、光伏和风机等多种能源系统相结合，建成了把减少系统运行经济成本作为优化目标的经济调度模型，并制定了相应的优化策略；文献[11]的优化目标是区域级的综合能源系统，在系统中加入光伏和储能装置，建立了数学模型，把运行费用最低作为优化的目标，并制定了相应的优化策略；文献[12]的综合能源系统包括光伏和内燃机输出功率，将系统运行分为“以热定电”“以电定热”这两种方式，分别比较了不同模式下的经济效益和环境效益；文献[13]提出了以冷、热和电三联供系统为优化目标的主动调度方法；文献[14]提出了以区域能源系统为优化目标的协同规划方法；[15]文献提出了基于可再生能源输出功率和负荷不确定性的文献法，并考虑了基于冷、热和电三联供系统优化目标的方法。综合能源系统的能流模型按其能量类型可分为电-气-电-热-能流模型和电-气-热-能流模型；能流模型是指包括电力系统、天然气系统以及热力系统的这些能流，能流的分析计算问题是研究综合能源系统的基础。文献[16]将燃气轮机与电转气耦合装置进行能量双向转换，比较了电-热-气耦合装置在“以气定电”以及“以电定气”这两种运行方式下的出力情况，并把牛顿法的局部搜寻能力与遗传算法的全局搜寻能力相互配合，证明了电-气综合能源系统中电-气耦合装置的可靠性和可行性；文献[17]研究了电-气混合系统中电-气混合系统的电-热混合模型，其中，电-气混合系统中的电能均来源于光伏和风力发电等可再生能源，让我们看到了可再生能源的出力特性以及负荷侧特性，创建了基于电-热平衡的可再生能源计算模型。文献[18]中的创建了一个电-气-热流模型，建立起了区域电力-天然气-热力最佳混合潮流模型，并给出了一种求解方法，该模型充分考虑了“源-网-负荷”三个环节，耦合环节采用能量集线器，同时引入配电网、输气管道等网络的相关约束条件。电力系统和天然气系统在一体化能源系统进行大规模开发前，分别作为独立的能源供应系统，各自独立规划，相互联系较少，但其所带来的经济效益和环境效益却是不容忽视的，要建立合适的电气系统模型，最重要的是连接电气系统之间的耦合枢纽。根据耦合设备的不同，所建立的系统模型和与系统有关的计划运行方式也会有所不同。目前在综合能源系统中广泛使用的耦合设备主要有燃气轮机、微型燃气轮机、热电联产机组(CombinedHeatandPowerSystem,CHP)以及正在出现的电转气(PowertoGas,P2G)等。从连接设备来看，燃气轮机是早期常用的连接设备，它的发展已经成熟，参数可靠，运行稳定，是连接设备中最简单、应用最广泛的，但是燃气轮机只能实现气-电能量转换，只能提供电、气负荷；现在多与其他设备连接使用，还可以提供冷、热负荷。电-气转换技术已逐渐成熟，实现了电能-天然气、电储存-气转换，加强了系统间的连接与耦合，配合燃气轮机，可实现电-气双向转换。电转气系统可以把电能转变为氢气或天然气，注入天然气网络或储存起来，利用这种装入可转换且无法消纳的景观等新能源的出力，减少弃风弃光现象。以电、气、热为基础，建立了包含P2G装置的多能量互补优化调度模型，着重分析了P2G装置在促进风能消纳、提高系统经济性方面的优势。而热电联产是一种经济效益好、能耗低、对环境污染小、可同时供给两种负荷、实现梯级能源利用的设备。电炉子等电热装置与蓄热技术的结合，有效地打破了热电联产机组之间的紧耦合，提高了机组的灵活性，增加了系统的经济性[18]。对蓄能器而言，储能是综合能源系统中极为重要的组成部分，它的引入大大提高了可再生能源的消纳能力，使之能够储存能源或上网。园区级多能源互补系统中引入能源储存装置，进一步提高了系统的能控性，使各种负荷调度更加灵活。在系统中增加储能装置，通过对储能装置的控制，实现大量的风能消纳，并与CHP机组配合，打破热-电耦合的刚性，大大提高了系统的可调性和灵活性。文献[19]以冷、热、电、热四种能量为基础，建立了两层优化调度规划模型，验证了多能量互补系统中蓄冷与蓄热的优越性。