多能互补综合能源优化利用评估技术研究

多能互补综合能源优化利用评估技术研究

单联增

北京燃气能源发展有限公司 北京市 100101

【摘要】：随着社会经济和科学技术的发展进步，我国在能源领域也获得了快速发展。能源对于我国国民经济的持续发展起着极为重要的作用，但现阶段却面临着传统能源日渐枯竭的局面，因此如何高效利用风能、水能、太阳能等一系列可再生资源成为解决当前我国能源危机的关键所在。若只是对单一能源进行优化利用，不仅利用率较低，且利用成本高，因此，建立多能互补综合能源系统能够让这些可再生能源和传统能源有机的结合在一起，利用优势互补，将各种能源的效能充分的发挥出来，不仅能够减少传统能源的消耗，还能够实现对可再生能源的高效利用。本文对多能互补综合能源系统的利用以及评估技术进行阐述分析。

【关键词】：多能互补；综合能源优化；优化利用；评估分析

能源在促进我国国民经济的持续发展中起着极为重要的关键作用。而多能互补综合部能源的优化利用评估，就是为了在应用过程中，将不同能源的效能充分发挥出来，实现优势互补的目的，并结合实施过程中可能会出现的各种影响因素，构建出的一项多能互补能源体系，这对于综合能源的优化利用具有十分重要的作用。通过评估法对能源的优化利用进行分析，对每一层的指标信息进行评估，有利于形成更好的多能互补能源综合优化体系，并能够为这些能源的综合利用以及可持续发展提供更为准确可靠的数据支持。

1. 多能互补综合能源体系概述

从广义上来说，对多能互补综合能源的优化利用就是要借助可再生性能源具有的天然互补属性，以及利用新能源和传统能源联合开发的特点，在整个能源体系中调整各种能源的自身情况，填补某种能源由于受损或其他因素导致缺损或出力不足等情况，确保整个能源系统能够维持持续稳定的运行。多能互补综合能源主要包括石油、天然气、煤矿、风能、太阳能、水能、生物质能以及地源热泵等，根据这些能源自身的不同特点，让其相互补充，并对其进行综合利用，从而最大限度的提高能源的利用率。多能互补综合能源体系从架构上工分为五层，具体如图1所示。

图1 多能互补综合能源系统架构示意图

1.1数据源层。为了实现对多能互补综合能源体系的综合利用及管理，运用底层传感数据采集设备来实施数据采集。具体采集的对象包括石油、煤、天然气、水能、风能等的发电量、功率和供热量等数据，为系统的上一层应用提供相应的基础信息。

1.2网络层。借助无线网络、互联网、移动互联网2G/3G/4G/5G以及光纤等网络通信技术，将能源数据传输到数据层。

1.3数据层。对所有数据进行存储、处理和分析，存储区域内所有用户的历史数据、实时数据、空间数据以及应用数据，并借助大数据技术进行数据挖掘，空间数据是将区域内的地理信息系统空间数据进行存储，以便供地理信息系统进行能源展示使用以及能源监视，应用数据则是存储了平台系统的应用分析报表等相关的所有数据信息，同时平台也留有系统之家的交互接口以及上报接口。

1.4应用层。对所有能源进行综合利用和管理，主要包括传统能源监测、新能源监测、对能源特性进行分析、对能源实施优化配置、能源优化评估以及调峰调蓄策略等。

1.5展示层。基于地理信息系统等技术用能信息实现可视化展示，主要包括报警图、能流图、图形报表以及能源的优化战展示等等，借助可视化技术将平台系统中的监视、分析、报警、优化过程实现可视化展示。有利于促进整个平台系统的交互展示，让操作与展示呈现出更好的效果。

2.多能互补综合能源利用评估体系

2.1选取原则

多能互补综合鞥能源利用优化评估设计到能源的每个方面，根据实际的评估结果，能够检测出能源配置的不足之处，并对此给出合理的指导性意见。构建评估体系的目的就是要提高能源利用率，增加不同能源的互补性，有效解决目前能源紧缺的难题。评估指标的选取应遵循以下原则，详见表1。

表1 多能互补综合能源优化利用评估指标选取原则

2.2如何评估

根据上述评估标准，评估过程共分为三个层次。第一层是总体性评估指标，第二层是概括性评估指标，第三层是具体性评估指标，共包括供能可靠率、电压稳定率等13个指标，具体如下：

（1）功能可靠率。该评估指标能够反映出每种能源的发电量总和与比值。在公式Ng=>aiQi/Q中，ai表示综合能源体系中本次能源的占比情况；Qi表示能源体系中次能源的发电量；Q表示预期发电总量。当Ng大于1时，说明能源相互间的互补性高；反之，则说明互补性较低。

(2）年平均综合能源设备故障率。这个也需要通过比值进行计算。Nh代表设备可靠性。在公式Nh=>hi/>Si中，hi表示设备故障的时长；Si表示设备使用的时长。Nh的数值越小，说明电力系统的电网调度越小。

