作者｜郝俊红1, 陈群1*,*,葛维春2, 陈磊1, 徐飞1, 闵勇1
单位｜1．清华大学 2．国网辽宁省电力有限公司
编者按：
本文转自《CSEE电力与能源系统学报》近期发表的优秀论文。《CSEE电力与能源系统学报》（CSEE Journal of Power andEnergy Systems）创刊于2015年3月，中国电机工程学会主办，中国电力科学研究院承办，与IEEE 联合出版，在IEEE Xplore Digital Library进行数字出版，实现开放获取（OA）。季刊，SCI、INSPEC、中国学术期刊文摘数据库（CSAD）、DOAJ及ProQuest数据库收录，入选中国科技核心期刊（CSTPCD）。
在将于2019年8月20日-22日在浙江省杭州市举办的2019第五届中国太阳能热发电大会上，主办方——国家太阳能光热产业技术创新战略联盟（简称国家光热联盟）、中国工程热物理学会、中国可再生能源学会，中国电机工程学会将组织进行大会优秀论文的评选，旨在鼓励技术创新和太阳能热发电相关研究，展示国内外太阳能热发电领域前沿技术、最新研发成果和工程成就。大会投稿请于6月10日前登录国家光热联盟官网，点击“在线投稿”，填写报告摘要等相关信息。大会优秀论文评选相关说明可点查看《最后8天热发电大会投稿机会，错过等一年！大会将进行优秀论文评选，SCI、EI期刊优先发表》。
引言
大力发展并增加可再生能源在现有能源体系中的比重，是保证能源与环境长期可持续发展的重要途径之一。但由于可再生能源的间歇性和波动性，这要求电力系统具有足够灵活性来消纳大规模的可再生能源。然而。在我国风、光资源丰富的“三北”地区，燃煤火电，特别是供热机组比例较高；为了保障供热，在冬季其“以热定电”的运行模式将会降低供热机组的调节能力，这极大限制了电力系统的灵活性，从而导致了严重的弃风、弃光。
提高电力系统灵活性，促进可再生能源大规模利用的关键之一是发展储能技术，如抽水蓄能、电池、储热等。其中，热能易大规模储存，可与电能易传输特性互补，将相关储热系统与能源供应侧的火电、热电和风电系统相结合，可构成含储热的电-热联供系统，其不仅能有效匹配可再生能源出力和电、热负荷的峰谷特性，提高能源系统的总体可控性，还可同时实现能源在大时空范围内的优化配置和满足用户多样的能源消费需求(冷、热、电等)。但由于系统中兼含能量属性和传输规律迥异的电能和热能，二者在传统分析方法中分别以能量流和工质流为研究对象，其相互集成势必增加系统建模和优化分析的复杂性，这已成为含储热的电-热联供系统整体效率提升的新挑战。
上述电能和热能的特性差别使得含储热电-热联供系统的研究主要集中在储热装置的性能分析和能源系统整体效率优化2个层面。对于储热装置，主要从工质流的视角对储热介质、装置设 计和换/储热性能改善等进行研究；在系统层面，简化储热装置，如只考虑能量守恒而忽略传热方程，以电力系统的功率平衡约束为核心，通过简单叠加、互为边界的方式构建系统模型，并结合相关算法进行系统优化调度。基于上述研究思路，在分析储热装置热特性对电-热联供系统综合调度影响时，通常忽略或简化储热装置的传热和漏热等热特性，难以真实反映储热装置的结构（储热体积、换热面积、隔热材料厚度等）和运行参数（质量流量）对电-热联供系统性能的综合影响，也不能充分实现对储热装置和电-热联供系统的综合调度。
充分提高含储热电-热联供系统的综合能源利用效率，需要构建系统的整体能量输运模型，并统一分析储热装置的储热、传热和漏热特性。陈群等基于火积耗散热阻，结合热电比拟的方法，构建了换热器及热系统的能量流模型，在此基础上，提出了分析电-热综合能源系统的能量流法，通过统一热能和电能的研究视角，实现了电-热综合能源系统的同一化和整体化分析，这为考虑储热装置热特性对电-热联供系统的综合调度影响提供了分析思路。
文章概述
本文通过引入能量流方法分析了储热系统，构建了兼顾储热、传热和漏热过程在内的含储热电-热联供系统的整体能量流模型，分析了系统中能量的整体输运规律，获得了电能传输和热能输运的整体约束，并以系统中总运行成本最小为优化目标，分别分析了储热介质最高温度、储热装置总体积、循环水最大流量、换热器总热导以及隔热材料厚度对机组运行成本和风电消纳的影响，研究了不同热特性参数对系统电、热综合调度的影响规律。
图：含储热的电-热联供系统示意图
研究结论
结果表明：提高储热能力（储热介质的最高温度/总体积）、换热性能（最大质量流量、换热器热导）和隔热性能（隔热材料厚度）均可促进风电消纳,降低系统总运行成本。其中，增加储热介质温度上限和总体积可使循环水的平均质量流量分别降低15.3%和17.4%。并且，存在最佳的换热器热导和循环水最大流量使得机组运行成本最低。这为系统中储热装置的容量、换热器面积和循环给水泵选择提供了依据。
综上，应用能量流法分析储热、传热和漏热特性对含储热的电-热联供系统性能的整体影响，实现了电、热参数的联合优化，为系统综合调度奠定了基础。后续研究中还需结合提出的能量流模型深入考虑负荷预测不确定性、机组参数变化和不同特征时间尺度等影响因素对电-热综合调度策略的影响。
查阅论文原文，请联系Lydia，邮箱：cnste@vip.126.com。
