基于弹性测度的综合能源电力规划模型研究

In the energy production and consumption revolution, China is about to enter the comprehensive development stage of the energy system. Due to the role of electric power in the energy system, the integrated energy system will show a trend of increasing the proportion of electricity, while the comprehensive energy planning theory and its research is still in a relatively backward state. The project, based on the coordination of power and primary energy point of view, for the integrated energy system planning method, proposes as follows: (1) Characterization of power and primary energy correlation based on multiregional input - output theory;(2) Construction of energy system model mixed with power system - multiregional integrated energy power system modeling emphasizing power characteristics to meet the actual demand of large-scale renewable energy development;(3) Develop a new method for measuring static and dynamic resilience of the system; (4) Construction of two-layer optimization planning model for integrated energy power system based on system static / dynamic resilience measure and interval planning. Vision: The research results will be verified in real energy and power system planning. For the national energy development strategy transformation, to provide a comprehensive energy power system planning practice basis. For interdependent energy infrastructure planning methods, to make some bedding.

在能源生产及消费革命的推进下，我国即将步入各能源系统综合发展阶段。由于电力在能源系统中的枢纽作用，综合能源系统将呈现电力占比愈来愈高的趋势，而综合能源规划理论及其方法的研究却仍处于相对滞后的状态。本项目将从电力与一次能源协调配置的角度出发，针对综合能源系统规划方法，拟作如下探索 ：（1）基于多区域投入产出理论的电力与一次能源关联性刻画；（2）混成电力系统下的能源系统模型构建——强调电力特征的多区域综合能源电力系统建模，以适应大规模新能源发展的实际需求；（3）研究出系统静态弹性和动态弹性测度的新方法；（4）基于系统静态/动态弹性考量和区间规划的综合能源电力系统双层优化规划模型的构建。愿景：将研究成果付诸于能源电力系统规划的本职工作中，为国家能源发展战略转型提供一个综合能源电力系统规划的实践依据，也为我国在相互关联性能源基础设施的规划方法研究中作些许铺垫。

发展综合能源系统是打破能源系统协调不足的重要战略措施，有助于提高能源综合效率、提高投资效率、增加可再生能源比重、促进节能减排。系统弹性（韧性）刻画受外干扰或冲击作用时，系统性能的偏差，以及之后的恢复能力。在规划阶段开展综合能源电力系统弹性研究具有重要意义，本课题主要研究成果包括： ..（1）提出了基于多区域投入产出模型的综合能源系统能源流平衡方程建模方法。经验证，该方法优点有四：一是模块化的建模过程；二是参数能继承能源系统组件的热力学统计特性；三是有良好的弹性（韧性）研究框架；四是宏观产业和微观能源流均可描述。..（2）构建了强调电力特征的多区域综合能源系统规划模型，并基于开源能源模型平台，开发了相应的软件。主要通过设置了精细化的小时级时间片段、采用动态多区域投入产出模型等措施，考虑调峰、旋转备用等约束，反映了新能源和储能在综合能源电力系统中的影响与作用。 软件实现了多区域投入产出模型框架嵌入、突出了电力系统特征考虑。..（3）针对不同的干扰或冲击来源，提出了综合能源系统静态/动态弹性测度方法。对子系统间的干扰或冲击，借助互联系统局部输入输出稳定定理，给出了判断综合能源电力互联系统动态弹性性能的充分条件；对新能源出力波动等供应侧干扰或冲击，借助部分外源供应失效性的多区域失效性投入产出模型，给出了测度方法；对需求侧干扰或冲击，区别对待短期、长期冲击，对碳减排等长期冲击类型，要考虑产业转型和社会接受度，扩展系统弹性（韧性）概念为适应性概念。..（4）提出了考虑弹性的综合能源电力系统双层优化规划模型。该模型为区间线性-2次双层规划模型，上层目标函数为系统全社会总成本最小，下层目标函数为系统弹性（韧性）取极值。..研究成果具有较强的科学意义和实用性，可将互联系统小增益定理应用领域从独立电力系统拓展到综合能源系统，开展高比例新能源下综合能源系统弹性（韧性）评估，并应用在考虑产业适应性的碳减排路径研究等领域。