(3）电压稳定率。电力系统由于受到波动影响，都会对系统运行的稳定性造成影响，我们用Nu代表电力系统的稳定系数，并依据合理范围内的电压总时长来测试。Nu系数越大，表示电力系统运行越稳定。

(4)频率偏差率。这一评估指标能也能反映系统运行的稳定性，Nf代表电力系统的恢复能力，数值越大说明系统运行越稳定。

(5）系统出力波动率。这时用于计算利用综合能源时发电设备的输出功率是否稳定的数据。系统出力波动率越小，则说明能源相互之间的互补性越好。

(6)峰谷差率。这个评估指标是用于检测能源系统承受波动的程度，峰谷差率越小，则说明系统更加稳定。

(7）投资收益比。为了确保综合能源系统得到更好的发展，因此其经济性也不容忽视。投资收益比数值越大，则说明系统的经济性越好。

(8）优化配置比。只看投资收益比不能反映出各种能源在系统中的互补性，优化配置的数值越小，说明系统的经济性越好。

(9）优化效率。单一能源利用率和综合能源利用率相比，数值越大说明利用率越高。

(10）碳硫排放减少率。用综合排放量与传统排放量比值做评价指标，碳硫排放量越小，说明能源越环保。

(11）清洁能源消纳率。这是环保评估的主要指标，是能源系统实际发电量和最大发电量的比值，比值越大说明系统越环保。

(12）用户满意度。用户满意度=实际电压/期望电压，数值越高说明满意度越好。

(13）用户参与度。用户的舒适度也是评估的标准之一。参与综合互补能源系统用户总量/总用户量，其数值越大，说明用户的参与度也越高。

3.多能互补综合能源优化利用效果评估分析

根据模糊数学当中的隶属度理论，模糊综合评估方法将定性平均转变成定量评价，这样得出的结果清晰且系统性较强，可以较好的将难以量化等问题得到解决，适合解决各种非确定性的问题。次用模糊评估法对多能互补综合能源的优化利用效果进行评估，运用最大隶属度原则和模糊线性变换原理，充分考虑到被评价目标的各种相关因素，最后得出评价结果。多能互补的综合能源优化利用效果评估流程如图2所示。

确定状态因素集和评判集

确定单指标因素权重系数矩

确定单指标因素权重系数矩阵A

模糊综合评估

处理并展示最终评估结果

图2 多能互补综合能源优化利用评估流程图

3.1确定状态下的因素集

设定U是包含各种评判因素的集，将其中的因素按照一定的标准进行分组。将性质相似的因素放在一组，设定U当中的因素为I组。其中U是高层因素集，U_i为低层因素集（i=1,2......）。根据具体性评估指标，综合评估因素集U={U,U₁,U₂,_U3,U₄,U₅}={安全稳定性指标，互补可靠性指标，用户满意度指标，经济性指标}，。处于最底层的单因素是U₁至U₅，U1={U₁₁，U₁₂}={每年平均的综合能源设备故障率，供能可靠率}，U₂包括U₂₁，U₂₂，U₂3和U_24，分别是频率偏差率，电压稳定率，峰谷差率和系统出力波动率；U₃包括U₃₁，U₃₂和U₃₃，也就是优化配置比，投资收益比以及优化效率；U₄包括U₄₁和U₄₂，即清洁能源的消纳率和碳琉排放减少率；U₅包括U₅₁和U₅₂，也就是用户能源优化的参与度以及用户实际电压和预期电压比值。

3.2设置权重系数和评判集

设定V代表评判集，包括V₁,V_2,V₃，......Vn。适用于评判任何一层或任何一项因素。再设定A_i为U_i当中不同因素的权重数集，根据U_i当中每项因素的重要程度进行分配。同样，高层因素集可设定A为U当中各项因素的权重数集，再根据U当中的每项因素的重要程度进行分配。由低到高将多能互补综合能源的优化利用评估结果分为六个等级，如表2所示。

表2 各等级表示的考核结果

评判集可以用V=黑，红；橙；黄；蓝；绿表示

参考文献:

1. 王盛,丁一.考虑多能互补和负荷不确定性的区域综合能源系统优化定容与资产利用效率分析[J].全球能源互联网,2019,000(005):P.426-432.

2. 华煌圣,刘育权,熊文,等.考虑综合能效水平的能源系统多目标优化运行[J].南方电网技术,2018,012(003):81-84.

3. 张利,韩群雁,刘思圆,等.基于能源互联网的多能源系统综合优化规划[J].智能电网（汉斯）,2018,008(006):P.571-579.

4. 徐玮,曹敬.探析多能协同下的综合能源系统协调调度策略[J].应用能源技术,2019,000(003):31-33.

5. 刘宁,邵山,罗玉琴.多能互补综合能源系统运行优化建议[J].电气牵引,2019,000(001):P.12-14.

6. 陈俊材,朱琳,钟藩远,等.多能互补分布式能源系统架构及综合能源系统设计[J].电子设计工程,2020,28(9):176-178,183. DOI:10.14022/j.issn1674-6236.2020.09.038.