本書共分10章，分別從我國(guó)農(nóng)村能源未來發(fā)展形態(tài)、農(nóng)村多能互補(bǔ)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)路徑、農(nóng)村多能互補(bǔ)利用綜合效益評(píng)價(jià)與均衡、農(nóng)村多能互補(bǔ)發(fā)展商業(yè)模式及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用四個(gè)方面展開研究，主要內(nèi)容包括農(nóng)村能源發(fā)展概論、農(nóng)村能源發(fā)展現(xiàn)狀及轉(zhuǎn)型發(fā)展思路、國(guó)內(nèi)外多能互補(bǔ)模式與實(shí)踐現(xiàn)狀、農(nóng)村多能互補(bǔ)典型模式技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、農(nóng)村風(fēng)－光－生物質(zhì)－小水電協(xié)同調(diào)度優(yōu)化模型、農(nóng)村虛擬電廠多能互補(bǔ)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型、農(nóng)村微能源站多能互補(bǔ)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型、農(nóng)村縣域綜合能源多能互補(bǔ)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型、農(nóng)村多能互補(bǔ)利用綜合效益評(píng)價(jià)與均衡模型。

本書結(jié)合農(nóng)村能源消費(fèi)特性，圍繞農(nóng)村能源消費(fèi)訴求，以綜合能源服務(wù)利潤(rùn)Z大化為目標(biāo)提出相應(yīng)的決策支撐模型，在為開展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下農(nóng)村能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)商業(yè)模式的研究提供決策支撐的同時(shí)，也提高了電力和能源企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、提高了農(nóng)民生產(chǎn)生活質(zhì)量、促進(jìn)了環(huán)境保護(hù)。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：
（1）提出了考慮多能互補(bǔ)的風(fēng)光水火儲(chǔ)能源基地協(xié)同調(diào)度優(yōu)化模型。
（2）構(gòu)造了考慮多能互補(bǔ)的綜合能源系統(tǒng)冷熱電氣協(xié)同調(diào)度優(yōu)化模型。
（3）創(chuàng)建了考慮多能互補(bǔ)的分布式能源聚合微能源站調(diào)度優(yōu)化模型。針對(duì)能源分布式開發(fā)方式，討論多類型分布式能源聚合利用問題。

2014年6月13日，習(xí)近平總書記提出“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略，指明了新時(shí)代我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的新方向，要全面推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。農(nóng)村能源是我國(guó)能源體系的重要組成部分。面對(duì)鄉(xiāng)村振興、新型城鎮(zhèn)化建設(shè)等國(guó)家戰(zhàn)略，農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型變革迎來重大發(fā)展機(jī)遇。當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)村能源生產(chǎn)主要包括生物質(zhì)能（生物質(zhì)直燃、沼氣、生物質(zhì)成型等），小型電源（太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、微型水力發(fā)電），太陽能熱利用（太陽能熱水器、熱泵、采暖、制冷空調(diào)、太陽房、太陽灶等）。近年來，以沼氣、太陽能、生物質(zhì)能發(fā)電、生物質(zhì)成型為代表的農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，綜合效益明顯。但農(nóng)村能源系統(tǒng)中電力、天然氣和可再生能源消費(fèi)比例偏低，用能品質(zhì)低，農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理，散煤燃燒、生物質(zhì)原始利用問題突出，亟須能源轉(zhuǎn)型升級(jí)。因此，本書結(jié)合農(nóng)村地域特征、資源稟賦、經(jīng)濟(jì)承受能力，提出基于多能互補(bǔ)的能源供應(yīng)體系建設(shè)目標(biāo)，通過分析未來農(nóng)村能源發(fā)展的物理形態(tài)，確立農(nóng)村多能互補(bǔ)的典型模式、優(yōu)化運(yùn)營(yíng)路徑和商業(yè)模型，并依托國(guó)家首個(gè)農(nóng)村能源革命示范區(qū)開展實(shí)例分析，以期為推進(jìn)能源梯級(jí)利用、循環(huán)利用和能源資源綜合利用，滿足能源消費(fèi)的多樣性，優(yōu)化農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，踐行綠色、低碳、多元、高效和智能的能源生態(tài)觀提供有價(jià)值的決策依據(jù)。
