多能互补综合能源电力系统的建设模式研究

摘要：多能互补综合能源电力系统整合了电力、热力、天然气、氢能等多种能源形式，通过多种能源的协同调度，实现能源的高效利用和节能减排。探讨了多能互补技术的核心原理和综合能源系统的结构与功能，并分析了能源转化和调度机制。在此基础上，详细讨论了多能互补系统的建设模式，包括分布式与集中式能源的融合、区域级与城市级的综合能源方案，以及能源互联网与智能电网的协同发展，以期为多能互补系统的推广应用提供技术参考。

关键词：多能互补"综合能源系统"优化调度"智能电网"能源互联网

Research"on"the"Construction"Mode"of"Multi-Energy"Complementary"Integrated"Energy"Power"System

JU"Yihong

Zhenjiang"Power"Supply"Company，State"Grid"Jiangsu"Electric"Power"Co.，"Ltd.，"Zhenjiang，"Jiangsu"Province，"212002"China

Abstract："The"multi-energy"complementary"integrated"energy"power"system"integrates"various"energy"forms"such"as"electricity，"heat，"natural"gas，"hydrogen"energy，"etc.，"through"the"cooperative"dispatch"of"multiple"energy"sources，"achieving"the"efficient"utilization"of"energy"and"energy"saving"and"emission"reduction."The"core"principle"of"multi-energy"complementary"technology"and"the"structure"and"function"of"integrated"energy"system"are"discussed，"and"the"mechanism"of"energy"conversion"and"dispatch"is"analyzed."On"this"basis，"the"construction"mode"of"multi-energy"complementary"system"is"discussed"in"detail，"including"the"integration"of"distributed"and"centralized"energy，"the"integrated"energy"scheme"of"regional"and"city"level，"and"the"coordinated"development"of"energy"Internet"and"smart"grid，"in"order"to"provide"technical"reference"for"the"promotion"and"application"of"multi-energy"complementary"system.

Key"Words："Multi-energy"complementation;"Integrated"energy"systems;"Optimized"Dispatch;"Smart"grid;"Energy"Internet

随着全球能源需求的不断增长和环保意识的增强，现代社会中，传统的单一能源供应模式已经难以满足对高效、清洁、可靠的能源需求。多能互补综合能源系统作为一种新型能源供应方式，已经成为解决能源问题的重要途径，其通过整合电力、热力、天然气、氢能等多种能源形式，能够实现能源的高效利用和灵活调度。本文对多能互补综合能源系统的理论基础、能源类型和优化调度方法，以及特定的建设模式进行深入的研究，旨在为未来的能源系统建设提供参考。

1"多能互补综合能源系统的理论基础

1.1"多能互补技术的核心原理

多能互补技术将多种能源资源进行整合，利用不同能源的互补特性，提高整体能源利用效率。多能互补技术利用热电联产机组或燃料电池等能源转换装置，将一种能源形式转化为另一种，以达到满足不同负荷需求的目的。例如，热电联产机组同时产生电力和热力，使能源的综合利用率得到提高。多能互补技术还通过储能装置实现能源的时空转移，以进一步增强系统的灵活性和可靠性，核心公式可以表示为

式（1）中：Etotal表示系统的总能量输出；Ei表示第i种能源形式的能量输入；ηi表示第i种能源形式的转换效率。

1.2"综合能源系统的结构与功能

综合能源系统（Integrated"Energy"System，"IES）是一种集成了多种能源形式（如电力、热力、天然气、氢能等）的复杂系统，其主要结构如图1所示。

能源生产单元包括风力发电机、太阳能光伏板、热电联产机组、燃料电池等多种能源生产设备。这些设备负责将一次能源（如风能、太阳能、天然气等）转化为二次能源（如电力、热力等）。能源转换存储单元包括能源转换设备（如热泵、电锅炉、燃气轮机等）和储能装置（如电池、储热装置、储气罐等），这些单元可以通过储能技术实现不同能源形态之间的转换，平滑能源供给和需求之间的涨落。终端用户对能源使用的精细化管理可以通过智能量控系统来实现[1]。

2."多能互补系统的能源类型与优化调度

2.1"电力、热力、天然气、氢能等能源类型分析

在多能互补系统中，电力、热力、天然气、氢能等能源类型各自拥有独特的特性和应用场景，高效的能源利用可以通过协同优化实现。（1）电力是能源形式中最常见的一种，具有传输方便、使用灵活、适用于各种终端设备及工业工艺的特点。（2）热力包括广泛应用于采暖、热水供应和工业加热领域的热水和蒸汽，可与电力生产相结合，通过热电联产，提高能源利用效率。（3）天然气既可作为发电燃料，又可直接用于取暖和烹饪，能量密度更高，碳排放更低，是一种清洁的化石燃料。（4）氢能可以通过电解水制氢气后储存，再经燃料电池转换成适合长周期储能和运输领域的电能和热能[2]。

