多能互补系统发展综述

姚江　陈良耳　成艺斌　刘嘉雯

摘要：我国现有的能源系统已由单一能源转变多能源系统，但可再生能源利用率低等问题一直困扰着能源系统的发展，为了有效缓解这些问题，多能互补系统的概念便应运而生。本文首先对多能互补系统的基本原理进行了介绍，其次简述了国内外的发展现状，最后对多能互补系统的发展方向进行了论述。

关键词：多能互补;能源利用率;优化调度;协调收益

0前言

为应对日益严重的能源危机和环境污染，各国政府选择大规模开发风电、太阳能等可再生能源作为解决方法，这些可再生能源具有无污染、可再生、蕴藏量大等特点，被认为传统化石燃料最理想的替代品。我国的传统的能源结构以火力发电为主，具有能源资源与负荷需求逆向分布的特点，随着近些年来可再生能源的快速发展，我国能源结构中可再生能源所占比例逐步增加，但是由于风电、太阳能等可再生能源具有显著的不确定性和间歇性的特点，在实际应用过程中的“弃风”、“弃光”的问题十分普遍^[1]。同时，可再生能源的大量接入，极大影响了原有的能源系统的安全稳定运行，对能源系统来说是巨大的挑战。

为了解决由于可再生能源的接入所产生的上述问题，提出了多能互补系统容的概念。多能互补系统主要由电力、天然气及各类可再生能源等多种能源系统通过协调互联的方式构成，通过这种方式来满足当地用户对于多种能源的不同需求^[2]。

1多能互补的基本原理

利用多种能源互补的特性，能够有效地缓解能源利用率低等的问题，提高能源开发和利用率。根据各类不同的类型能源的特点及运行管理模式，合理规划包括风能、太阳能、天然气等各种类型能源，通过建立多能互补系统，协同“源-网-荷-储”多种类型的能源，进而缓解风能、太阳能等可再生能源的消纳问题，提高系统的供电可靠性和能源利用率。

現有的能源系统中，不同的能源之间运行管理和特性存在着较大的差异，怎么协调系统中的多类型的能源是多能互补系统的发展重点。一般将多能互补系统分为两种模式，即位于电源端的多能互补系统和位于负荷终端的多能互补系统。其中位于电源端的多能互补系统，按照各类能源的特点进行互补，形式包括风-光互补、风-光-水互补、风-光-水-火互补等等，通过利用不同类型能源之间的互补特性，来达到降低多能互补系统的整体出力的间歇性和不确定性^[3]。通过引进储能装置，系统可以实现实时追踪各类型可再生能源的出力情况，进而实现缓解可再生能源消纳的问题。位于负荷终端的多能互补系统主要是通过利用热电联产和热电联产等相关技术，满足终端用户的电、热、冷、气等多种能源的需求，实现能源的梯级利用。

2多能互补系统的发展现状

多能互补系统是以包括风能、太阳能、天然气等各种类型能源在内的多种能源系统互补的综合能源系统，能够有效缓解风能、太阳能等可再生能源的消纳问题，提高系统的供电可靠性和能源利用率。由于多能互补系统的众多优点，因而得到了世界上多数国家和地区的重视。

最早的综合能源系统的概念是由欧洲提出的，并将其作为重点项目来实施。其中，丹麦通过制定相应的补贴政策，该政策针对可再生能源的结合项目进行补贴，大力推进了当地太阳能与生物质相结合的供热电厂的发展。美国早在2007年颁布了能源独立和安全法，力求开展对于在电力、天然气等供能系统综合规划的研究。

我国对于多能互补系统的研究起步较晚，对于多能互补系统的研究还有待深入^[4]。我国和新加坡合作开展了苏州多能互补示范工程，是国内的规模最大的热电联供系统，系统包括太阳能、地源热泵和微型风电等多类型能源，并开展能源互联网云平台、电网需求侧管理等多个前沿项目^[5]。

3多能互补系统的发展趋势

3.1多能互补优化调度

大多数利用可再生能源发电技术的出力具有较强的间歇性和波动性，当其大规模发电并网后，势必给原有的系统带来巨大的挑战。同时由于不同能源之间存在的差异性，若没有对多能系统中的各类能源相互之间进行协调，将会导致能源利用低、系统的稳定性差以及系统的自愈能力低等多方面的问题。通过多能互补协调调度的方式，能够有效提高电力系统中可再生能源的消纳能力，解决现在普遍存在的“弃风”“弃光”问题。

利用多能互补系统的特性，能够实现较好的能源综合利用，目前常见多能互补的实现方式包括微电网、热电联产、虚拟电厂等。微电网是由负荷和各类型微电源构成的小型的发-配-用电系统，微电网既可以独立于大电网运行，又可以并网的运行。热电联产系统是多能互补系统的典型形式，通过建立能量的梯度利用的方式，满足终端用户的电、热、冷、气等多种能源的需求，进而提高能源的利用率。虚拟电厂建立在先进的通信、控制及软件技术基础上，通过高层次的软件架构，整合多类型的分布式电源，作为一种特殊的电厂参与到电力系统中。

3.2多能互补协调收益

多能互补系统的运行将涉及“源-网-荷-储”多个主体的利益，能否协调和处理好这些主体相互之间的利益关系，是多能互补系统持续稳定发展的关键。从能源侧来看，通过建立相应的评估机制，在评估在系统运行过程中的各个能源主体的贡献度的基础上，制定多类型能源的协调互补机制，进而提高系统整体的收益。从用户侧来看，由于热电联产系统的存在，终端用户将享受到系统所提供的提供电、热、冷等综合能源服务，从传统的单一的电力能源消费者转变为了综合能源消费者。由于多能互补系统涉及到多个主体之间的利益，如何协调主体之间的利益关系变得十分重要。

4结论

近年来可再生能源在能源结构中所占比例逐步增加，可再生能源具有显著的不确定性和间歇性的特点，在实际应用过程中的并不理想，建立多能互补系统，能够有效提高可再生能源的利用率，实现多类型能源的综合利用。本文对多能互补系统的基本原理、发展现状进行了介绍，并对多能互补系统的发展方向进行了论述，望能够味多能互补系统的发展提供参考。

参考文献

[1]胡泊，辛颂旭，白建华，张运洲.我国太阳能发电开发及消纳相关问题研究[J].中国电力，2013，46（01）：1-6.

[2]徐航，董树锋，何仲潇，施云辉，王莉，刘育权.基于多能互补的电/热综合需求响应[J].电网技术，2019，43（02）：480-489.

[3]于波，孙恒楠，项添春，张鹏.综合能源系统规划设计方法[J].电力建设，2016，37（02）：78-84.

[4]黎静华，桑川川.能源综合系统优化规划与运行框架[J].电力建设，2015，36（08）：41-48.

[5]李佩聪， 席菁华. 多能互补园区的成长与阵痛[J]. 能源， 2018， 000（001）：28-32.