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在热-电联合系统中,包含有化石能源和可再生能源转换为电能与热能、热能发电等多种形式的能量转换。随着大容量储热技术在电力系统中的推广和应用[57-58],越来越多的相对独立、分布广泛的热网通过大容量储热环节和电网形成协调统一的电-热联合系统。文献[59]指出热-电联合系统除了提高电网的调节能力外,通过加入大容量储能环节可提高电网能源优化配置的调控水平,从而解决电力调峰、大规模可再生能源接入并网等难题。目前热电联产、可再生能源发电供热等技术作为热-电联合系统的初期探索,市场应用前景广阔且已取得一些研究成果。
热电联产是供热与发电过程一体化的多联产能源系统,是改善供热质量、增加电力供应、提高能源利用率的有效方式。文献[60]指出供热系统具有电热、锅炉供热、联产供热等不同供热类型,通过对不同供热系统的一般化分析提出统一的能耗评价模型,评价结果表明联产供热的能耗水平最低。文献[61]针对热电联产中普遍采用传统抽汽供热模式的劣势,提出了循环水直供直连供热模式,并利用串联系统单耗分析法将所提供热模式的能耗分布与传统供热模式进行对比分析,为热电联产总能系统的能耗分析奠定基础。文献[62]探讨了热电比、性能系数等参数对联产系统能耗特性的影响,进而建立了联产系统节能定量分析模型和热电分摊理论模型,为联产系统的集成提供理论依据。文献[63]针对热电联产集中供热领域展开研究,将热负荷、热网和热电厂视为一个整体系统进行综合协调,分析整个热电联产系统各部分参数的相互影响。近年来,由于分布式能源系统具有能源供应可靠性高、能源利用率高的优势,小型热电联产技术在分布式能源系统中的应用也日益广泛,目前主要应用于城市楼宇建筑的能源供应[64-66]。
可再生能源发电供热方面,随着可再生能源发电技术日益成熟以及发电成本的下降,可再生能源发电供热将是实现热能高效供应的重要手段。目前,国内外关于可再生能源发电供热研究尚处于初步阶段。在风电供热方面,热电厂可通过配置储热电锅炉[67]和采用水源热泵技术[68]降低热电厂强迫出力,增强常规供热机组调峰能力,增加电网供电负荷以提高风电消纳能力。文献[69]进一步针对国内“三北”电网采用储热电锅炉提高电网调峰能力以消纳风电的技术经济可行性进行研究。文献[70]则进一步分析了利用热泵技术实现热电联产与风电机组的联合优化运行。文献[71]分析了影响风电供热经济性的主要因素和采用风电供热的价格机制,并结合案例对风电供热的经济性进行研究。在光伏供电供热方面,国外学者研究设计并评估了适用于小型家庭或商业楼宇的光伏供电供热系统[72-74],
并初步分析了光伏供电供热相比于光伏发电的满足用户能源需求和节能方面的优势。
热电联产与可再生能源发电供热等技术虽通过电能、热能的转换存储,实现了能源利用高效化,但目前大多数研究仅侧重于电网或热网的其中一方面,并没有从全局角度考虑充分利用电网、热网物理特性互补的热-电联合系统。因此,后阶段还需重点研究热-电联合系统协调优化实时控制模型、协调优化调度策略以及热-电联合调控机制等方面,以实现电网、热网2个系统的能源资源优化配置。
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