能源系统

把碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局，以经济社会发展全面绿色转型为引领，以能源绿色低碳发展为关键，构建以新能源为主体的新型电力系统，是新时期党和国家赋予能源领域的重要使命。建设多能互补综合能源系统，就是以“横向多能互补、纵向源网荷储协调”的核心思想和综合化的发展理念、智能化的发展手段、准中心化的发展模式，保障以新能源为主体的新型电力系统高质量构建，推动我国能源系统清洁化转型的同时兼顾能源供应的可靠性和经济性，最终实现全社会、全产业链的经济脱碳与安全脱碳。

详细讲解了新一代配用电系统的典型特征和关键技术。在谈到全球能源互联网的本质内涵时，高峰认为，能源互联网是一种互联网理念、技术与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的新型生态化能源系统。其以可再生能源优先、以电力为基础，通过多种能源协同、供给与消费协同、集中式与分布式协同，大众广泛参与，实现物质流、能量流、信息流、业务流、资金流、价值流的优化配置，促进能源系统更高质量、更有效率、更加公平、更可持续。

《多能智慧耦合系统》报告于2022年09月发布。随着可再生能源（如光伏和风能）的发展，考虑到可再生能源自然是间歇性和随机的，大规模采用可再生能源将对能源供应安全带来技术挑战，而多能源耦合系统可能会缓解这一挑战。多能源耦合系统可以增加整个能源系统的灵活性，平衡可再生能源的波动。此外，多能量耦合系统还可以提高能量利用效率。 该报告阐述了多能源耦合系统和服务的概念、在碳中和背景下面临的机遇和挑战；介绍了多能源智能耦合能源系统的关键技术；分析了多能源智能耦合能源系统国际标准的发展现状、多能源智能耦联能源系统的标准化需求及发展前景。

综合能源是能源互联网体系的重要一环，承载了能源互联网与电力体制改革发展的双重使命。为有力推进电力体制改革，切实规范、促进综合能源市场健康有序发展，建立集中与分布式协同、多元融合、供需互动、高效配置的能源生产与消费体系。 综合能源服务系统以中国西电集团有限公司所属的西安西电电力系统有限公司企业园区为载体，融合清洁低碳的能源供给、绿色高效的能源消费、智慧协同的能源管控、集约共享的能源服务，构建源、网、荷、储综合能源系统，打造企业级综合能源示范基地，成为西电集团能源创新应用示范和参观展示窗口。

随着人工智能技术特别是强化学习在能源优化调度领域的深入研究，将系统状态表示为向量用于学习的模式，其训练效率与信息利用率较低。针对这一问题，提出了一种融合图神经网络模型与强化学习的综合能源系统优化调度方法。首先，将电-热-气综合能源系统建模为图结构数据，充分利用系统的拓扑信息。其次，提出了基于图神经网络架构的强化学习模型，使其可以充分利用图结构信息实现更快的训练速度，获得更大的探索空间。最后，将表示系统状态的图结构信息送入该模型进行训练，算例仿真验证了该方法的训练效率与探索能力。

本项目属于能源动力与信息技术交叉领域。 当前，我国正以“清洁低碳、安全高效”为目标推进能源生产与消费革命，并大力发展“互联网+”智慧能源以实现多元化能源系统的供需动态平衡。依托热电联产机组，在工业园区内建设集中式蒸汽热网公用基础设施，能显著提升工业园区能源效率，降低工业用能成本，减少环境污染，这同时也对工业园区供热系统的安全性、可靠性、供汽品质、能效提出了更高要求。本项目基于工业互联网、大数据、人工智能和建模仿真等新一代信息技术研制了信息系统与物理系统融合的智慧蒸汽热网运行调控平台。采用“基于数字孪生模型的预测，基于预测的决策”的技术路线，构建了“物联感知-建模仿真-状态分析-优化决策-精准调控”的智慧互联蒸汽热网系统。基于工业互联网对复杂系统的连接能力，工业大数据和工业机理模型相结合的分析能力，智能并行计算的定量寻优能力，本项目实现了大型工业园区多源环状蒸汽热网系统的全时空感知、全要素联动、全过程优化。

随着能源耦合的发展及我国碳市场的不断完善，传统电力需求响应已不满足双碳背景下多能耦合的综合能源系统(integrated energy system, IES)发展现状。为提高IES的综合需求响应(integrated demand response, IDR)能力，建立了考虑碳市场与电−氢储能的园区−用户双层模型。其中上层模型为考虑电−氢储能投资成本、碳市场履约成本及电/气/热多能耦合的IES模型；下层为包含可转移、可削减电热负荷的用户模型。然后引入运营商作为园区管理者，以运营商净收益最大、用户成本最小为目标函数，构建了运营商−用户主从博弈框架。最后算例仿真分析了碳市场环境下园区的需求响应效果，以及园区碳排放强度对IES系统碳排放的影响，并配置了不同情况下园区的电−氢储能，结果验证了所建双层模型及其互动方法的有效性。

企业能源管理的不足包括能源消耗的监测和分析不够精细、能源浪费和损耗难以有效识别和纠正、能源使用和节约意识不足等问题而AI智能分析和全域物联技术可以发挥重要作用，通过实时数据采集和智能分析，帮助企业精确监测能源消耗，识别潜在浪费和损耗并提供个性化的节能建议。全域物联技术能够实现设备和系统的互联互通，提供全面的数据集成和管理，从而实现能源系统的优化控制和协同管理。这些技术的应用将帮助企业提高能源利用效率，降低能源成本，推动可持续发展。

针对气电综合能源系统低碳调度问题，气网混氢、碳捕集、电转气均是有效的技术手段，同时碳交易机制也是控制碳排放的有效经济手段。因此，本文构建了含富液罐和贫液罐的碳捕集电厂模型，结合电转甲烷技术模型，灵活回收利用系统中的CO2；同时，构建了气网混氢技术模型提高能效，并考虑气网混氢时节点热值变化约束，以奖励式碳交易成本和运行成本之和为目标函数；最后基于改进的比利时20节点天然气系统和IEEE 39节点电力系统模型开展算例测试，结果显示综合考虑碳捕集、气网混氢和奖励式碳交易机制能提高系统低碳经济调度水平，同时调节碳价和奖励系数能灵活调节系统碳排放水平。