综合能源规划仿真平台对比与展望

综合能源规划仿真平台对比与展望 白欣越 新疆金风科技股份有限公司，北京 100054 2. 金风低碳能源设计研究院，北京 10054 摘要：为了解决分布式能源系统的规划设计问题，综合能源系统集合了冷、热、电、气等多种能源形式，来满足负荷需求的合理分配，促进未来能源的可持续供应。本文选取了 3个具有代表性的综合能源规划仿真平台， HOMER, DES-PSO和 CloudIEPS，对它们所支持的能源类型、仿真规划功能以及平台应用场景进行了对比，并对能源规划和仿真平台更完善的功能进行了展望。 关键词：综合能源系统 综合能源规划仿真平台 规划

1 引言

为了满足能源利用与日益增长的经济发展需求，打破原有的能源供用系统单独设计、规划、运行的模式，综合能源系统集合了冷、热、电、气并满足所有负荷需求的合理分配，促进未来能源的可持续供应。由于它能够以相对较高的计算速度处理非线性问题，可以为系统规模调整或不同备选方案之间的权衡评估提供支持[1]。

国外比较有代表性的规划设计软件包括：HOMER、DER-CAM、 H2RES^[2]。国内已开发的该类软件主要包括： CloudIEPS、DES-PSO、华北电力大学研发的综合能源系统仿真平台，绝大多数的产品还处市场推广初期，还未得到大规模的应用。本文通过选取典型的综合能源仿真平台，HOMER、DES-PSO和CloudIEPS，通过对比分析，提出更完善的综合能源仿真平台的设想。

2 各个仿真平台介绍及比较

2.1 HOMER

HOMER是由美国国家可再生能源实验室开发的适用于分析上网和离网电力系统的软件，可用于对配置的系统进行快速的预可行性、优化和灵敏度分析_[3]。

HOMER可以结合用户的需求通过配置相应的综合能源措施去实现微电网。系统负载可满足电负荷需求，热需求以及氢需求。其中，电负荷可以通过配置光伏，风机，储能，发电机以及电网系统来实现电力负荷的平衡。热需求通过配置以燃烧生物质能源为主的锅炉，和电锅炉来实现。多余的电力通过配备电解槽来电解水产生氢气和相应的储氢罐来达到用户的用氢负荷需求，如图1所示。

图1 HOMER可实现的电热氢需求途径

2.2 DES-PSO

DES-PSO是由上海电气开发的分布式能源规划设计平台，主要是采用流程化的分布式能源系统设计的方法，通过信息输入、优化计算、结果输出来满足实际分布式能源系统多样性和复杂性的要求[4]。

DES-PSO充分考虑了分布式能源系统的多种应用场景。如，风光储系统规划是通过考虑光伏风机发电量与全年总负载的能量平衡，来优化风机、光伏、蓄电池的装机量。冷热电三联供系统的规划是以用户侧的需求出发，通过优化系统配置得到联产系统的最低年度费用所对应的方案。并且，DES-PSO还提供了并网和离网的两种模式，微电网系统和冷热电联供系统均可在两种模式下实现负荷生成、系统配置优化以及结果比较。

DES-PSO支持多种类型的设备，包括：光伏、风机、微型燃气轮机等发电设备；燃气轮机、燃气内燃机等供能设备；储电、储热等储能设备。与HOMER系统相比，少考虑了氢能和水力发电，包括河流发电和潮汐用电。除此之外，生物质燃料可作为锅炉燃烧原料，燃料电池、飞轮电池、抽水蓄能电池等可以添加为新储能设备。

2.3 CloudIEPS

CloudIEPS是清华四川能源互联网研究院开发的一款基于数字孪生技术云平台。用户可根据需求调整系统阶梯的用量负荷，从而实现综合能源系统的可视化建模、智能化配置、系统全生命周期运行和经济性评价。该系统主要包括四大功能模块，分别为数据管理、拓扑编辑、集成优化和方案评估模块来实现综合能源的规划设计。

数据管理模块对所需负荷、设备、气象、能源数据进行统一管理。提供了电负荷、蒸汽负荷、采暖负荷及制冷负荷数据的录入接口。拓扑编辑模块可以帮助用户便捷地搭建综合能源系统拓扑，实现全生命周期的能量流仿真计算。在拓扑编辑的基础上，集成优化和方案评估模块可以辅助用户实现综合能源系统的设备选型配置、更为详细的环保性和能效水平的评价。

CloudIEPS以经济性评价为结果，污染物减排量为综合效益评价指标来进行优化。此系统更针对具体建筑的冷热负荷规划，包括配电、供热传输装置的配备，来调控冷热负荷并考虑了传输成本，会提供了天然气、煤炭、燃气等能源的燃料支持。

3 对未来仿真平台设想

通过对国内外几个平台进行对比，得出HOMER更适用于小功率的可再生能源系统，DES-PSO适用于并离网微电网以及冷热电三联供系统，CloudIEPS更适合热电气联供能源网络的仿真系统。

但基于我国目前情况，可以将一次能源如煤、天然气、石油火电站与可再生能源系统结合，从而满足用户的用电用热需求；另外，目前平台还未规划生物质能源，其中包括生物质发电、垃圾发电等都将作为未来不可或缺的能源发电类型；还应当重视多部门耦合建模，不仅包括电力、热力系统，还需要工业和交通部门的紧密结合来提高能源整体的利用效率，如增加电动汽车来促进新能源电力的消纳和交通部门的耦合；除此之外，氢能也将成为我国的能源发展战略，所以电解槽、氢燃料电池应当进一步被扩充到规划的负荷类型当中。

参考文献：

2. 马凯琪,吴迪,郑灏.综合能源系统混合仿真技术路线探讨[J].供用电,2018,35(07):28-33.

3. 葛兴凯,古云蛟.DES-PSO与现有主要分布式能源规划设计软件的对比[J].上海电气技术,2016,9(03):61-65

4. Yatish T. Shah. Hybrid Power:Generation, Storage, and Grids[M]. CRC Press, 2021

5. 葛兴凯,古云蛟.DES-PSO与现有主要分布式能源规划设计软件的对比[J].上海电气技术,2016,9(03):61-65.