綜合能源系統(tǒng)仿真模型簡介

綜合能源系統(tǒng)仿真模型，一類自下而上模型。對能源供應(yīng)和需求技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的描述，需求和技術(shù)的發(fā)展則作為模型外生的情景假設(shè)，情景假設(shè)通常基于技術(shù)模型和計(jì)量經(jīng)濟(jì)預(yù)測做出。比較適合于中短期研究，豐富的技術(shù)信息有助于解釋大部分的能源需求。

化石能源的枯竭和環(huán)境日益惡化的雙重壓力下，綜合能源系統(tǒng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。綜合能源系統(tǒng)的相關(guān)研究已經(jīng)得到國際社會的廣泛關(guān)注，然而其可靠性評估研究仍處于起步階段。首先介紹了綜合能源系統(tǒng)的定義、典型結(jié)構(gòu)以及發(fā)展意義等，進(jìn)而對其可靠性評估的研究現(xiàn)狀及亟待解決的問題進(jìn)行了歸納，最后圍繞亟待解決的問題，從模型、算法及評價指標(biāo)系統(tǒng)3 個方面對綜合能源系統(tǒng)可靠性評估未來的研究方向進(jìn)行展望。

綜合能源系統(tǒng)涉及電、氣、冷/熱等多種不同的能源形式，各種能源形式在生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)及存儲等環(huán)節(jié)中存在明顯的特性差異，同時它們之間還存在復(fù)雜的相互轉(zhuǎn)化和耦合關(guān)聯(lián)。此外，相對于傳統(tǒng)的單一供能系統(tǒng)，能源系統(tǒng)與信息通信技術(shù)的深度融合使得綜合能源系統(tǒng)的運(yùn)行模式發(fā)生顯著的變化。上述特性給綜合能源系統(tǒng)可靠性評估的建模、算法及評價指標(biāo)帶來了一系列的問題，基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及機(jī)器學(xué)習(xí)的可靠性評估建模，充分利用信息流實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)確模擬和快速評估的可靠性評估算法，針對不同供能形式特性的可靠性評價指標(biāo)體系將是綜合能源系統(tǒng)可靠評估未來的研究方向。 2100433B

由于提高能源綜合利用率、促進(jìn)可再生能源開發(fā)利用以及保證能源供應(yīng)安全可靠等一系列的優(yōu)勢，綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)得到國際社會的廣泛關(guān)注，成為國際能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略研究方向。美國早在2001 年就提出了綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展計(jì)劃，更于2007 年將綜合能源系統(tǒng)的研究上升到國家能源戰(zhàn)略的高度。歐洲和日本等70 余個地區(qū)和國家促進(jìn)能源可持續(xù)利用的角度，開展了一系列的綜合能源系統(tǒng)研究計(jì)劃，并綜合能源系統(tǒng)的概念、運(yùn)行方式及經(jīng)濟(jì)性分析等方面的研究已取得了初步的成果。

相比國外，我國的綜合能源系統(tǒng)研究也已經(jīng)起步，并有一系列的研究成果發(fā)表。有研究人員將綜合能源系統(tǒng)的相關(guān)研究歸納為建模與仿真、規(guī)劃、運(yùn)行與優(yōu)化控制、安全性理論與方法、效益評估與運(yùn)營機(jī)制等幾個方面，具體分析了國內(nèi)外綜合能源系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，針對我國綜合能源系統(tǒng)發(fā)展中面臨的一些問題給出了相應(yīng)的建議，并指出我國綜合能源系統(tǒng)的研究發(fā)展是關(guān)乎國家能源安全、涉及國家社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略問題。

由此可見，國內(nèi)外綜合能源系統(tǒng)的相關(guān)研究已經(jīng)在綜合能源系統(tǒng)的概念和框架、多能流分析與計(jì)算、建模與仿真、規(guī)劃與運(yùn)行控制以及經(jīng)濟(jì)性分析與優(yōu)化等方面取得了初步的成果。然而，作為系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行的基礎(chǔ)，針對綜合能源系統(tǒng)可靠性評估的相關(guān)研究仍處于起步階段。

