综合能源系统中的综合需求响应研究.pdf

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综合能源系统中的综合需求响应研究 孙伟男,倪靖猛,滕松 ( 国网徐州供电公司,江苏 徐州 ) 摘要:需求响应是刺激需求侧资源参与调度的关键措施.综合能源系统可集成多种形式的能源,为需求响应带来了 新的发展.文章研究了综合能源系统中的综合需求响应项目,介绍了综合需求响应的基本概念和推广价值,并以典型电 力天然气耦合的能量系统为例,分析了综合需求响应的工作原理.然后阐述了欧洲、美国、中国的典型综合需求响应 的工程项目概况.最后,提出了目前综合需求响应项目发展的一些建议,以期为今后的研究和工程实践提供参考. 关键词:综合需求响应;区域能源互联;综合能源服务;示范工程 中图分类号:TM R e s e a r c ho nI n t e g r a t e dD e m a n dR e s p o n s e i nI n t e g r a t e dE n e r g yS y s t e m s S UN W e i n a n,N I J i n g m e n g,T E N GS o n g (S t a t eG r i dX u z h o uE l e c t r i cP o w e rS u p p l yC o m p a n y,X u z h o u ,C h i n a) A b s t r a c t:D e m a n dr e s p o n s e i s ak e ym e a s u r e t os t i m u l a t ed e m a n ds i d er e s o u r c e s t op a r t i c i p a t e i ns c h e d u l i n g E n e r g y i n t e r c o n n e c t i o ns y s t e mc a n i n t e g r a t e v a r i o u s f o r m s o f e n e r g y,w h i c hb r i n g s n e wd e v e l o p m e n t t o d e m a n d r e s p o n s e T h e t e c h n o l o g y o f i n t e g r a t e dd e m a n dr e s p o n s eb a s e do n r e g i o n a l e n e r g y i n t e r c o n n e c t i o nw a s s t u d i e d T h eb a s i c c o n c e p t a n dp o p u l a r i z a t i o nv a l u e o f i n t e g r a t e dd e m a n dr e s p o n s ea n dt h ew o r k i n gp r i n c i p l eo f i n t e g r a t e dd e m a n dr e s p o n s et a k i n gt h ep o w e r n a t u r a lg a sc o u p l i n ge n e r g y s y s t e ma s a n e x a m p l ew e r e i n t r o d u c e d T h e g e n e r a l s i t u a t i o no f t y p i c a l i n t e g r a t e dd e m a n d r e s p o n s e p r o j e c t s i nE u r o p e,t h eU n i t e d S t a t e s a n dC h i n aw a ss t u d i e d F i n a l l y,s o m es u g g e s t i o n s f o r t h ed e v e l o p m e n to f i n t e g r a t e dd e m a n dr e s p o n s ep r o j e c t sw e r ep u t f o r w a r d,a n d t h e r e f e r e n c e s f o r f u t u r e r e s e a r c ha n de n g i n e e r i n gp r a c t i c ew e r ep r o v i d e d K e yw o r d s:i n t e g r a t e dd e m a n dr e s p o n s e;r e g i o n a l e n e r g y i n t e r c o n n e c t i o n;i n t e g r a t e de n e r g ys e r v i c e;d e m o n s t r a t i o np r o j e c t s 收稿日期: 作者介绍: 孙伟男( ) , 硕士, 工程师, 研究方向为储能系 统、 综合能源服务等. 引言 能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础 . 随着化石能源枯竭和环境污染问题的日益严重,清洁能源 的开发成为关注焦点. 年,中国政府发布的 “ 互联网 智慧能源倡议”表明电力、热能、天然气及其它清洁能 源一体化建设是发展能源互联网的必然基础 .随着能源 互联网和综合能源系统的快速发展,各种形式的能源间的 耦合程度愈加紧密,能源生产、输配和消费的联系愈加密 切.近年来,各种类型的可再生能源发展迅猛,源端与受 端多样化发展以及能源传输与设备的革新促使能源系统进 一步耦合 . 需求响应是刺激需求侧资源与能量系统发生交互的关 键措施.在现有的相关研究中,需求响应技术往往被应用 于单个种类的能量系统,例如电力系统.