电热综合能源系统中热力管网动态建模及协调运行研究综述.pdf

摘要

电热综合能源系统中的热力管网由于较强的热惯性而具备被动储热能力，可以提高电力系

统的调节能力，为大规模可再生能源并网消纳提供空间。利用热力管网储能的方法可在不

增加额外设备与投资的前提下，仅通过电力、热力系统的协调优化，达到平抑可再生能源

波动性与间歇性、提高可再生能源使用率的目标。该方法已成为目前较具潜力的灵活性提

升手段之一，逐渐受到国内外广泛关注。热力系统本身具有多变量、非线性、时延性等特

点，且热力管网运行调节独立于电力系统调度之外，导致在刻画评估热力管网所具备的调

节能力时，面临电热系统动态建模难以兼容、异质能源系统运行机制难以协调等瓶颈。研

究围绕热力管网动态特性建模及电热协调优化等方面，对利用热力管网热惯性提升电热综

合能源系统调节能力的研究方法展开回顾：比较分析了节点法、元素法、集总参数法、等

效热电路法及能路法等动态建模方法的优劣，剖析了电力系统与热力管网协调运行研究中

的关键要素，并针对进一步研究方向提出了几点建议。

关键词:电热综合能源系统；热力管网；动态建模；优化运行；可再生能源消纳

0引言

电热综合能源系统是应用最广泛的综合能源系统类型之一，电力系

统与热力系统二者运行特性互补，是未来实现高比例可再生能源接入电

网的重要应用场景与载体。电热综合能源系统一直未有十分清晰的定

[1-2]

义，从综合能源系统的定义可知，电热综合能源系统即为集电/热能生

产、传输、转换、存储、利用于一体的综合能源系统。热电联产和冷热

电联供是较早出现的电热综合能源系统的形式，热力发电也是一种热力

系统，由于发电循环可以归入电力系统，故电热综合能源系统可理解为

由常规火电、风/光/水电等电力系统与集中供热系统、区域供冷系统及

储热、储冷等典型热力系统耦合而成，如图1所示。

[3]

图1电热综合能源系统示意图

Fig.1Integratedelectrcityandheatenergysystems

在可再生能源未大规模接入电网前，电热综合能源系统的协调优化

主要以供给侧的协调为主体，即协调发电机组、电网与集中供热热源的

运行，其主要目的为提高能源效率等，对集中供热系统、区域供冷系统

的热力管网、热用户、换热器等部件的运行管理较为粗放，热力管网及

热用户等部件的运行特性也很少被纳入系统优化调度范畴。随着高比例

可再生能源接入电网，热电联产以热定电的模式制约了电力系统的灵活

性，仅从发电和供热的供给端调节不能适应可再生能源大规模接入的发

展形势，故从热力管网、换热器、热用户等热力传输及负荷环节中寻求

新的调节能力提升方式的研究需求日益迫切，电热协调的范围已逐渐

[4]

从能源供给侧扩展到传输侧、负荷侧等。

利用热力管网热惯性提升电力系统调节能力的具体原理是：热源与

热用户间存在一定的空间距离，则管网热源处的高温热媒水需经过一定

的“热量传输延迟”才能到达热用户。也就是说，热量从热源传递到热

用户期间，相当于将这部分热量“储存”在管网中，使得管网具备一定

的被动储热能力。与促进新能源消纳的主动储热技术效果类似，被动储

[5]

热可打破供热量与热负荷实时平衡的刚性约束，提高电热综合能源系统

的调节能力，促进可再生能源消纳。该方法是对已有的管网运行方式进

[6]

行改进，无需增加额外的设备投资，也无需对现有发电系统运行方式进

行大的调整，在可实施性、经济性、可持续性等方面具有优势，故逐

[7-8][9]

渐受到国内外学者广泛关注。文献[11]建立了管道热媒水热量传输过

[10]

程的经验模型，并将其纳入电热协调优化调度模型，结果表明考虑供热

管道在电力调度中的传输延迟可使得风电消纳提升35.5%。文献[12]研

究发现在电热协调优化调度中考虑供热管网的天然储热能力可使风电

消纳提升12.31%。

总地来说