周濤，張海龍，劉文斌

（1.東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，南京210096；2.華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院，北京102206；3.核熱工安全與標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)隊(duì)，中國(guó)）

0 引言

熱電聯(lián)產(chǎn)和地區(qū)性燃煤鍋爐房仍是我國(guó)集中供熱的主要熱源。燃煤導(dǎo)致北方城市冬季PM2.5濃度升高，霧霾天氣增多。就目前的技術(shù)水平而言，水能、風(fēng)能和太陽(yáng)能不能直接用于城市地區(qū)供熱，而將其轉(zhuǎn)化為電能再用于城市地區(qū)供熱的經(jīng)濟(jì)效果較差。核能源不僅可以用于發(fā)電，而且可以通過(guò)熱交換產(chǎn)生城市供熱所需要的蒸汽或熱水，有很大的供熱潛力。核電小型反應(yīng)堆（以下簡(jiǎn)稱小堆）技術(shù)以其用途廣、安全性高、與用戶距離近、清潔低碳等特點(diǎn)得到人們的重視與認(rèn)同。它不僅可以替代傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電站，還可以用于海水淡化、工業(yè)制氫、工業(yè)蒸汽供應(yīng)、城市供熱等領(lǐng)域。探討小堆核能集中供熱的可行性及實(shí)施途徑［1］對(duì)中國(guó)北方集中供熱地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)中心城市的環(huán)境保護(hù)具有重要意義。為積極推動(dòng)和加快落實(shí)《巴黎協(xié)定》，中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和［2］。為應(yīng)對(duì)環(huán)境及氣候變化，實(shí)現(xiàn)我國(guó)既定的“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)，亟須加快能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的步伐［3-4］。未來(lái)能源的發(fā)展方向是建立包括小型核能在內(nèi)的綜合能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多種能源形式的轉(zhuǎn)化和多種能源網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。

1 綜合能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）將功率在300 MW以下的反應(yīng)堆定義為小堆。基于系統(tǒng)能效和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以現(xiàn)有電網(wǎng)為基礎(chǔ)，整合包括小堆的不同質(zhì)能源，可以建成集供電、供氣、供熱、供冷、供氫等能源系統(tǒng)以及相關(guān)通信和信息基礎(chǔ)設(shè)施的功能體系，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 綜合能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Architecture of an integrated energy system

由圖1 可以看出，作為能源互聯(lián)網(wǎng)的核心和紐帶，電力系統(tǒng)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”的協(xié)調(diào)優(yōu)化在整個(gè)能源工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用：“源”包括小堆核電、新能源電力、天然氣等多種能源資源；“網(wǎng)”包括電網(wǎng)、供熱網(wǎng)、供冷網(wǎng)、供氣網(wǎng)等多種資源網(wǎng)絡(luò)；“荷”不僅包括電力負(fù)荷，還包括用戶的各種能源需求；而“儲(chǔ)”主要是指各種儲(chǔ)能設(shè)施以及能源資源的儲(chǔ)能方式。

目前，為降低綠色用能的成本，各類相同或不同形式能量間的轉(zhuǎn)換技術(shù)蓬勃發(fā)展；同時(shí)，非水可再生能源的隨機(jī)性和分布特征使得電力系統(tǒng)的時(shí)間和空間維度特性日益復(fù)雜，必須采用更多系統(tǒng)性、綜合性技術(shù)方案保證電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［5］。尤其值得注意的是，作為唯一不受環(huán)境影響、可穩(wěn)定輸出的能源，核能在這一綜合能源系統(tǒng)中扮演著定海神針的角色。

1.2 函數(shù)模式

綜合能源系統(tǒng)中能源形式多種多樣，各能源之間存在耦合作用。對(duì)此，需要建立能源之間的傳遞模型，描述轉(zhuǎn)換過(guò)程的損耗；建立系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換模式，描述各能源之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；考慮到多能源形式的儲(chǔ)存，建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的轉(zhuǎn)換模型。

1.2.1 傳遞模型

根據(jù)各能源及轉(zhuǎn)換設(shè)備的特性，參考已有的相關(guān)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行模型構(gòu)建及分析。能源在傳輸、轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)的過(guò)程存在一定能耗。用效率函數(shù)描述轉(zhuǎn)換過(guò)程的損耗，并以此獲得輸入、輸出接口的函數(shù)關(guān)系，

