文章導讀：隨著城市高效低碳供能需求的不斷提升，傳統獨立能源系統向多能協同的綜合能源系統升級已是大勢所趨。園區綜合能源系統作為多能互補的重要載體，近年來被廣泛關注。本文重點從多能負荷預測、資源稟賦評估、能源設備建模、規劃優化方法、系統仿真評估幾個方面分析園區綜合能源系統規劃輔助決策技術的現狀與難點，為讀者提供一套園區綜合能源系統的規劃思路。

園區綜合能源系統多能協同規劃輔助決策技術

蔣一博

國網（蘇州）城市能源研究院

近年來，隨著能源與信息技術的革新，以及對清潔低碳、安全可靠、智能開放、高效互動等能源管理目標的不斷追求，綜合能源系統成為社會各界共同關注的熱點領域。綜合能源系統可按其供能范圍分為區域級、園區級、建筑級系統。其中園區綜合能源系統是能源互聯網與智慧城市在地理和功能上的重要載體，當前綜合能源系統的相關研究與工程示范也大多圍繞著園區級系統展開。

具體來看，園區綜合能源系統一般以供能網絡為骨架，以能源站為樞紐，在園區內實現源、網、荷、儲互動，電、氣、冷、熱各類異質能源互補。近十年來，大量理論研究及工程實踐證明，系統規劃方案的科學與否將極大程度的影響未來系統運行性能。而系統規劃需考慮園區功能、能源政策、能源價格、負荷水平、資源稟賦等一系列影響因素，是一項宏觀統籌與微觀優化相結合的復雜綜合性工作。研究表明，通過數學計算與經驗決策相結合的方式來實現綜合能源系統規劃是目前一種切實可行的實施路徑。一方面通過數學方式刻畫園區能源系統的基本特征，并采用優化算法確定系統供能技術路線與設備容量的理論最優值；另一方面通過能源政策、園區特征等宏觀標準來判斷數學規劃方案的適用性，通過反饋完善，導出符合實際園區發展需求的最佳規劃方案。在該技術方案中，基于數學優化的園區綜合能源系統多能協同規劃輔助決策方法是其中一項關鍵技術，需突破如下幾點關鍵子技術。

多能負荷預測與資源稟賦評估技術是“輸入保障”。多能負荷預測與資源稟賦評估技術實質上是利用數學方法來描述系統規劃的外部環境，負荷與資源預測的精準與否將直接影響最終規劃方案的合理性。綜合能源系統負荷預測的難點在于系統涉及電、氣、冷、熱等多種不同能源形式，一方面各類能源的物理特性存在差異；另一方面不同能源負荷之間會相互影響。因此在單一能源系統中采用的負荷預測方法往往難以直接在綜合能源系統中套用。而資源稟賦評估技術則更加依賴歷史數據挖掘與大數據分析，從而找到風能、輻照強度、地熱等本地資源的規律。

分布式能源設備建模技術是“數學基礎”。園區綜合能源系統可看作不同能源設備的有機結合。而系統規劃輔助決策技術本質上是利用數學建模將實際物理系統轉化為數學模型，并通過數學分析計算找到物理系統特征的過程。設備建模方法種類繁多，按模型是否隨時間變化可分為穩態模型與動態模型兩類。一般認為在系統規劃工作中采用設備的穩態模型即可。綜合能源系統中能源設備可被看作不同能源形式間的“轉換器”，能源轉化效率是其中的關鍵參數。目前多數研究為簡化計算，將設備能源轉化效率設置為定值。由于設備在不同的工作點具有差異化的效率，也有研究進一步建立了設備效率與運行狀態間的關系。

系統多能協同優化規劃模型是“決策助手”。該模型以系統未來預測數據、能源供用設備參數、能源價格等數據為輸入，在系統投資經濟性、碳排放指標、綜合能效等不同目標下，考慮區域內源、網、荷、儲不同環節的相互影響，計算系統設備及網絡的最優配置方案，其本質為數學優化問題。一般而言，園區能源系統規劃分為設備規劃與網絡規劃兩個部分，二者統一優化才可獲得理論最優方案。但由于綜合能源系統網絡模型相對復雜，并且實際工程的要求也難以完全嵌入數學模型中。因此目前的主流規劃方法是首先根據系統能量平衡來選擇供能設備并確定其容量，再根據實際工程要求確定各設備地理位置與電網、管網的分布。一般情況下該方法均可有效處理系統規劃問題。但該方法目前無法直接分析園區集中式供能與分布式供能的區別，部分與網絡之間關系密切的特殊供能設備，如第五代供熱技術，也難以采用該方法分析。

運行策略優化及仿真評估技術是“細節管理”。在系統規劃方案確定后，還應對系統的運行策略進一步優化，從而充分體現系統的多能互補優勢和供能靈活性。綜合能源系統由于囊括了多種不同類別的能源設備，因此其運行優化的難點在于如何合理安排各類設備的配合原則以及設備和供能網絡間如何銜接。傳統能源站的運行模式一般為以熱定電或以電定熱，此類運行策略往往限制了系統的功率調節能力。因此近期的相關研究均打破了以熱定電或以電定熱的約束，轉而采用數學優化模型來計算系統中各設備的最佳工作狀態。可以認為系統運行策略優化是在多能協同規劃優化基礎上的精細化處理，二者均不可缺失。由于在優化過程中，設備與網絡模型均進行了一定程度的簡化。因此在解得系統運行方式后，還應采用專業的運行仿真工具來檢驗結果的可靠性，并對系統性能進行綜合評估。

綜上所述，園區綜合能源系統多能協同規劃輔助決策是一項包含負荷預測、資源評估、設備建模、規劃優化、運行優化、仿真模擬等子領域的復雜技術。在未來能源互聯的大背景下，園區綜合能源系統作為城市能源精細化管理的重要載體，將會是社會持續關注的熱點話題。系統多能協同規劃輔助決策技術與經驗決策的結合運用將成為園區綜合能源系統規劃的典型方法，服務城市能源系統整體發展。

專家介紹:蔣一博，博士，國網（蘇州）城市能源研究院城市能源規劃咨詢中心研究員。主要從事綜合能源系統規劃、多能網絡建模仿真、新能源技術、儲能及分布式能源優化運行策略研究。曾先后參與國家自然科學重大基金項目、863項目、973項目等科技項目。發表SCI、EI檢索論文十余篇，ESI高被引論文一篇。