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|南网科学研究院团队特稿：面向工程应用的用户级综合能源系统规划


团队介绍

|南网科学研究院团队特稿：面向工程应用的用户级综合能源系统规划
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【|南网科学研究院团队特稿：面向工程应用的用户级综合能源系统规划】周长城 ， 南网科研院配电技术研究所 ， 工程师 ， 中国电机工程学会分布式发电及智能配电专业委员会学组成员 。 研究方向为综合能源技术和配电网运行控制技术 。 作为项目骨干参与了《工业园区多元用户互动的配用电系统关键技术研究与示范》等国家级科技项目 ， 《面向多能互补的区域综合能源系统的计算分析与规划关键技术研究》、《分散式风力发电高比例接入配电网关键技术研究》等南方电网公司重点科技项目等 ， 参与了多项配网规划和运行控制相关行业标准、团体标准和南网企标的编制工作 。

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郭祚刚 ， 博士 ， 南网科研院配电技术研究所 ， 高级工程师 ， 任中电联综合能源服务标准化工作组委员 ， 研究领域为综合能源技术研发 。 作为项目负责人参与了南方电网公司重点科技项目《面向多能互补的区域综合能源系统的计算分析与规划关键技术研究》 ， 作为项目联系人参与了南方电网公司配用电重大专项《综合能源系统规划设计技术与运营机制研究》 。
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马溪原 ， 博士 ， 高级工程师 ， 主要从事多能互补综合能源系统、新能源发电并网技术、微电网技术的研究 ， 任全国太阳能光热发电标准化技术委员会、能源行业风电标委会风电场并网管理分技术委员会委员 。 参与了《工业园区多元用户互动的配用电系统关键技术研究与示范》等多项综合能源相关国家级和公司级重大课题研究 。
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胡洋 ， 工程师 ， 主要从事微电网、新能源并网相关技术研究 。 作为技术骨干参与了南方电网公司重点科技项目《面向多能互补的区域综合能源系统的计算分析与规划关键技术研究》 。
导语
本文面向工程实际提出了一种用户级综合能源系统规划方法 ， 以实现新建用户级综合能源系统相关设备容量的合理配置 。
该方法以系统全规划周期建设和运行成本最低为目标 ， 以设备最大利用小时数反映负荷及分布式电源运行水平 ， 避免了模型对负荷及分布式电源功率预测精度的依赖性；同时 ， 根据用户对不同形态、不同压力及温度的热负荷需求 ， 对相关设备的型号和容量进行了细化建模 ， 可以更精准地满足用户用能需求 。
医院和工业园区的2种用户级综合能源系统仿真算例验证了所述方法的有效性 。 此外 ， 相关能源价格和可选设备容量等关键因素的灵敏度分析表明了所述方法对未来多变政策环境和技术发展的适应性 。
项目研究背景
随着分布式能源技术的不断进步 ， 冷、热、电、气等多类型能源在生产、需求侧的耦合程度不断加深 ， 用户级综合能源系统是实现多能互补、梯级利用的有效方式 。
本文依托2016年国家重点研发计划项目《工业园区多元用户互动的配用电系统关键技术研究与示范》和2018年南方电网公司重点科技项目《面向多能互补的区域综合能源系统的计算分析与规划关键技术研究》有关成果 ， 为新建的用户级综合能源系统提供了一种切实可用的设备容量配置方法 ， 在保证用户正常生产生活的前提下 ， 提升用能经济性 。
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论文所解决的问题及意义
现有相关研究存在不足之处 ， 一是对负荷预测、分布式电源功率预测准确性依赖程度高；二是部分研究在规划时未考虑设备可选容量的离散化特征；三是对不同品质的热负荷细化区分程度不足 。
针对上述问题 ， 本文提出了面向工程实际的用户级综合能源系统规划方法 ， 为新建用户级综合能源系统的规划提供了切实可行的技术手段 。
论文方法及创新点
首先 ， 建立了用户级综合能源系统的整体模型和关键设备模型 ， 描述了各类能源在长期运行中的转换与流动关系 。
其次 ， 提出了包含前期资料收集、负荷预测、天然气冷热电联供系统容量预配置、设备选型与容量配置四个主要步骤的规划流程 ， 并建立了用户级综合能源系统优化规划模型 ， 模型以全规划周期建设和运行成本最低为目标 ， 考虑了功率约束、能量约束、设备运行约束和用户场地约束等条件 ， 并通过Matlab 调用YALMIP工具包和CPLEX求解器进行求解 。
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图1 用户级综合能源系统能流示意图
最后 ， 分别以医院、工业园区的用户级综合能源系统为典型算例 ， 验证了所述方法在不同用能类型和用能特性场景下的有效性 ， 并对设备年最大利用小时数、用户电负荷占比、天然气价格等关键因素进行了灵敏度分析 。
结论
本文提出了一种基于最大利用小时数的用户级综合能源系统规划方法 ， 面向工程实际建立了以系统全规划周期建设运行成本最低为目标的MILP 模型 。 通过算例分析 ， 计算出了设备最佳选型方案 ， 验证了模型的合理性 。
关键参数的灵敏度分析结果表明设备的年最大利用小时数应与对应类型的用户负荷最大利用小时数相匹配 ， 且相同条件下 ， CCHP因其高能量利用效率相比于其他单一能量供应设备具有经济性优势；天然气价格变化会大大影响系统的建设运行成本 ， 当天然气价格突破临界值时 ， 用户将不再选择CCHP作为主要供能设备 。
引用本文
周长城, 马溪原, 郭祚刚, 胡洋. 面向工程应用的用户级综合能源系统规划[J]. 电工技术学报, 2020, 35(13): 2843-2854. Zhou Changcheng, Ma Xiyuan, Guo Zuogang, Hu Yang. User-Level Integrated Energy System Planning for Engineering Applications. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(13): 2843-2854.


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