式中：L 和P 分別為以矩陣形式表示的輸出、輸入能量，包含電能、熱能、燃?xì)饽芤约捌渌黝愋问侥芰?；M 為輸入、輸出關(guān)系的耦合系數(shù)矩陣，由中轉(zhuǎn)設(shè)備的效率以及能量的分配比例決定。

1.2.2 轉(zhuǎn)換模式

運(yùn)用邊界層理論等建立系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換特性模型。對(duì)不同工況下系統(tǒng)換熱與流體流動(dòng)換熱的特性進(jìn)行模擬分析，得出不同工況下系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換、耦合特性及變工況計(jì)算分析方法。具體轉(zhuǎn)換模式如圖2 所示［2］：其中C 為能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的能量；S 為儲(chǔ)能單元的能量；E為能源存儲(chǔ)量。

圖2 轉(zhuǎn)換模式Fig.2 Energy transformation model

由圖2 可以看出，此類模型描述了各能源間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，考慮到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，并可根據(jù)需求側(cè)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)的轉(zhuǎn)移和消減，具有較強(qiáng)的實(shí)用性［6］。但是，由于能量耦合性強(qiáng)，用該模型求解綜合能流和系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，非線性度很高，難以求解。目前，綜合能源系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)尚不明確，難以建立精確的動(dòng)力模型，該技術(shù)仍需進(jìn)一步完善。

1.2.3 轉(zhuǎn)換模型

儲(chǔ)能設(shè)備除去廣義上的儲(chǔ)電，還包括儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷、儲(chǔ)氫等多能源形式的儲(chǔ)存裝置。同時(shí)交通網(wǎng)的融入使得電動(dòng)汽車亦可作為儲(chǔ)能單元參與協(xié)調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行。這類模型將傳統(tǒng)的、可體現(xiàn)系統(tǒng)單一截面特性的模型加以擴(kuò)展，形成考慮系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的實(shí)用型模型，其接口輸入、輸出關(guān)系可表述為

1.3 運(yùn)行機(jī)制

該體統(tǒng)的具體運(yùn)行機(jī)制如圖3 所示。從圖3 可以看出，綜合能源系統(tǒng)是以電力系統(tǒng)為核心，在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行中，對(duì)各類能源的分配、轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)、消費(fèi)等環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)與優(yōu)化的過(guò)程。供電、氣、冷、熱網(wǎng)絡(luò)各司其職又協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，充分利用新型區(qū)域能源供應(yīng)系統(tǒng)，解決了單一能源的利用問(wèn)題及多能源在多約束目標(biāo)下的協(xié)同問(wèn)題，提高能源自給比例和綜合能源利用效率，促進(jìn)用戶能源消費(fèi)習(xí)慣的轉(zhuǎn)變。

圖3 運(yùn)行機(jī)制Fig.3 Operating mechanism

1.4 安全穩(wěn)定機(jī)制

隨著國(guó)內(nèi)小堆設(shè)計(jì)研發(fā)推進(jìn)，相應(yīng)的安全要求建立也同步提速。

（1）熱管堆引入事故瞬態(tài)安全特性。設(shè)計(jì)并選擇合適的熱管堆芯，建立適用于熱管堆的瞬態(tài)熱工水力分析模型，開(kāi)發(fā)用于熱管堆的安全特性分析的瞬態(tài)熱工水力程序，可實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)性引入事故的模擬計(jì)算預(yù)測(cè)，保障核心小堆及其環(huán)境的安全。

（2）能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各模塊交替輸出能源時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)定，保證最大功率運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)全區(qū)域的穩(wěn)定性。

2 核風(fēng)光綜合能源系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

核風(fēng)光綜合能源系統(tǒng)是對(duì)新技術(shù)的交叉應(yīng)用與發(fā)展，該系統(tǒng)中各種技術(shù)特點(diǎn)見(jiàn)表1。

2.2 經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)

核風(fēng)光綜合能源系統(tǒng)也是一種新經(jīng)濟(jì)模式應(yīng)用，其經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)見(jiàn)表2。

2.3 社會(huì)特點(diǎn)

核風(fēng)光綜合能源系統(tǒng)也是一種新發(fā)展理念，其基本思想是創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享。包括核能在能的核風(fēng)光系統(tǒng)更是為綜合源系統(tǒng)帶來(lái)了穩(wěn)定的核心，它帶來(lái)的社會(huì)效益見(jiàn)表3。

