不同应用场景下多能互补综合能源系统优化关键技术研究
主要研究内容 研究背景及意义 “碳达峰碳中和”力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标 《国家发展改革委国家能源局关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导竞见》源网荷储一体化和多能互补发展是实现电力系统高质量发展的客观需要，是提升可再生能源开发消纳水平和非化石能源消费比重的必然选择，对于促进我国能源转型和经济社会发展具有重要意义 《“十五五”现代能源体系发展规划（2026-2030）》以国家能源安全新战略为统领，锚定“双碳”目标，坚持先立后破、系统观念、创新驱动、市场化改革，推动能源生产消费方式深刻变革增强能源供应链韧性与智慧化水平。 如何构建经济、安全、可靠的可再生能源多能互补系统？ 主要研究内容 基于多源及数据缺失的多时间尺度资源评估及预测技术 /太阳能光伏，光热系统集成及优化技术 基于量调节的电热综合能源系统运行调度研究 新型长时储能系统容量配置和运行优化研究 联合储能系统的容量配置-运行调度协同优化研究 主要研究内容 基于多源及数据缺失的多时间尺度资源评估及预测技术 /太阳能光伏，光热系统集成及优化技术 基于量调节的电热综合能源系统运行调度研究 新型长时储能系统容量配置和运行优化研究 联合储能系统的容量配置-运行调度协同优化研究 国家级多区域可再生能源多能互补系统部署路径研究 基于多源及数据缺失的多时间尺度资源评估及预测技术（1/4） 现有研究的不足 纯数据驱动的预测技术在多云天气下预测准确率低 、山区等复杂地形下预测精度下降 温合型深度学习算法 融合智能云影识别的混合深度学习预测方法 (2015)新增设备：天空成像仪 输入：晴空系数、规格化气象参数等历史时间序列数据从地表天空图像或卫星数据中提取的图片数值化信息算法：SACI-HyDL算法输出：未来的晴空系数、辐照度 研究内容及结果 √首次将结合天空成像和传感器时间序列的混合型深度学习算法用于15min太阳能真射辐射和产能预测，准确度提高11%√预测系统在实际太阳能工业现场稳定运行超过3年。 不同天气情况下和不同时间尺胺的预测效果 基于多源及数据缺失的多时间尺度资源评估及预测技术（2/4） 趋势性部分+周期性部分（傅里叶变换）+稳定部分（CARDS） 现有研究的不足 神经网络模型在数据缺失情况下准确率大幅下降 神经网络模型算力要求高，预测结果不稳定 基于多源及数据缺失的多时间尺度资源评估及预测技术(2023) 新增设备：天空成像仪算法：云动模型+CARDS复合滚动预测模型 研究内容及结果 南京和福建两地光伏电站超短期（15min）年平均准确率为：南京为97.3%：福建为97.8%：南京和福建两地光伏电站超知期（4h）年平均准确率为：南京94.9%，福建94.6%南京和福建两地光伏电站短期（24小时，15分钟步长）：南京92.2%，福建92.3% 基于多源及数据缺失的多时间尺度资源评估及预测技术（3/4） 现有研究的不足 数据量激增导致算法运行时间显著增加 分布式发电超短期预测精度有待进一步提高 基于改进云图特征和数据二维提纯的超短期光伏功率预测混合模型（2025） 新增设备：天空成像仪 算法： 基于LAB颜色空间像素点聚类和量化的云图特征提取算法基于改进信号分解和时间序列交叉验证的混合深度学习预测算法 研究内客及结果 √预测模型的NRMSE和MAPE分别降低了16.5%和4.9%√预测运行时间显著缩短了26.4%。 基于多源及数据缺失的多时间尺度资源评估及预测技术（4/4） 创新性成果 预测方法创新：提出基于天空云图等微气象信息的功率预测方法，通过与常规数据驱动预测方法的定量技术比较，验证了该方法的优越性。 