从电、气、热储能等多种储能方式比较，发现电储存大容量电能成本较高，气储存成本较低，而热储能装置的配合对提高再生能源的渗透性具有重要作用。在系统接入方面，由于光伏发电、风力发电等可再生能源出力得不稳定性、间歇性和随机性，使得系统接入问题需要得到解决。文献[20]基于电力-电网-负荷全过程不确定性分析及协同调度框架，重点分析了风电出力的不确定性及其对系统的影响。在建立多目标风险值随机排序模型的基础上，分析了电-水-火联接系统中的不确定因素。现有研究对影响综合能源系统的诸多不确定性因素进行了模拟分析，但由于园区内设备配套复杂，能量流动大，耦合度高，运行开发的不确定性程度高。层次较多，需要根据系统的具体设计进行仿真分析。对于不同模型的求解，文献[21]分别用动态规划法和混合整数线性规划法研究了冷热电联产系统的电热协调调度，以电能量为核心建立了多能源调度模型，但仍采用智能算法求解，用混合整数规划法模拟了区域内多能源互补系统在热力系统中的作用，根据热力学原理建立了冷热电联产系统的运行优化模型，并用混合整数规划法求解。针对电-气一体化能源系统，建立了只考虑单一能源形式的协同规划模型，并采用混合整数规划模型进行求解。参考文献贾宏杰，穆云飞涂晓丹.对我国综合能源系统发展的思考[J].电力建设,2015,36(1):16・25.余晓丹，徐宪东，陈硕翼，等.综合能源系统与能源互联网简述[J]・电工技术学报，2016,31(1)：1-13.郑国太,李昊,赵宝国,等.基于供需能量平衡的用户侧综合能源系统电/热储能设备综合优化配置[J].电力系统保护与控制,2018,46(16):8–18.郭祚刚,喻磊,胡洋,等.基于合作博弈的综合能源服务商现货市场风险规避策略[J].中国电力,2019,52(11):28–34.权超,董晓峰,姜彤.基于CCHP耦合的电力、天然气区域综合能源系统优化规划[J].电网技术,2018,42(8):2456–2466.王永真，张宁，关永刚，等.当前能源互联网与智能电网研究选题的继承与拓展［J］.电力系统自动化，2020，44（4）：1-8.ZhongfuTan,ShenboYang,HongyuLin,etal.Multi-scenariooperationoptimizationmodelforparkintegratedenergysystembasedonmulti-energydemandresponse[J].SustainableCitiesandSociety,2020,53.刘小敏,苟瑞欣,张坤,王铮.电力市场环境下计及V2G和多类型需求响应的综合能源系统多目标优化模型[J].数学的实践与认识,2021,51(03):98-109.杨志鹏，张峰,梁军，等.含热泵和储能的冷热电联供型微网经济运行.电网技术，2018,42(6).WangH,YinW,AbdollahiE,etal.ModellingandoptimizationofCHPbasedistrictheatingsystemwithrenewableenergyproductionandenergystorage[J].AppliedEnergy,2015,159(1):401-421.王堀，顾伟，陆帅，等.结合热网模型的多区域综合能源系统协同规划[J].电力系统自动化,2016,40(15):17-24.徐青山，曾艾东，王凯，等.基于Hessian内点法的微型能源网日前冷热电联供经济优化调度[J].电网技术,2016,40(06):1657-1665.赵霞，杨仑，瞿小斌，等.电气综合能源系统能流计算的改进方法[J].电工技术学报,2018,33(03):467-477.靳小龙，穆云飞,贾宏杰，等.考虑配电网重构的区域综合能源系统最优混合潮流计算[J].电力系统自动化,2017,41(01):18-24+56.别朝红，王旭，胡源.能源互联网规划研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