表1 應(yīng)用于系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)Tab.1 Characteristic of technologies applied in the system

表2 能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)Tab.2 Economy of technologies applied in the system

表3 能源系統(tǒng)的社會(huì)特點(diǎn)Tab.3 Social benefits of technologies applied in the system

3 未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 小堆技術(shù)發(fā)展

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的小堆技術(shù)在已有多種類型，如壓水反應(yīng)堆、熱管堆、熔鹽堆等。目前，巴威公司的mPower反應(yīng)堆［7］在美國(guó)受到推崇，并打算于2022 年實(shí)現(xiàn)原型堆。在俄羅斯，有5 種不同的小堆原型堆正在同步研發(fā)，并打算率先應(yīng)用于俄羅斯遠(yuǎn)東楚科奇地區(qū)的KLT40s浮動(dòng)核電站。與此同時(shí)，韓國(guó)完成了功率為330 MW 的SMART 堆的設(shè)計(jì)工作，并做了大量安全分析工作，打算應(yīng)用于工程建造。以壓水堆為例的小堆系統(tǒng)工作原理如圖4所示。

從圖4 可以看到，采用先進(jìn)壓水堆設(shè)計(jì)的小堆采用蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器和反應(yīng)堆一體化設(shè)計(jì)，將輸出的主蒸汽直接送至渦輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電送至電網(wǎng)。工作結(jié)束后，部分乏汽直接送至市區(qū)供熱網(wǎng)絡(luò)供熱，另一部分通過(guò)凝結(jié)加熱再回到核心蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)，用于循環(huán)發(fā)電。小堆采用模塊化建設(shè)，建設(shè)周期短、安全性高、對(duì)電網(wǎng)的要求不高、選址成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、用途多，在未來(lái)有廣闊的發(fā)展空間。

圖4 小堆系統(tǒng)工作原理Fig.4 Working principle of a small modular reactor system

3.2 非能動(dòng)技術(shù)

包括小堆在內(nèi)的綜合能源系統(tǒng)可以通過(guò)加強(qiáng)固有安全性設(shè)計(jì)標(biāo)志，更多地引入非能動(dòng)概念，采用能動(dòng)與非能動(dòng)的結(jié)合來(lái)強(qiáng)化包括反應(yīng)堆內(nèi)的綜合能源系統(tǒng)安全特性。主要非能動(dòng)及自然循環(huán)驅(qū)動(dòng)技術(shù)標(biāo)志見(jiàn)表4。

表4 技術(shù)標(biāo)志Tab.4 Technical markings

非能動(dòng)安全系統(tǒng)安全功能依靠狀態(tài)的變化、儲(chǔ)能的釋放或自主動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)，如利用流體被加熱或蒸發(fā)、冷卻或冷凝產(chǎn)生的密度差形成驅(qū)動(dòng)壓頭或利用位差形成的重力壓頭，在事故工況下，無(wú)需任何外部動(dòng)力即可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急堆芯冷卻和安全殼噴淋，導(dǎo)出堆芯和安全殼內(nèi)的熱量，確保安全殼的完整性。不僅簡(jiǎn)化了專設(shè)安全設(shè)施，而且可以減少人員干預(yù)可能產(chǎn)生的誤動(dòng)作，改善了人機(jī)關(guān)系，提高了核電站的安全性。然而非能動(dòng)技術(shù)中許多關(guān)鍵技術(shù)［8-10］仍需要進(jìn)一步研究。關(guān)鍵共性技術(shù)包括部件失效和物理過(guò)程失效2部分的可靠性研究。非能動(dòng)技術(shù)需要向增大功率、提高效率、增強(qiáng)動(dòng)力、增加技術(shù)交叉和種類等方面發(fā)展。

3.3 優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)

3.3.1 多能源系統(tǒng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)技術(shù)

