综合能源系统IES国内外研究现状和发展趋势

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为了进一步提高全国能源系统的清洁能源比重，促进分布式能源和热点联供技术的应用，美国于2001年首次提出了IES发展计划[4]。奥巴马总统通过推进智能电网国家战略，意图加快IES的发展与应用，实现IES的高效能、低投资、智能灵活和安全可靠[5, 6]。加拿大国会于2009年通过了推动IES研究与应用的报告，同年9月加拿大内阁能源委员会颁布指导意见，意见首次提出社区综合能源系统（Integrated Community Energy System, ICES）概念。欧洲是最早提出IES并将之付诸实践的地区之一，实施了微网与多微网（Microgrids and More Microgrids）项目、泛欧网络（Trans-European networks）和智能能源（Intelligent Energy）等大批具有国际影响力的项目[7]。英国工程与物理科学研究会（Engineering and Physical Science Research Council，EPSRC）资助了大批关于不同能源间的协调、可再生能源并网、以及建筑能效提升等诸多方面87478

在亚洲地区日本是最早开展IES技术研究的国家。为了进一步推进可再生能源得发展以减少温室气体排放，缓解国内的环境压力，日本于2009年计划构建覆盖全国的IES。2010年，日本成了智能社区联盟（JSCA），将推进ICES研究作为目标，试图实现ICES与交通、供水和医疗系统的整体优化与运行。论文网

我国对IES较为关注，清华大学、东南大学、天津大学、中国电力科学院等多所高等院校和科研单位在IES理论和方法上开展了诸多研究。

2 IES研究现状

总的来说，IES研究在国内外均刚刚起步，且目前尚无统一定义。国外将研究重点放在能源链的优化和智能电网与相关系统的协同增效创新，国内强调在综合网架基础上不同能源子系统的互动、协作、互补和集成优化[10, 11]。尽管有所区别，但都存在几下几个特点：

1）从结构上看，IES由煤、石油、天然气、热力、可再生能源等不同形式的能源组成，通过综合能源网络实现各种能源之间的相互交互与耦合。

3）从需求终端看，IES用户包含了商业建筑、工业、农业、交通网等，能源需求形式包含电、热、冷、气等。

4）从技术手段看，IES的规划、运行及控制管理涉及通信技术、数据处理、金融市场等，其研究和应用设计多个学科与多种技术。

目前关于IES的研究主要集中在建模、规划和能量管理三个方面。

（1）IES建模

在建模方面存在两种截然不同的思路。第一种思路首先建立各个设备的子模型库，然后通过子模型的组合构成IES的网络模型[12]。由于关于各个子设备已有较多研究，因此这种思路已得到较为理想的研究成果，在工程中也得到了一定的应用。但是该思路无法深刻揭露IES的运行机理[13]。第二种思路试图从物理、数学或综合的角度构建IES能量环节的统一模型，目前已有的模型有energy hub模型、广义网络流模型和过程模型等。

“energy hub”模型由Swiss Federal Institute of Technology学者提出，该模型在物理层面上采用hub接口描述电力生产商和消费者之间的关系，在数学层面使用潮流矩阵表示生产商和消费者之间的能量流关系，对于储能装置则采用连续方程进行描述。该模型已成功应用于系统运行优化、潮流计算和系统安全性问题等[14-17]。广义网络流模型由美国学者Ana Quelhas等人提出，该模型应用图论理论描述综合能源网络的能量流关系，详细反应IES中能量转换、传输与存储等各个过程的特性，已应用于IES的经济性研究[18-20]。过程模型由斯坦福大学的Charles A。 Kang 等人提出，他们使用不同的模块表示IES内部不同的能量转换与传输过程，通过模块内部关系（质量守恒和能量守恒等）构建IES的运行优化模型[21]。