當(dāng)前各類能源獨立運行，獨立優(yōu)化。如電力、天然氣系統(tǒng)獨立運行，優(yōu)化主要集中在電力系統(tǒng)，但兩者相互替代的領(lǐng)域廣闊，并且電力和天然氣相互轉(zhuǎn)化的技術(shù)已經(jīng)成熟，需要考慮多種能源的調(diào)度策略。

在此次發(fā)表的另一項工作中，湘潭大學(xué)團(tuán)隊嘗試將需求響應(yīng)策略作為分布式家庭能源調(diào)度的一種解決方案。

蘇永新告訴記者，分布式能源系統(tǒng)數(shù)量龐大，系統(tǒng)具有三個顯著的特征：多樣性，即各個家庭的基本情況如用能設(shè)施、面積、儲能設(shè)施、新能源等的不同；伸縮性，即用戶可能會新買一些設(shè)備，舊的設(shè)備也可能會壞掉，形成設(shè)備增、刪；不確定性，即用戶的耗能習(xí)慣、氣溫、水溫、家庭新能源發(fā)電不同。

“我們的這項工作主要是應(yīng)對不確定性�！碧K永新說。

此前的系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化策略主要是兩類，一類是魯棒優(yōu)化，即為了安全性，按最壞的外部條件調(diào)度系統(tǒng)。但是，最壞的情況總是很少發(fā)生，系統(tǒng)總按最壞的情況運行，太保守，也導(dǎo)致過高運行成本。

另一類稱為隨機(jī)優(yōu)化，是把系統(tǒng)的不確定性分成幾種典型情況，優(yōu)化每種典型情況下系統(tǒng)的運行方案。這個方法最大的挑戰(zhàn)，就是必須得到系統(tǒng)不確定性的具體分布，否則，事先沒有預(yù)計、沒有處理的壞工況來臨，就可能拉升能源支出，甚至影響系統(tǒng)安全性。

“而需求響應(yīng)策略可以解決上述兩種策略的不足。”蘇永新說�！半娏Φ恼{(diào)度需要有提前量，譚貌教授的工作提高了負(fù)荷預(yù)測的精度，這為實施需求響應(yīng)策略提供了基礎(chǔ)�！�

并且，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)，電力系統(tǒng)可以廣泛、高效地采集需求信號。

利用預(yù)測信息和真實的電力價格信號形成用能方案，這就是需求響應(yīng)策略。這種策略簡單、容易實現(xiàn)、生命力強(qiáng)，能夠在不損失系統(tǒng)安全性的條件下，降低系統(tǒng)運行成本。

“我們提出的需求響應(yīng)優(yōu)化策略只需要確定系統(tǒng)不確定性的范圍，不管系統(tǒng)在這個范圍內(nèi)如何變化，我們的方案都能保證系統(tǒng)安全、能源費用低，不確定性的范圍往往由一些常識、經(jīng)驗就能很方便的得到，我們采取的這種區(qū)間優(yōu)化工程可用性和效果好。”蘇永新說道。

電網(wǎng)可以根據(jù)能源供需關(guān)系制訂電價，用戶也可以根據(jù)動態(tài)的電價信號來調(diào)節(jié)需求，提高能源和資源的利用效率。

“先用手機(jī)APP查一下現(xiàn)在各項能源的價格，調(diào)度程序結(jié)合用戶舒適度和價格因素，自動決定洗衣、做飯的時間，以及空調(diào)在每個時刻的功率�！碧K永新描繪出一幅頗具未來感的綠色節(jié)能生活場景。

團(tuán)隊在華菱湘鋼煉鋼爐主控室現(xiàn)場調(diào)研。唐旻泰攝

產(chǎn)學(xué)研合作建設(shè)綜合多能源系統(tǒng)

“應(yīng)用背景的研究不同于純粹的基礎(chǔ)研究，應(yīng)該以問題為驅(qū)動�！� 譚貌說，“而如果沒有好的應(yīng)用場景和合作環(huán)境，沒有驗證環(huán)境，所謂的研究就不能真正的解決問題。我們的研究不能光寫論文，而要結(jié)合真實場景，融入企業(yè)和社會，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。”

研究之初，團(tuán)隊也面臨過數(shù)據(jù)獲取與成果驗證的難題。針對該問題，他們選取幾家區(qū)域重點骨干企業(yè)，從科研平臺共建、人才聯(lián)合培養(yǎng)、技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)多方面全方位合作。