系統(tǒng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)工作原理如圖5所示。在規(guī)劃階段，分析資源開(kāi)發(fā)利用的具體模式，結(jié)合區(qū)域鐵路網(wǎng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)、供熱管網(wǎng)的整體情況，確定核電站、光伏發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電、傳統(tǒng)煤電的容量和位置，設(shè)計(jì)相應(yīng)的能源規(guī)劃方案和系統(tǒng)運(yùn)行方案；隨后，通過(guò)模型測(cè)算，設(shè)計(jì)相應(yīng)的能源規(guī)劃方案和系統(tǒng)運(yùn)行方案，保證規(guī)劃的合理性和可靠性，實(shí)現(xiàn)電力、燃?xì)?、地?zé)岬认到y(tǒng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一［11］。

3.3.2 多樣化互補(bǔ)規(guī)劃技術(shù)

綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)能有效滿足用戶多樣化需求，實(shí)現(xiàn)能源互補(bǔ)優(yōu)化，其工作原理如圖6所示。

圖5 系統(tǒng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)工作原理Fig.5 Coordinating work of the system

多級(jí)能源系統(tǒng)規(guī)劃是在優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮各子系統(tǒng)的擴(kuò)展需求和運(yùn)行約束，重點(diǎn)解決多級(jí)能源轉(zhuǎn)換裝置的投建，實(shí)現(xiàn)多能量耦合和協(xié)調(diào)［12］。其目標(biāo)一般是投資最小、長(zhǎng)期運(yùn)行成本最低，同時(shí)可以解決建設(shè)地點(diǎn)、建設(shè)周期、裝置容量、輸送管網(wǎng)和能量轉(zhuǎn)換裝置等存在的問(wèn)題。

為綜合考慮實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中來(lái)自源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)等方面的多重不確定因素，系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)采用內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行優(yōu)化，采用蒙特卡洛數(shù)值法、枚舉解析法等［13］實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)綜合規(guī)劃，并考慮各種不確定因素，提高規(guī)劃方案在實(shí)際應(yīng)用中的適用性和有效性。

3.4 系統(tǒng)建模和仿真技術(shù)

3.4.1 交互建模和仿真技術(shù)

隨著能源網(wǎng)絡(luò)中分布式能源的增加和熱電聯(lián)產(chǎn)（CCHP）、熱泵、空調(diào)等分布式技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電、氣、冷、熱的耦合［14］出現(xiàn)在能源生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、需求多個(gè)方面。傳統(tǒng)的對(duì)不同能源分別建模的方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)問(wèn)題分析的需要。

圖6 系統(tǒng)互補(bǔ)優(yōu)化工作原理Fig.6 Working principle of system complementary optimization

現(xiàn)有的多能源系統(tǒng)建模策略是以元件建模為基礎(chǔ)，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其正確性，并建立相應(yīng)的模型庫(kù)。系統(tǒng)交互建模的技術(shù)流程如圖7 所示，圖中：Vin，1，Vout，1為進(jìn)入和離開(kāi)能源中心的蒸汽量；Vin，2，Vout，2為進(jìn)入和離開(kāi)能源中心的電量，Vin，m，Vout，m為進(jìn)入能源中心的熱量。

圖7 交互建模和仿真技術(shù)Fig.7 Interactive modeling and simulation technology

從圖7 可以看到，在多能源問(wèn)題中，可以將電、熱、冷等能源綜合考慮，以區(qū)域多能源系統(tǒng)為中心，負(fù)責(zé)不同能源的轉(zhuǎn)換、分配和存儲(chǔ)，將其他能源轉(zhuǎn)化為所需的能源，能源通過(guò)不同的區(qū)域多能源系統(tǒng)以及外部能源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。通過(guò)這種建模方式可以對(duì)不同類型能源特性進(jìn)行概括和抽象，突出能源間的耦合作用，有利于提高能源供應(yīng)的穩(wěn)定性。

3.4.2 時(shí)空與行為立體建模和仿真技術(shù)

利用分析手段對(duì)綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，揭示其運(yùn)行機(jī)理和動(dòng)態(tài)特性。在進(jìn)行仿真研究時(shí)，需要同時(shí)考慮其在時(shí)間、空間和行為3 方面的復(fù)雜性。該復(fù)雜性決定了采用綜合能源系統(tǒng)的仿真技術(shù)時(shí)的多時(shí)標(biāo)、高維數(shù)、大量非線性等難題。

