綜合能源系統研究的國內外文獻綜述1.1綜合能源系統的國內外研究現狀眾所周知石油、煤炭等傳統化石能源屬于不可再生能源，并且隨著社會的發展和人們需求的提高，傳統化石能源終將會被消耗殆盡。因為減少能源消耗對于現在這個發展越來越迅速的世界來說無疑是不可能的，所以人們只能從提高能源利用率、尋找新能源、擴大可再生能源使用規模來解決問題。為了解決這個問題，科學家們提出了“綜合能源系統”這個概念。文獻REF_Ref71747499\r\h[5]對其的定義為綜合能源系統是指在規劃、設計、建設和運行等過程中，通過對各類能源的產生、傳輸與分配(能源供應網絡)、轉換、存儲、消費等環節進行有機協調與優化后，所形成的社會綜合能源產供消一體化系統。該系統將以往單獨規劃、獨立運行的各個能源網絡通過耦合設備連接起來，從而成為一個巨大的系統，其能源利用率、安全性、靈活性以及受到災害后能夠自我恢復的能力將大大提高。國外對于綜合能源系統的研究開始得相對比較早，文獻REF_Ref71747509\r\h[6]中美國于2001年提出發展綜合能源系統的相關計劃，目的是提高清潔能源的比重，在2007年頒布能源獨立和安全法(EISA)明確要求開展綜合能源系統的規劃，在奧巴馬的第一任期內將智能國家電網列入美國國家戰略。在文獻REF_Ref71747521\r\h[7]中加拿大2009年通過了旨在推動該國綜合能源系統相關研究的報告，明確指出要在建成能夠覆蓋全國的社區綜合能源系統，還推出多個重大課題和研究項目例如CleanEnergyFund、ecoENERGY、BuildingCanadaPlan等來對綜合能源系統進行全方位的研究。在文獻REF_Ref71747533\r\h[8]中提到，歐盟作為最早提出綜合系統概念并致力于實現它的團體，其在綜合能源系統概念尚未提出時，就已經有相關研究項目是致力于解決能源系統優化問題、多種能源(傳統能源與可再生能源)之間的互補優化問題，各成員國也在歐盟框架開展適合自己情況的相關研究，例如英國的HDPS項目注重電網與可再生能源之間的協調，而德國則每年投入3億歐元用于能源系統之間的優化協調工作。在文獻REF_Ref71747546\r\h[9]中日本作為亞洲最早公布開展綜合能源系統的國家，在2009年認為建設覆蓋全面的綜合能源系統可以優化能源結構和提升能源利用率，其2010年發起的JSCA項目致力于建設更加全面的社區綜合能源系統，能夠覆蓋居民生活的多個方面。我國對于綜合能源系統的研究起步比較晚，文獻REF_Ref71747557\r\h[10]中提到的2014年習總書記在APEC會議上表示在2030年我國二氧化碳排放量將達到峰值，因此開展綜合能源系統相關研究勢在必行，目前中國已通過973、863研究計劃，開啟了多項與綜合能源系統有關的研究項目，并且與其他幾個國家進行合作來構建安全、高效、清潔的綜合能源系統。在國內也自己開展幾個示范性項目，例如北京延慶縣主動配電網項目(利用當地可再生能源的高滲透率，通過大數據平臺對能量實現合理分配和用戶側需求分析)、上海迪士尼度假區示范項目(對能量的多級利用，建設能源集中控制系統對能源進行分配使得一次能源利用率達80%，同時高效集成用戶側管理系統)、崇明島示范項目(以碳中性為目標，實現對可再生能源的大規模利用)。在文獻研究方面，由于我國起步較晚，文獻數量與國外相比要少一些。在國外，文獻REF_Ref71747568\r\h[11]就天然氣網絡與電力網絡的運行約束以及風電的不確定性提出了一種魯棒優化模型用于分析天然氣、煤炭和電力基礎設施之間的相互依賴關系。文獻REF_Ref71747580\r\h[12]中探究了綜合能源系統最優能量流的問題，基于能源樞紐的概念，討論了考慮儲能裝置的多種能源和能源載體。在國內，文獻REF_Ref71747594\r\h[13]將區域綜合能源系統分為三種運行模式：完全解耦、部分解耦、完全耦合，并提出適用于以上三種模式的混合潮流算法。在文獻REF_Ref71747616\r\h[14]中對各個能源系統進行層次劃分并對其關鍵元件進行分析，最后提出基于能源集線器和多能互補思想的關于綜合能源系統的研究思路。文獻REF_Ref71747628\r\h[15]提出了一種新的擴展牛頓-拉夫遜法來計算電、熱、氣系統的能流。文獻REF_Ref71747640\r\h[16]針對綜合能源系統的儲能裝置進行優化配置，使得電熱冷多種儲能設備協調儲能，最終使其達到經濟性目標。1.2儲能技術的國內外研究現狀儲能技術簡單來說就是將即產即銷的電能通過物理或者化學手段轉為其他形式的能量比如勢能、化學能、動能等，然后將其儲存起來的技術。文獻REF_Ref71747659\r\h[17]提到儲能系統按照其儲存方式可分為物理儲能、電磁儲能、電化學儲能和相變儲能四種類型。其中物理儲能是將電能轉化為勢能或者是動能的儲能方式，其包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能；電磁儲能是將電能轉化為電磁能的儲能方式，其包括超導、超級電容和高能密度電容儲能；電化學儲能是將電能轉化為化學能的儲能方式包括鉛酸、鎳氫、鎳鎘、鋰離子、鈉硫和液流等電池儲能；相變儲能則是利用相變材料(PCM)的儲熱特性來使電能轉化為熱能包括冰蓄冷儲能等。儲能系統作為電力系統運行中一個重要的部分，具有將負荷低谷時多發出的電能通過時空平移特性供給負荷高峰時使用的能力，這樣可以更有效的利用電力設備、降低電網運行成本、提高可再生能源與清潔能源的并網容量和提高電力系統運行的穩定性與靈活性。因此，儲能系統一直以來都是國內外研究應用的對象。目前儲能系統隨著技術的發展已經出現了各種各樣用于不同場景的儲能方式。