他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)具備了與企業(yè)攻堅克難的共同經(jīng)歷、建立了彼此間的信任以后，原有的很多難題都迎刃而解，合作過程中逐步形成的機(jī)制也可以保障校企合作可持續(xù)發(fā)展。

段斌告訴《中國科學(xué)報》，在能源優(yōu)化調(diào)度方面，他們與湖南工程學(xué)院、湘電集團(tuán)、興業(yè)太陽能等多家單位聯(lián)合建設(shè)了“風(fēng)電裝備與電能變換”湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心，“多能協(xié)同控制技術(shù)”湖南省工程中心，圍繞風(fēng)電場運行優(yōu)化、風(fēng)電場群運行優(yōu)化、微電網(wǎng)風(fēng)光儲協(xié)同優(yōu)化中的關(guān)鍵技術(shù)難題，形成了系列技術(shù)解決方案，部分成果以合作企業(yè)為媒介，應(yīng)用到國內(nèi)大型風(fēng)電場和光伏扶貧項目的建設(shè)和運營中。

蘇永新說，當(dāng)前，我國能源消費結(jié)構(gòu)性問題突出，隨著能源轉(zhuǎn)型的提速和電力體制改革的不斷深入，能源、網(wǎng)絡(luò)、用戶三者之間的關(guān)系變得越來越緊密。綜合能源服務(wù)將打破不同能源品種單獨規(guī)劃、單獨設(shè)計、單獨運行的傳統(tǒng)模式，實現(xiàn)橫向“電熱冷氣水”能源多品種之間，縱向“源網(wǎng)荷儲用”能源多供應(yīng)環(huán)節(jié)之間的協(xié)同以及生產(chǎn)側(cè)和消費側(cè)的互動，從而提高能源效率和緩解能源環(huán)境問題。

綜合能源系統(tǒng)已成為當(dāng)前國際能源領(lǐng)域重要戰(zhàn)略研究方向和國家能源戰(zhàn)略重大發(fā)展需求。

譚貌說，在應(yīng)用中我們還面臨一些挑戰(zhàn)，比如，內(nèi)部、外部各種因素的變化導(dǎo)致不同周期數(shù)據(jù)特征有所差異，單一固定模型的性能隨著時間推移容易退化，復(fù)合預(yù)測模型的在線學(xué)習(xí)和動態(tài)集成問題變得迫切。

譚貌認(rèn)為，精準(zhǔn)的預(yù)測是能源系統(tǒng)智能運行的重要基礎(chǔ)，但考慮多種能源種類后，能源網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜，用戶更加龐大，涉及的不確定因素進(jìn)一步增加，對預(yù)測形成很大挑戰(zhàn)。目前，基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在該方面已取得了研究進(jìn)展。

而對于系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度而言，蘇永新說，現(xiàn)實環(huán)境下的多能源系統(tǒng)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運行策略相對固定，對真實系統(tǒng)的改造和調(diào)整涉及現(xiàn)實成本問題，所以有些新穎的、前沿的構(gòu)想還只能通過仿真優(yōu)化的手段實現(xiàn)，如何融合或者說打通仿真與現(xiàn)實之間的界限還有較大的挑戰(zhàn)。

隨著系統(tǒng)可再生能源規(guī)模不斷增大，發(fā)電側(cè)波動性增大；大量智能電力電子設(shè)備應(yīng)用，系統(tǒng)柔性不斷增強(qiáng)；需求響應(yīng)、綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展，使系統(tǒng)的彈性、韌性增強(qiáng)。

這些新情況，使得傳統(tǒng)的以發(fā)電調(diào)度為主的電力系統(tǒng)運行面臨挑戰(zhàn)，迫切需要能夠滿足多方參與、友好互動、智能決策的新的調(diào)度策略來適配能源系統(tǒng)的變革，對求解算法的自適應(yīng)性和計算性能都帶來挑戰(zhàn)。

蘇永新說，他們下一步工作將圍繞分布式綜合能源系統(tǒng)自治管理與優(yōu)化展開。研究即插即用、自動趨優(yōu)的智能優(yōu)化策略，對需求響應(yīng)政策落地，社會節(jié)能減排具有重要意義。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1109/TPWRS.2019.2963109

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114144