能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，是經(jīng)濟(jì)社會的命脈。由于煤炭、石油等傳統(tǒng)化石能源不可再生，提高能源利用效率、開發(fā)新能源、加強(qiáng)可再生能源綜合利用，就成為解決社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中日益凸顯的能源需求增長與能源緊缺、能源利用與環(huán)境保護(hù)之間矛盾的必然選擇，在這樣的背景下，綜合能源系統(tǒng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。綜合能源系統(tǒng)是以電力系統(tǒng)為核心，打破供電、供氣、供冷、供熱等各種能源供應(yīng)系統(tǒng)單獨(dú)規(guī)劃、單獨(dú)設(shè)計(jì)和獨(dú)立運(yùn)行的既有模式，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行的過程中，對各類能源的分配、轉(zhuǎn)化、存儲、消費(fèi)等環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)與優(yōu)化，充分利用可再生能源的新型區(qū)域能源供應(yīng)系統(tǒng)。

把針對一個地區(qū)、一個城市或者一個城鎮(zhèn)，在研究中計(jì)及電力、熱力、天然氣供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)及其耦合關(guān)聯(lián)，稱之為區(qū)域或者城市綜合能源系統(tǒng)；如果更多關(guān)注分布式能源終端及其耦合關(guān)聯(lián)，則稱為分布式綜合能源系統(tǒng)。

發(fā)展綜合能源系統(tǒng)對提高能源利用效率、促進(jìn)可再生能源開發(fā)利用、提高國家基礎(chǔ)設(shè)施利用率和能源供應(yīng)安全具有十分重要的意義。

首先，通過電、氣、冷/熱等多種不同形式能源的供應(yīng)系統(tǒng)在生產(chǎn)和消費(fèi)等環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)規(guī)劃和運(yùn)行，綜合能源系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)能源的梯級利用，有效提高能源綜合利用效率。例如利用燃?xì)廨啓C(jī)或燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)燃燒天然氣發(fā)電，對做功后的余熱進(jìn)一步回收，用來制冷、供暖和制備生活熱水，實(shí)現(xiàn)對能源的階梯利用，提高能源的綜合利用效率。

其次，綜合能源系統(tǒng)可以充分利用多種能源的時空耦合特性和互補(bǔ)替代性，彌補(bǔ)可再生能源具有明顯的間歇性和隨機(jī)波動性等問題，促進(jìn)可再生能源的開發(fā)利用。例如，通過大量儲熱的方式消納可再生能源，采用可再生能源發(fā)電制氫等。

另外，以供電為核心，電、氣、冷/熱等供能系統(tǒng)本身存在緊密的耦合關(guān)聯(lián)，電能供應(yīng)的終端可能導(dǎo)致其他供能系統(tǒng)停運(yùn)，因此通過多個供能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)規(guī)劃和運(yùn)行，可以避免單純加大某一供能系統(tǒng)投入提高其安全系與自愈能力帶來的弊端，從而有效提高多種能源供應(yīng)的安全和可靠性。與現(xiàn)有的供電、供氣、供冷/熱一樣，安全、可靠、經(jīng)濟(jì)是人們對綜合能源系統(tǒng)最基本的要求?？煽啃栽u估可以用定性或者定量的指標(biāo)反映系統(tǒng)的能源供應(yīng)中斷的風(fēng)險水平，從而指導(dǎo)綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行等生產(chǎn)實(shí)踐活動。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人們對能源供給的可靠性要求越來越高，綜合能源系統(tǒng)與電、氣、冷及熱等多種負(fù)荷在物理上直接相連，確保綜合能源系統(tǒng)的供能可靠性顯得尤為重要，開展其可靠性評估研究具有十分重要的意義。