時(shí)間、空間和行為因素［15］見(jiàn)表5。

3.4.3 建模和仿真結(jié)果

熱負(fù)荷需求主要由電鍋爐、水蓄熱、CCHP 機(jī)組、地源熱泵和燃?xì)忮仩t共同供應(yīng)。對(duì)某熱系統(tǒng)全年的供需平衡進(jìn)行建模和仿真，如圖8 所示。全年8 760 h 熱系統(tǒng)供需平衡均得到滿足，即電鍋爐出力+CCHP機(jī)組出力+地源熱泵出力+水蓄熱出力+燃?xì)忮仩t出力=熱負(fù)荷。

表5 時(shí)空與個(gè)人行為因素Tab.5 Factors of time and space and personal behavior

3.5 運(yùn)行控制技術(shù)

3.5.1 互補(bǔ)協(xié)調(diào)控制技術(shù)

互補(bǔ)協(xié)調(diào)控制技術(shù)如圖9所示。通過(guò)電、熱、氣等單一能源系統(tǒng)的耦合，能源互聯(lián)網(wǎng)充分利用各種能源系統(tǒng)的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)和協(xié)同效益，冷熱電多種能源的互補(bǔ)優(yōu)化調(diào)度和互補(bǔ)協(xié)調(diào)控制，可實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置與運(yùn)行，提高能源的集中合理配置與消納、能源效率、綜合能源經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行水平。

3.5.2 運(yùn)行控制架構(gòu)技術(shù)

綜合能源運(yùn)行控制架構(gòu)如圖10 所示。綜合能源運(yùn)行控制架構(gòu)大致分為3 個(gè)層級(jí)：最底端的分布式能源系統(tǒng)和采集互動(dòng)終端屬于物理設(shè)備層，主要集成了各類綜合能源類設(shè)備、負(fù)荷用戶及能源信息采集及控制裝置；中間通信網(wǎng)絡(luò)和信息支撐屬于通信層，負(fù)責(zé)對(duì)物理設(shè)備層數(shù)據(jù)的傳輸和交換；上端系統(tǒng)平臺(tái)和系統(tǒng)應(yīng)用屬于平臺(tái)應(yīng)用層，建立能源互聯(lián)網(wǎng)綜合管控與服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合能源規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)、交易、評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)的能源監(jiān)控，支持各類用戶的操作和指令的執(zhí)行。

3.6 系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換方式與效率研究

（1）風(fēng)光核能量轉(zhuǎn)換小型系統(tǒng)的能量管理。在考慮系統(tǒng)可靠性、能源利用率和電能質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)各單元的并網(wǎng)運(yùn)行和獨(dú)立運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)能量管理控制策略，研究在外界條件影響下，各單元的功率控制方式。

（2）風(fēng)光核能量轉(zhuǎn)換小型系統(tǒng)的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。提出混合儲(chǔ)能系統(tǒng)集成控制方法，設(shè)計(jì)儲(chǔ)能混合控制系統(tǒng)，選擇和設(shè)計(jì)儲(chǔ)能方式，建立以可靠性指標(biāo)為約束條件的儲(chǔ)能能力優(yōu)化模型，獲得最優(yōu)的容量配置。

（3）風(fēng)光核能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響因素。對(duì)影響系統(tǒng)運(yùn)行效率的主要因素進(jìn)行量化分析，給出各因素影響程度，找出關(guān)鍵影響因素并給出效率控制措施。為風(fēng)光核能量轉(zhuǎn)換小型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工提供措施和參考。

圖8 熱系統(tǒng)供需平衡Fig.8 Thermal system supply and demand balance

圖9 互補(bǔ)協(xié)調(diào)控制技術(shù)Fig.9 Complementary coordinated control technology

3.7 綜合評(píng)估技術(shù)

目前能源系統(tǒng)評(píng)估工作大多針對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，評(píng)估指標(biāo)的細(xì)化導(dǎo)致評(píng)估內(nèi)容缺乏完整性。與單一能源供應(yīng)系統(tǒng)的可靠性評(píng)估不同的是，綜合能源系統(tǒng)包括電、氣、冷、熱等多種形式的能源，其性質(zhì)各不相同，所采用的評(píng)估模型、評(píng)估算法及評(píng)價(jià)指標(biāo)也不盡相同［16-17］。各種能源形式間還存在復(fù)雜的耦合關(guān)聯(lián)，其中包括具有顯著不確定性的可再生能源發(fā)電與各種能源形式的時(shí)空耦合，這使得系統(tǒng)特性又不同于各單一供能系統(tǒng)，綜合能源系統(tǒng)可靠性評(píng)估變得更加復(fù)雜。以多能量耦合和能量信息融合特性為核心，深入系統(tǒng)地研究綜合能源系統(tǒng)可靠性評(píng)估的模型、算法和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，是未來(lái)綜合能源系統(tǒng)可靠性評(píng)估亟待解決的問(wèn)題，評(píng)估的基本環(huán)節(jié)包括：建立綜合能源系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，全面考慮各類相關(guān)影響因素，進(jìn)行綜合能源系統(tǒng)一體化評(píng)價(jià)方法。

