文_陈晓雨 北京燃气能源发展有限公司

虽然近些年国家一直在深入推进可再生能源技术研究和应用，但由于关键技术层面的限制，使得多能互补能源综合系统建设在我国还面临多方面技术限制，因此分析这些技术限制并探析发展前景，才能更好地推动多能互补能源综合利用水平不断提升。

1 理论解析

1.1 多能互补能源综合利用

多能互补能源综合利用系统是相对于传统分布式的应用模式而言，具体是指将各种能源资源进行综合性输入，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，实现转换，以达到能源最佳利用效率的能源利用网络系统。多能互补的应用，能够通过多种资源组合模式，在区域范围内建设一体化的集成功能基础社会实践，从而实现多能协同供应，提升能源综合梯级利用水平，为解决我国能源紧缺、结构不平衡现状提供具体操作路径。

1.2 多能互补的提出与发展

据相关文献，我国学术界关于多能互补的研究起始于20世纪80年代初期，主要是将各种能源进行综合利用，对于同一主体在不同生产时期采用不同的能源供给方式，此时的研究与应用处于能源互补的初级阶段。进入20世纪90年代，更多的学者将多能互补与生态产业、良性循环等概念结合研究，多能互补的应用范围也得以拓展。但直到2010年之后，关于多能互补方面的研究在数量和质量层面才得以深度发展，不同学者从更加细化的方面对技术研究、推广应用等进行深度分析，推动了我国能源综合应用水平的不断提升。

2 多能互补能源综合利用关键技术研究现状

2.1 技术研究现状

基于多能互补研究文献变化趋势可以发现，2016年之后，我国关于这方面的研究几乎呈直线上升状态，这一现象与国家相关部门在2016年相继推出《关于多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》《关于推进互联网+智慧能源发展的指导意见》等具有较为密切的关系，使得这方面的技术研究进入高速发展阶段。如以某框架结构建筑为例，提出以太阳能耦合地源热泵、回收新风系统、毛细管末端辐射、风光互补发电为基础的多能互补系统；微电网概念提出的Metropolis准则与天牛搜索算法结合改进，合理安排机组出力，降低并网模式下微电网运行的总发电成本；基于大数据技术的多能互补能源体系的优化策略，横向多源互补和纵向“源-网-荷-储”协调系统提出，以及大数据在能源互补各个方面的具体应用形式等。

2.2 技术应用现状

自2016年国家能源局组织评选《首批多能互补集成优化示范工程》以来，我国各地区在多能互补项目建设方面的投入力度不断增加，运行类别由原本的终端一体化供能系统和风光水火储多能互补系统两种基本形式，朝向多元化、大范围、智能化方向发展。尤其是在地域范围层面，由原来以中西部地区应用为主，朝向全国范围内推广。截止2020年底，河北崇礼多能互补综合示范工程、山东济宁“太阳能+”多能互补工程、鲁能海西700MW多能互补工程、张家口“奥运风光城”多能互补集成优化示范工程、中国华能多能互补能源基地等多个项目都进入不同运行阶段。

3 多能互补能源综合利用关键技术

3.1 规划设计技术

规划设计是多能互补能源综合利用技术的前提程序，在传统的能源利用模式中，能源利用之间的协同优化较为简单，没有考虑不同能留系统的耦合，并且建模和分析方法具有较为明显的差异。目前在这方面的研究中，部分学者开始将大数据技术和人工智能算法技术导入模型规划中，实现了对能量的转换、分配、存储等环节的分别建模，并以此指导规划设计。例如，一种基于日前经济优化调度的综合能源系统结构，其具体设计模式如图1所示。

图1 基于日前优化的多能互补综合能源系统结构图

3.2 能量管理技术

能源管理系统的作用主要是基于信息流实现对能量流的监测和调控，以此确保系统能够安全稳定运行。近些年来，在智能技术的支撑下，实现了电力能量系统的智能管理。但由于多能互补系统是以多能流耦合为基本运行特征的，使得其能量流管理必须综合考虑电网、可再生能源、非可再生能源、储能系统及负荷等多方面因素，因此在这方面的研究进展相对较为缓慢。

3.3 协调优化控制技术

在多能互补系统运行中，系统内部的协调优化对能源利用效率具有直接性影响，如基于产业园区为运行基础的，集成多元能源监控、能量管理、能效管控和需求侧效应等综合为一体的综合能源控制系统方案。在其方案所提出的综合能源控制体系中，以数据分析系统为基础，构建涵盖自动控制系统、监视平台、管理人员、控制机构为框架的分析系统，能够基于分析结果对系统运行的电、热、冷等系统进行调节分配，以此实现能源的高效分配。优化控制的具体方法以通过智能算法为运行基础，将运算得出结果与控制系统进行数据交互后，再实现对设备的运行的具体优化，具有较高的运行效率，其优化控制模型图2所示。

图2 多能互补能源系统的协调优化控制

3.4 储能技术

储能水平对多能互补能源系统保持稳定运行和经济效益实现具有直接性影响，在系统中设置更加合理水平的电力储能设备，不仅能够实现能源临时性的高效存储，还能够较好的应对电力能源输入输出的波动，降低电网接入难度。同时，不同的储热、储氢技术的发展，还能在能源形式转化中起到更好促进作用，并提升可再生能源的应用规模，有效提升供电质量和可靠性。目前我国在储能技术方面的研究较为宽泛，但是在技术水平上较之实际应用要求还存在一定差距。

4 多能互补能源综合利用技术发展趋势

在国家相关部门政策驱动和市场需求的双重推动下，多能互补能源综合利用技术具有广阔的发展前景。就技术层面而言，首先是智能化方向发展，无论是在系统整体设计还是在控制优化等层面，都将会依托大数据和智能算法运行为基础，构建完善的自运行系统，减少人工因素在系统运行中的干扰，确保系统能够达到高智能运行水平。其次是朝着物联网络方向发展，也就是能够建立起以能源物联为基础的综合性网络体系，将多能互补系统运行与电力改革有机结合，在完善电力交易机制的基础上，实现更高水平的经济效益。