预测模型创新：基于气象影响机理和数据分层剥离解耦方法，分别建立可再生资源评估和多时间尺度功率预测模型降低了数据缺失对预测精度的影响，有效提升了资源评估和功率预测的准确性，节省了算力。 One-step ahead shtymamkalsystern coved hytrid model 主要研究内容 基于多源及数据缺失的多时间尺度资源评估及预测技术 太阳能光伏，光热系统集成及优化技术 基于量调节的电热综合能源系统运行调度研究 新型长时储能系统容量配置和运行优化研究 联合储能系统的容量配置-运行调度协同优化研究 国家级多区域可再生能源多能互补系统部署路径研究 太阳能光伏系统集成及优化技术（2/4） 海上漂浮式光伏系统的功率衰减机制呈现出独特的海洋环境耦合特征，高盐雾、高湿度和机械载荷波动，盐雾中的氯离子和钠离子会共同穿透封装材料，加速电荷迁移。 空气湿度较高时，光伏组件中更容易发生腐蚀，导致组件的并联电阻、输出功率和填充因子的下降，这样电势诱导衰减(PID)效应会显著地影响组件的发电效率。PID前后I-V曲线和P-V曲线的对比图。 太阳能光伏系统集成及优化技术（3/4 海上光伏系统数字李生模型构建及技术应用研究 太阳能光伏系统集成及优化技术（4/4） 海光系统一体化仿真平台：包含项目基本信息（地点、场站容量、汇集井网方案，支撑结构形式等）、海洋环境数据层、光伏阵列模块、电气设备模块、支撑结构模块、腐蚀计算模块、仿真集成模块设备库等。 太阳能光热系统集成及优化技术（1/3） 光热发电系统建模研究 含塔式镜场、塔式吸热器、槽式集热场、储罐、上下盐管、换热器、主蒸汽管、汽轮机和空冷岛等模块模型各模块模型计算结果和厂家提供的理论值误差基本在2%以内，个别参数误差在5%以内。模型简图如图所示。 太阳能光热系统集成及优化技术（2/3） 该平台基于延庆光热实验平台和青海共和50MW光热电站开发 软件功能：计算镜场每分钟投射能量、余弦损失和反射损失等参数：吸热器出口熔盐流量、温度、效率、热损等参数：冷热罐罐内熔盐温度质量、液位、散热量和出入口熔盐流量等参数换热器中过热器和再热器入口冷热盐流量和混合后熔盐温度以及过热器、再热器、蒸发器和预热器模块的相应参数：汽轮机抽汽压力、温度、炝值、抽汽量等相关参数：空冷岛背压、温度：厂用电中在线厂用电和外购厂用电以及各个模块模型的效率等参数。 软件界面：使用MALAB软件编写各模块模型和系统运行调度模型程序，集成为熔盐塔式光热电站性能评估模型软件，界面展示如下， 太阳能光热系统集成及优化技术（3/3） 光热发电系统运行调度研究 通过R-PSO算法优化运行判新参数阅值，并非力求电站基一天的总发电量最大，而是根据未来气象数据预设当天运行判断参数阅值，控制第二天汽轮机开始暖替启动的时间。从而达到运行优化计算时间内总发电量最大。 主要研究内容 基于多源及数据缺失的多时间尺度资源评估及预测技术 太阳能光伏，光热系统集成及优化技术 基于量调节的电热综合能源系统运行调度研究 新型长时储能系统容量配置和运行优化研究 联合储能系统的容量配置-运行调度协同优化研究 国家级多区域可再生能源多能互补系统部署路径研究 基于量调节的电热综合能源系统运行调度研究（1/4） 现有研究的不足 绝大多数IES是基于质调节的，供能设备运行效率低、经济性差 不考虑IES调节时引起的水力过渡过程 考虑水力热力动态特性的电热综合能源系统的双层多目标质调节策略(2022) 调度方式：量调节优化目标：经济性和碳排放 优化框架：双层多目标模型：热力动态模型，水力解变流模型 研究内容及结果 √提出基于量调节的NSGA-II和Gurobi算法的双层优化方法，在最佳点实现100%的利用率，相较于单层算法，运行成本和碳排放量分别降低了39.5%和13%/讨论了供热子系统的量调节引起的水力过过程，在本文获得的最优调度策略下，IES中管网的水力运行安全在安全值内。 