2.2"多能互补系统的优化调度模型与算法

多能互补系统中，常见的优化调度模型包括混合整数线性规划、非线性规划和动态规划等。这些模型通常考虑能源生产、转换、存储和消费等多个环节，以最小化系统运行成本或最大化能源利用效率为目标。例如，典型的优化调度模型Ctotal可以表示为

式（2）中：T表示时间周期：Cgen，t、Cconv，t和Cstor，t分别表示在时间t的发电成本、能源转换成本和储能成本，约束条件包括能源供需平衡、设备容量限制和储能状态方程等。通过求解这个优化模型，可以得到各能源设备在不同时间点的最佳运行策略[3]。常用的优化算法包括遗传算法（Genetic"Algorithm，GA）、粒子群优化（Particle"Swarm"Optimization，"PSO）和内点法等，这些算法能够有效地处理复杂的约束条件和大规模的数据集，确保多能互补系统在实际运行中的高效性和经济性。

3."多能互补综合能源系统的建设模式

3.1"分布式能源与集中式能源的融合模式

在多能互补综合能源系统的建设中，分布式能源（如屋顶光伏、小型风力发电机、热电联产机组等）靠近用户侧部署，能够减少传输损耗并提高局部能源自给率。集中式能源（如大型火电厂、风电场、太阳能电站等）则提供大规模、稳定的能源供应[4]。通过智能调度和能量管理系统，这两种能源形式可以实现优势互补：分布式能源在高峰时段提供灵活响应，而集中式能源则确保基本负荷需求。

3.2"能源互联网与智能电网的协同建设模式

能源互联网是利用物联网技术，使各种能源生产和消费设备之间实现数据的实时采集传输分析，从而支持灵活的能源交易和分布式管理，实现多种能源形式的无缝对接和优化配置，以提高整个能源系统的智能水平和运行效率，从而更好地满足用户需求并促进可持续发展。通过与智能电网的协同建设、能源互联网和智能电网的相互结合，能够实现对能源的高效利用和管理[5]。同时，在满足用户需求的基础上，对多种能源形式进行有效整合，能够提高整个能源系统的运行可靠性和灵活性，从而实现对能源的可持续利用，并促进能源的可持续发展。

4"多能互补综合能源系统的建设案例分析

4.1"案例背景与系统设计

某市实施了一个多能互补综合能源系统项目，通过整合风力发电、太阳能光伏、生物质能和热电联产等多种能源形式，构建了一个高度集成的能源系统。系统设计包括大规模的风力发电场和屋顶光伏发电系统，用于提供清洁电力；热电联产机组和生物质锅炉则为城市提供热力和部分电力；还配备了电池储能系统和储热装置，以平衡供需波动。

4.2"系统运行中的调度与优化

在城市多能互补综合能源系统的运行中，该系统采用先进的能源管理系统、数据采集与监控系统，对各种能源设备的运行状态和能源供求状况进行实时监控。系统可以通过预测模型和优化算法，对各种能源装置的操作策略进行动态调整，从而达到能源的最佳配置。

4.3"多能互补系统的实际应用效果分析

多能互补系统在实际应用中取得了显著的效果，如表1所示。与传统能源系统相比，多能互补系统总能源消耗减少了15%，电力和热力供应分别增加了16.7%，天然气消耗下降了50%，二氧化碳排放减少了40%，运营成本降低了18.8%，可再生能源占比从10%提升到50%，能源自给率从30%提高到70%，储能系统的利用率达到了80%，有效平衡了供需波动。多能互补系统还减轻了电网负荷，减少了10"MW的峰值负荷。以上这些数据显示，多能互补系统不仅提高了能源利用效率和经济性，还显著降低了环境影响，提升了系统的可靠性和用户满意度。

5"结语

多能互补综合能源系统为今后能源的利用提供了一条新路径，使能源能够以多种方式整合起来，达到高效转化协调控制的目的，从而在提高能源利用效率的同时，也使系统更具灵活性和稳定性，以应对现代社会日益多元化的能源需求。多能互补综合能源系统在区域和城市层面的建设中，以分布式与集中式能源的相互融合与智能电网的协同发展，使能源互联网得到了进一步的发展。未来，通过不断优化调度模型和技术创新，该系统将在能源转型和可持续发展中发挥更大的作用。

参考文献

• 张海宁.多能互补综合能源电力系统的建设模式研究[J].装备维修技术，2024（4）：65-67，72.
• 王雪妍.基于电-碳-绿证联合交易的多能互补系统优化运行研究[D].西安：西安理工大学，2024.
• 张涵.基于多能源互补的综合能源电力系统分析[J].电子技术，2022，51（11）：288-289.
• 葛怀宇，贾燕冰，韩肖清.考虑季节互补特性的电–气综合能源系统容量规划[J].中国电机工程学报，2023，43（1）：147-158.
• 时盟，庄镇宇，姚晶.多能互补综合能源电力系统的建设模式初探[J].中国设备工程，2021（11）：192-193.