综合能源系统仿真模型

综合能源系统仿真模型，一类自下而上模型。对能源供应和需求技术进行详细的描述，需求和技术的发展则作为模型外生的情景假设，情景假设通常基于技术模型和计量经济预测做出。比较适合于中短期研究，丰富的技术信息有助于解释大部分的能源需求。

化石能源的枯竭和环境日益恶化的双重压力下，综合能源系统的概念应运而生。综合能源系统的相关研究已经得到国际社会的广泛关注，然而其可靠性评估研究仍处于起步阶段。首先介绍了综合能源系统的定义、典型结构以及发展意义等，进而对其可靠性评估的研究现状及亟待解决的问题进行了归纳，最后围绕亟待解决的问题，从模型、算法及评价指标系统3 个方面对综合能源系统可靠性评估未来的研究方向进行展望。

综合能源系统涉及电、气、冷/热等多种不同的能源形式，各种能源形式在生产、传输、消费及存储等环节中存在明显的特性差异，同时它们之间还存在复杂的相互转化和耦合关联。此外，相对于传统的单一供能系统，能源系统与信息通信技术的深度融合使得综合能源系统的运行模式发生显著的变化。上述特性给综合能源系统可靠性评估的建模、算法及评价指标带来了一系列的问题，基于大数据、云计算以及机器学习的可靠性评估建模，充分利用信息流实现系统运行状态准确模拟和快速评估的可靠性评估算法，针对不同供能形式特性的可靠性评价指标体系将是综合能源系统可靠评估未来的研究方向。 2100433B

由于提高能源综合利用率、促进可再生能源开发利用以及保证能源供应安全可靠等一系列的优势，综合能源系统的发展已经得到国际社会的广泛关注，成为国际能源领域重要的战略研究方向。美国早在2001 年就提出了综合能源系统的发展计划，更于2007 年将综合能源系统的研究上升到国家能源战略的高度。欧洲和日本等70 余个地区和国家促进能源可持续利用的角度，开展了一系列的综合能源系统研究计划，并综合能源系统的概念、运行方式及经济性分析等方面的研究已取得了初步的成果。

相比国外，我国的综合能源系统研究也已经起步，并有一系列的研究成果发表。有研究人员将综合能源系统的相关研究归纳为建模与仿真、规划、运行与优化控制、安全性理论与方法、效益评估与运营机制等几个方面，具体分析了国内外综合能源系统的研究现状，针对我国综合能源系统发展中面临的一些问题给出了相应的建议，并指出我国综合能源系统的研究发展是关乎国家能源安全、涉及国家社会经济发展的战略问题。

由此可见，国内外综合能源系统的相关研究已经在综合能源系统的概念和框架、多能流分析与计算、建模与仿真、规划与运行控制以及经济性分析与优化等方面取得了初步的成果。然而，作为系统规划与运行的基础，针对综合能源系统可靠性评估的相关研究仍处于起步阶段。

能源是人类赖以生存和发展的基础，是经济社会的命脉。由于煤炭、石油等传统化石能源不可再生，提高能源利用效率、开发新能源、加强可再生能源综合利用，就成为解决社会经济快速发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择，在这样的背景下，综合能源系统的概念应运而生。综合能源系统是以电力系统为核心，打破供电、供气、供冷、供热等各种能源供应系统单独规划、单独设计和独立运行的既有模式，在规划、设计、建设和运行的过程中，对各类能源的分配、转化、存储、消费等环节进行有机协调与优化，充分利用可再生能源的新型区域能源供应系统。

把针对一个地区、一个城市或者一个城镇，在研究中计及电力、热力、天然气供应网络及其耦合关联，称之为区域或者城市综合能源系统；如果更多关注分布式能源终端及其耦合关联，则称为分布式综合能源系统。

发展综合能源系统对提高能源利用效率、促进可再生能源开发利用、提高国家基础设施利用率和能源供应安全具有十分重要的意义。

首先，通过电、气、冷/热等多种不同形式能源的供应系统在生产和消费等环节的协调规划和运行，综合能源系统可以实现能源的梯级利用，有效提高能源综合利用效率。例如利用燃气轮机或燃气内燃机燃烧天然气发电，对做功后的余热进一步回收，用来制冷、供暖和制备生活热水，实现对能源的阶梯利用，提高能源的综合利用效率。

其次，综合能源系统可以充分利用多种能源的时空耦合特性和互补替代性，弥补可再生能源具有明显的间歇性和随机波动性等问题，促进可再生能源的开发利用。例如，通过大量储热的方式消纳可再生能源，采用可再生能源发电制氢等。

另外，以供电为核心，电、气、冷/热等供能系统本身存在紧密的耦合关联，电能供应的终端可能导致其他供能系统停运，因此通过多个供能系统的协调规划和运行，可以避免单纯加大某一供能系统投入提高其安全系与自愈能力带来的弊端，从而有效提高多种能源供应的安全和可靠性。与现有的供电、供气、供冷/热一样，安全、可靠、经济是人们对综合能源系统最基本的要求。可靠性评估可以用定性或者定量的指标反映系统的能源供应中断的风险水平，从而指导综合能源系统的规划、运行等生产实践活动。随着经济社会的发展，人们对能源供给的可靠性要求越来越高，综合能源系统与电、气、冷及热等多种负荷在物理上直接相连，确保综合能源系统的供能可靠性显得尤为重要，开展其可靠性评估研究具有十分重要的意义。