基于量调节的电热综合能源系统运行调度研究（2/4） 现有热网调节技术的不足之处 质调节：供能设备运行效率低、经济性差 模型解耦：忽略水力、热力相互影响的本质 求解速度：求解速度慢，无法满足电热IES调控的要求 基于机理和数据双驱动的综合能源系统供热管网水力热力耦合动态模型（2023） 耦合动态模型更准确描述了普网的水力和热力动态过程数据驱动模型实现快速求解目标， 基于量调节的电热综合能源系统运行调度研究（3/4） 风光不确定条件下考虑水力稳定性和能量共享的多社区综合能源系统调度优化研究（2024） 本节建立了一个考虑能量共享和水力动态过程的双层优化框架，将复杂优化问题分解为两个相对简单的单日标子问题，分别考虑水力动态特性和运行经济性，并将能量共享从系统约束转化为运行过程提高优化精度。 ·外层：水力稳定性优化通过送代算法优化求解 决策变量：各个IES的供热比率约束条件：供热比率约束。Za,-1aSa,Sa. ·内层：经济性优化，通过Gurobi优化器求解 ，优化目标：MCIES运行总体经济性mis（元）-++元决策变量：各个设备的运行出力 约束条件：能流平衡约束，设备运行约束，能量共享约束 基于量调节的电热综合能源系统运行调度研究（4/4） 创新性成果 调度策略创新：提出一种基于量调节的电热综合能源系统调度方式，通过量调节和质调节的定量技术经济性比较验证了量调节方式的优越性。 Malti-objective bi-levelelectrie-thsystem eoasidmal and m',Wenia Ji 系统模型创新：基于机理和数据驱动方法，分别建立供热管网的水力热力耦合动态模型，有效提升了综合能源系统中供热管网描述的准确性，节省了算力。 Hydronlie-thermal coupling dynomic models based on mechanism andInta-driven methods of the heating networks in integrated energy systenn 优化模型创新：提出了基于量调节的多目标双层优化方法同时考虑经济性和碳排放量，拓展了综合能源系统规划研究的理论方法。 Optimal dispatching of muli-ccstability and energy shering 主要研究内容 基于多源及数据缺失的多时间尺度资源评估及预测技术 太阳能光伏、光热系统集成及优化技术 基于量调节的电热综合能源系统运行调度研究 新型长时储能系统容量配置和运行优化研究 联合储能系统的容量配置-运行调度协同优化研究 国家级多区域可再生能源多能互补系统部署路径研究 新型长时储能系统容量配置和运行优化研究（1/3） 现有储能技术的不足之处 >蓄电池储能：单位容量投资成本高、运行寿命短 Y.He,S.Gusndmulti-olpacity optimization ofwind-photovoltaic hybrid power system2021:229-113779 新型长时储能系统容量配置和运行优化研究（2/3） 现有研究不足 现有研究紧焦于可再生能源多能互补发电系统，少有研究涉及高品位热能供应的100%可再生能源热电联产系统现有研究通常考虑可靠性·经济性容量优化，尚无研究同时考虑技术可靠性-经济性-环保性-能源效率的高维多目标优化 新型长时储能系统容量配置和运行优化研究（3/3） 创新性成果 The quantitative techno-econonie ccmparisoas and multi-objectiveeoesidering diflerent energy storage technologies 储能形式创新：提出一种基于电加热器-熔盐储热-汽轮机组的新型储能系统及机理模型，通过不同储能系统的定量技术经济性比较验证了熔盐储热系统的优越性 Yi He, Sa Cee', Jistam thot, Fomg We. Jiag Hexig, Hanin P