3.7.1 評(píng)估體系

綜合能源系統(tǒng)各層級(jí)間非線性度較高，相關(guān)技術(shù)尚不明確，使得綜合能源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系較為復(fù)雜，這里采用多耦合的方式。

圖10 綜合能源運(yùn)行控制架構(gòu)Fig.10 Integrated energy operation control architecture

3.7.2 影響因素與評(píng)估方法電、氣、冷、熱等多種不同能源形式間存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，為其建立可靠性評(píng)估模型是難題。新形勢(shì)下，綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確模擬及快速評(píng)估面臨著瓶頸。根據(jù)不同能源形式的特點(diǎn)建立有針對(duì)性的可靠性評(píng)價(jià)機(jī)制，不同能源系統(tǒng)可靠性評(píng)估的影響因素及計(jì)算方法見(jiàn)表6［18］。

表6 可靠性評(píng)價(jià)的影響因素與計(jì)算方法Tab.6 Influencing factors and calculation methods for reliability evaluation

經(jīng)過(guò)對(duì)不同能源系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)估，得到該系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、能源利用率、用戶舒適度和社會(huì)效應(yīng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

將小堆應(yīng)用于綜合能源系統(tǒng)中適應(yīng)新的能源發(fā)展形勢(shì)，為能源行業(yè)帶來(lái)新理念、新思維、新技術(shù)、新市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、綠色、開(kāi)放的發(fā)展目標(biāo)，推動(dòng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的跨越式發(fā)展。

（1）技術(shù)的進(jìn)步。小堆技術(shù)和綜合能源系統(tǒng)研究具有前瞻性和工程應(yīng)用價(jià)值。交叉聯(lián)合應(yīng)用、定位能動(dòng)技術(shù)與非能動(dòng)技術(shù)是小堆系統(tǒng)安全可靠高效運(yùn)行的基本保障，可提高非能動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。信息化、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)手段的應(yīng)用不可或缺?？鐚W(xué)科、跨行業(yè)、跨專業(yè)的技術(shù)融合為該系統(tǒng)的創(chuàng)新特色，未來(lái)系統(tǒng)將涵蓋高滲透率的可再生能源、多維非線性的隨機(jī)系統(tǒng)、海量多源的離散大數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)多時(shí)空差異的源與荷。

（2）經(jīng)濟(jì)的成就。結(jié)構(gòu)決定功能，未來(lái)綜合能源系統(tǒng)需要靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃、建模仿真、運(yùn)行控制、綜合評(píng)估等領(lǐng)域考慮多時(shí)間尺度、多不確定性等實(shí)際問(wèn)題。風(fēng)光核互補(bǔ)系統(tǒng)同時(shí)利用風(fēng)能、光能與核能，提高系統(tǒng)供電的可靠性、穩(wěn)定性和連續(xù)性，能夠更加充分地利用氣候資源，可實(shí)現(xiàn)晝夜不斷的輸出能源。系統(tǒng)具有潛在的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

（3）社會(huì)的品質(zhì)。該技術(shù)可承擔(dān)起綠色環(huán)保的社會(huì)義務(wù)。太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能的互補(bǔ)性讓風(fēng)光核能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)成為了資源利用率最好的獨(dú)立能源系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)碳中和邁出重要的一步。還可以提高輸變電系統(tǒng)的安全可靠性、減少線路損耗，成為主電網(wǎng)的有效補(bǔ)充?？山鉀Q遠(yuǎn)離電網(wǎng)的一些特殊地區(qū)的生態(tài)用電，如山區(qū)、海島、新農(nóng)村及城鎮(zhèn)、醫(yī)院建設(shè)、高速公路信號(hào)以及照明等供電成本高的用戶。