电力用户可以参 与基于价格或者基于激励的需求响应项目以增加、减少或 提前、推迟负荷需求以配合电力调度 .当电力供需不 平衡导致系统稳定运行受到威胁时或存在大量可再生能源 需要消纳时,需求响应项目可以有效地协助维持电力系统 稳定或适应更多的可再生能源 .传统的需求响应项目虽 然具有上述优点,但是往往难以同时满足用户舒适性和响 应效果.舒适性降低,导致大多数电力用户不愿中断或延 迟他们的能源消耗 .因此,单个种类的能量系统需求 响应项目不能充分利用用户侧资源. 综合能源系统的应用为需求响应带来了新的发展.电 力、热能、天然气和其他形式能源的集成使得所有类型的 能源用户都能积极参与需求响应项目.利用能源互联系统 中不同能源间的互补性,非弹性能源负荷也可以在用电高 峰期采用各种其他形式的能源替代电能,从而积极参与需 求响应计划.从电力系统的角度看,所有类型的能源用户 在高峰时段都能减少电力需求,从而可以改善需求响应优 化调度的效果;从用户的角度看,需求侧的能源消耗量几 乎没有改变,从而保持了消费者的舒适性.因此,区域能 源互联系统中实施需求响应项目,将构成更可靠、更经济 的能量系统. 目前,综合能源系统中的综合需求响应的研究已引起 广泛关注.本文将介绍综合需求响应的基本概念,分析其 推广价值.以典型的电力天然气耦合的能量系统为例介 绍综合需求响应的工作原理,简要介绍欧洲、美国、我国 电工技术 新能源 的综合需求响应示范工程的侧重点.最后提出区域能源互 联系统中综合需求响应的发展建议. 综合需求响应的过程分析 以一个简化的带有光伏发电及储能的电力天然气能 源互联终端系统为例,简要说明能源互联系统中综合需求 响应的基本工作原理.该系统主要由一个交流微电网和一 个天然气供应网络组成,系统结构、不同工况下的能流如 图所示.图中箭头方向及数目可标识出能流的方向和大 小. (a)(b) (c)(d) 图几种典型工况下能源互联系统结构及综合 需求响应的能量流动 F i g T y p i c a l s t r u c t u r ea n de n e r g yf l o wo fp o w e ra n dg a s e n e r g y i n t e r c o n n e c t e ds y s t e m ( ) 工况( 如图(a) 所示) :当用户的能源需求平稳 时,配电网和天然气网系统运行平稳.此时综合需求响应 机制未启用. ( ) 工况( 如图(b) 所示) :当用户的电力需求出现 峰值时,用户可以根据综合需求响应机制,自行增加天然 气供应,通过燃气锅炉 (MT)将电力需求转换为天然气 需求,从而降低电力需求负荷峰值,参与电力系统调峰调 度.传统的电力需求响应机制只能通过价格手段或者激励 性政策将一部分电力供应推迟,但是这样将会增加用户的 舒适度成本.而综合需求响应机制不必推迟电力能源供 应,提高了用户舒适度及需求响应效果.同时系统的等效 功率备用得到了提高,提高了电力系统的稳定性. ( ) 工况( 如图(c) 所示) :当电力系统中存在新能 源发电难以消纳时,传统的需求响应机制会调整电力系统 的供应及需求,配电网供应的电能减少、储能装置 (E S S) 储存的能量增加、电力负荷消耗的能量增加.但是传统需 求响应机制弹性较差,仍然会出现弃风、弃光、弃水等问 题.能源互联的综合需求响应机制不仅可以调整电力系统 供应及需求,还可提供更多储能方案,从而极大地提高了 需求响应弹性.由于天然气易于存储,新能源发电可以通 过P G装置将电力系统不能消纳的新能源全部储存为天然 气形式,提高整体系统的效率. ( ) 工况( 如图(d) 所示) :当用户的天然气需求出 现峰值时,用户可以根据综合需求响应机制,自行增加电 力供应,通过P G装置将天然气转换为电力供应.类似于 工况,天然气系统和电力系统形成互补,从而提高用户 的舒适度和系统的可靠性. 综上分析可知,综合需求响应技术可以提高系统效 率,改善系统经济性,提高系统的可靠性及需求响应效 果. 国内外典型案例简介 欧洲 英国从国家政策层面上大力支持电力和天然气一体化 的研究和项目.英国能源和气候变化部和英国创新公司联 合资助了 “ 能源系统弹射”项目.除了国家层面的集成的 电力天然气系统,社区层面的分布式综合能源系统的研 究和应用在英国也得到了巨大的支持 . 曼彻斯特综合能源系统框图如图所示,该项目旨在 有效满足能源用户的电力、燃气和区域供暖需求,区域内 的能源用户可参与综合需求响应项目. 图英国典型综合需求响应项目 F i g I n t e g r a t e dd e m a n dr e s p o n s es t r a t e g y i nB r i t a i n 英国注重能源系统间能量流的集成,而德国则更侧重 于能源系统和通信信息系统间的集成.德国联邦经济事务 和能源部提出了一个国家性的灯塔项目 E E n e r g y . 基于信息通信技术的E E n e r g y工程构建未来多能源系统, 实现能源系统与居民智能家电之间的通信和调度,典型系 统框图如图所示.通过将电力、热力和天然气集成在一 起,能量管理系统可以实施综合需求响应,大大提高了终 端用户能源使用的效率和可靠性.随着E E n e r g y项目的 实施,德国的分布式能源普及率达到了 . 图德国典型综合能源系统 F i g T y p i c a l i n t e g r a t e de n e r g ys y s t e mi nG e r m a n y 新能源电工技术 美国 美国政府发布的 “ 电网 ”概念中含有综合需求响 应相关课题,旨在利用新技术实现电力系统现代化:开发 分布式能源和热电联产以在综合需求响应程序中集成各种 形式的能源. 未来可再生电能传输和管理系统是由国家科学基金会 系统中心于 年首次提出的,提出了一种适用于分布 式可再 生 能 源 和 分 布 式 储 能 设 备 的 即 插 即 用
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