抽水儲能應用最為廣泛，其主要作用是調峰填谷、調頻等；壓縮空氣儲能主要用于平衡負荷、調節頻率等；飛輪儲能主要用于電網調峰與頻率控制；超導電磁儲能主要用于功率補償、頻率調節、提高系統穩定性等方面；電池儲能主要是在發電廠、變電站供電中斷時能夠作為單獨的電源給其裝置進行供電，相當于后備電源的作用。對儲能技術的研究主要集中在容量優化以及優化配置方面。文獻REF_Ref71747674\r\h[18]從儲能系統對電力系統的平抑功率波動、改善電能質量以及對凈負荷削峰填谷三個作用出發，建立了一個多目標配置優化的模型，并用理想極小點法求解模型。文獻REF_Ref71747688\r\h[19]以電池-超級電容器的混合儲能系統為基礎，以等效循環壽命曲線建立了電池使用壽命的量化模型，通過分析儲能系統的成本結構,建立目標函數以系統運行最小成本為目標,并使用粒子群算法來進行求解,最后證明采用混合儲能系統替代單類型電池儲能系統可以大幅降低運行成本,提高光儲系統的經濟性。文獻REF_Ref71747700\r\h[20]將儲能電池與超級電容兩個儲能裝置合并為一個混合儲能系統，通過基于模糊控制的控制策略來協調兩個儲能裝置的儲能策略，使其具有良好的儲能效果和有功補償效果。總之儲能系統需要向著大容量、低成本這兩個方向進行發展。儲能系統容量越大，意味著它能夠更加有效的利用電網中的電能，對電網中的電能進行靈活的調度。儲能系統的運行成本降低，意味著儲能系統可以更大規模的在電網中使用，從而能夠更好的平抑負荷波動、提高電力設備利用率、提高電網運行的可靠性和靈活性。參考文獻中華人民共和國國家能源局．2015年風電產業發展情況[EB/OL]．中華人民共和國國家能源局，(2016-02-02)．/2016-02/02/c_135066586.htm鄭樂,胡偉,陸秋瑜,閔勇,袁飛,高宗和.儲能系統用于提高風電接入的規劃和運行綜合優化模型[J].中國電機工程學報,2014,34(16):2533-2543.嚴干貴,劉嘉,崔楊,穆鋼,李軍徽,葛維春,葛延峰.利用儲能提高風電調度入網規模的經濟性評價[J].中國電機工程學報,2013,33(22):45-52+9.曹詩云.電氣互聯綜合能源系統的分布式優化調度[D].華南理工大學,2020.賈宏杰,穆云飛,余曉丹.對我國綜合能源系統發展的思考[J].電力建設,2015,36(01):16-25."GRID2030"Anationalvisionforelectricity’’ssecond100years.DOEofUnitedStates./eventcalendar/files/20050608125055-grid-2030.pdfCombiningourenergies:IntegratedenergysystemsforCanadiancommunities.GovernmentofCanada.http://publications.gc.ca/collections/collection2009/parl/xc49-402-1-1-01e.pdf.Thefifthframeworkprogramme.EuropeanCommission.http://ec.europa.eu/research/fp5.Japan’’sapproachestosmartcommunity.NakanishiH./2010/downloads/Keynotes/nist.pdf.2030年APEC藍將成新常態.劉景洋,解振華./mrdx/2014-11/26/c133814882.htm.C.Fuerte-EsquivelandA.Martinez-Mares,"Arobustoptimizationapproachfortheinterdependencyanalysisofintegratedenergysystemsconsideringwindpoweruncertainty,"2014IEEEPESGeneralMeeting|Conference&Exposition,NationalHarbor,MD,USA,2014,pp.1-1,doi:10.1109/PESGM.2014.6938792.A.Hajimiragha,C.Canizares,M.Fowler,M.GeidlandG.Andersson,"OptimalEnergyFlowofintegratedenergysystemswithhydrogeneconomyconsiderations,"2007iREPSymposium-BulkPowerSystemDynamicsandControl-VII.RevitalizingOperationalReliability,Charleston,SC,USA,2007,pp.1-11,doi:10.1109/IREP.2007.4410517.王偉亮，王丹，賈宏杰，等．能源互聯網背景下的典型區域綜合能源系統穩態分析研究綜述[J]．中國電機工程學報，2016，36(12)：3292—3305．徐憲東,賈宏杰,靳小龍,余曉丹,穆云飛.區域綜合能源系統電/氣/熱混合潮流算法研究[J].中國電機工程學報,2015,35(14):3634-3642.王英瑞,曾博,郭經,史佳琪,張建華.電–熱–氣綜合能源系統多能流計算方法[J].電網技術,2016,40(10):2942-2951.熊文,劉育權,蘇萬煌,郝然,王玥,艾芊.考慮多能互補的區域綜合能源系統多種儲能優化配置[J].電力自動化設備,2019,39(01):118-126.張文亮,丘明,來小康.儲能技術在電力系統中的應用[J].電網技術