综合能源系统（1）——综合能源系统基本定义与内涵

综合能源系统关键技术与典型案例　何泽家，李德智主编

综合能源系统基本定义

综合能源系统(Integrated Energy System，IES)的概念最早产生于热电联产领域，侧重于热电系统的协同优化，而后逐渐扩展丰富，涉及电、热、冷、天然气等多个能源子系统的产、输、储、用以及转换等多个环节的协同互补。同时，与综合能源系统相关的理论研究和工程项目也较为丰富，如美国、加拿大、欧洲、日本等均结合各自的需求较早开展了综合能源系统的相关研究，我国也相继启动了相关科技项目和示范工程项目，对综合能源系统的技术发展与应用落地起到了积极的推动作用。

目前，学术界对于综合能源系统的基本定义为：以电力系统为核心，耦合热、冷、天然气等多种能源子系统，在规划、建设及运行过程中从物理层面进行“源-网-荷一储”各环节的有机协调与优化运行，从而形成的产、供、消一体化系统。综合能源系统的基本内涵可以概括为“多能互补、协调优化”。其涵盖了电力、煤炭、石油、天然气、可再生能源等多种能源资源，统筹集中式和分布式能源类型，实现多元能源供应的充分互补。以智能电网为基础，实现与热力管网、天然气管网、交通网络等多种类型网络互联互通，发挥储电、储热、储冷、抽水蓄能等储能灵活资源的调节能力，有效调动需求侧资源的响应潜力，可实现多能源系统间的横向多能互补与纵向协调发展，从而构建能源多元供应体系，推动能源供给革命。

综合能源系统是能源互联网的重要物理载体，其示意图如图2-1所示。综合能源系统由能源供应网络、能源交换环节和广泛分布的终端用能单元构成，它将电力、燃气、供热、供冷、供氢等多种能源环节与交通、信息、医疗等社会基础支撑系统有机结合，通过系统内多种能源之间的科学调度，实现可再生能源高效消纳、综合能源高效利用、用户安全经济用能等目的。同时，通过多种能源系统的有机协调.还有助于消除不同能源系统供能瓶颈、延缓能源供应系统建设，提高各能源设备出利用效率。
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综合能源系统特征与功能

1、综合能源系统特征

综合能源系统的核心理念是通过各级、各类能源网络的互联互通、供给设施的共享和消费过程中的综合利用，实现信息驱动的综合能源系统资源优化配置，促进各类能源的互补互济、合理转化，从而优化能源供应结构、提高能源利用效率、促进清洁能源开发利用，最终实现能源消费的零碳化。综合能源系统的特征主要体现在以下3个方面。

1)互联互通
由于不同能源系统发展的差异，供能往往都是单独规划、单独设计、独立运行，彼此间缺乏协调，由此造成了能源利用率低、供能系统整体安全性和自愈能力不强等问题。针对上述情况，需要从协同规划的理念出发，将多种类型的能源系统有机耦合，提供一个多种能源综合利用的物理平台，充分发挥不同能源的互补特性和协同效应，在更大范围内实现能源系统资源优化配置，提升系统灵活性，提高可再生能源消纳能力和系统综合能效。
综合能源系统涵盖了供电、供气、供暖/供冷、供氢和电气化交通等能源系统，互联互通是在综合能源系统“源-网-荷-储”纵向优化的基础上，充分利用各类能源系统中能源终端消费需求的不同时空分布特性和互补耦合特征，对多种供能系统进行横向的协调优化，实现能源的梯级利用

应与需求的整体平笔，间时，泛互联下的综合能源系统，可商效利用这域内的光电转换、光热转换、风电转换、地热转换等集中或分布式转换手段，满足用户侧电冷。热、气多元化负荷需求，实现多种可再生能源互补利用和优化匹配，促进风、光等强间歇性可再生能源消纳，推动能源结构低碳化、能源利用集约化以及能源服务智能互动的转变。

2)综合利用
相较于目前消费形式和消费用途一一对应的能源消费体系，综合能源系统将各种能源资源综合性输入，依照不同能源品位高低进行综合互补利用，并且依照设定的能量配合关系实现不同能源形式的转换，以达到最佳的能源利用效率。

传统能源利用模式下，大部分能源消费在时间分布上具有很强的刚性，在能源高价格时段下将大幅增加用能成本。在基于多能协同管理的综合能源网络中，用户需求侧响应行为可实现用能种类转换(纵向)与时间转移(横向)相结合，充分利用目前通信、分布式储能、分布式能源转换技术，有效激发负荷柔性。在终端消费时，用户也能通过选择不同种类的能源达到同样的效果，打破了传统能源消费形式与消费用途之间一一对应的关系，实现了能源综合利用和用户侧选择性消费。能源间相互耦合与相互替代的特点为需求侧提供了在不同能流间改变用能方法的能力，为实现综合能源网络中供需双方的双向互动、促进能源消费者转换为产消者提供了重要的切入方向。

因此，在新兴的能源综合利用模式下，综合能源系统可以发挥传输便捷，传输损耗小，分布式光能、风能等清洁能源接纳能力强的优势，打破不同能源品类之间的壁垒，充分调动各类异质能源子系统参与资源优化配置，推动能源电力由单一化供应模式转变为多元化供应模式，实现各种能源的高效利用，降低用能成本，达到经济、环境、社会效益总体最优的结果。

3)优化共享
共享是综合能源系统互联互通、综合利用的必然路径，综合能源系统具有能源、信息、价值三流合一的开放与共享特征。

能源共享方面，综合能源系统依托多能源传输耦合网络，将各类能源设备和负荷资源通过互联实现聚合与优化配置，在能源生产、消费、传输、储存的全产业链条中实现能源层面的互补互济、共享交互，推动传统能源单向模式向互联、共享发展模式转变。

信息共享层面，借鉴互联网思维，构建面向系统内部与外部用户的业务应用与管理信息平台，依托信息通信技术，在能量流的基础上提升信息流领域的信息传输、存储与处理能力，对内支撑综合能源传输网络运行，对外提供综合型服务。同时开展多行业合作，共享资源，打破业务边界，为能源管理提供多种信息资源与决策支撑。

价值共享层面，借鉴平台经济与共享经济思维，建设互惠共赢的综合能源生态圈，创新去中心化的新机制与新模式，打通各区域、各节点、各主体间的服务流、信息流、资金流，推动实现能源系统优化运行分散决策、主网与分布式微能网双向互动及高附加值综合能源服务，有效提升资源要素在大范围内的配置能力与效率，为区域协调发展提供支撑。