本書共分10章，分別從我國(guó)農(nóng)村能源未來發(fā)展形態(tài)、農(nóng)村多能互補(bǔ)典型模式、農(nóng)村多能互補(bǔ)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)路徑，以及農(nóng)村多能互補(bǔ)利用綜合效益評(píng)價(jià)與均衡、農(nóng)村多能互補(bǔ)發(fā)展商業(yè)模式及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用四個(gè)方面展開研究。在我國(guó)農(nóng)村能源未來發(fā)展形態(tài)研究方面，主要內(nèi)容是農(nóng)村能源發(fā)展概論和農(nóng)村能源發(fā)展現(xiàn)狀及轉(zhuǎn)型發(fā)展思路，包括農(nóng)村能源發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題、農(nóng)村分散式能源梳理及發(fā)展趨勢(shì)、農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型發(fā)展思路及方向。通過上述研究形成了農(nóng)村全品類能源需求預(yù)測(cè)模型和預(yù)測(cè)模型，確立了未來農(nóng)村能源供給和需求形勢(shì)，并勾勒了未來農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)物理形態(tài)，對(duì)于開展農(nóng)村多能互補(bǔ)運(yùn)營(yíng)奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
在我國(guó)農(nóng)村多能互補(bǔ)典型模式研究方面，主要梳理并對(duì)比了國(guó)內(nèi)外多能互補(bǔ)發(fā)展模式，結(jié)合我國(guó)農(nóng)村能源資源稟賦，確立了農(nóng)村多能互補(bǔ)的可行模式。農(nóng)村多能互補(bǔ)典型模式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，圍繞提升用戶用能體驗(yàn)、促進(jìn)清潔能源利用、提高用能效率，提出適應(yīng)不同典型應(yīng)用場(chǎng)景的農(nóng)村多能互補(bǔ)發(fā)展方案；辨識(shí)不同方案成本投入、價(jià)值產(chǎn)出的影響要素，構(gòu)建農(nóng)村多能互補(bǔ)發(fā)展成本與價(jià)值綜合測(cè)度模型，通過分析農(nóng)村多能互補(bǔ)技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性，確立適用于不同階段、不同地理特征、能源資源稟賦、能源供需形態(tài)的農(nóng)村多能互補(bǔ)典型應(yīng)用場(chǎng)景的最佳方案。
在農(nóng)村多能互補(bǔ)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)路徑研究方面，從電源側(cè)、用戶側(cè)和綜合能源三個(gè)維度出發(fā)，主要內(nèi)容包括：風(fēng)—光—生物質(zhì)—小水電協(xié)同調(diào)度優(yōu)化模型，綜合考慮實(shí)際調(diào)度中需滿足的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益等不同目標(biāo)，提出了多目標(biāo)調(diào)度優(yōu)化與模型，并建立了基于綜合評(píng)價(jià)理論的多目標(biāo)模型求解算法；建立了含分布式能源集成虛擬電廠多能互補(bǔ)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型，并研究了風(fēng)光不確定性和碳排放權(quán)交易對(duì)虛擬電廠運(yùn)行的影響，提出了風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避調(diào)度優(yōu)化模型和低碳隨機(jī)調(diào)度優(yōu)化模型；為了開展電、熱、冷、氣多能互補(bǔ)優(yōu)化，建立了分布式能源集成微能源網(wǎng)多能互補(bǔ)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型，包括電熱耦合微能源網(wǎng)隨機(jī)調(diào)度優(yōu)化模型和電熱氣耦合微能源網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化模型；建立了農(nóng)村縣域綜合能源系統(tǒng)多能互補(bǔ)優(yōu)化運(yùn)行，多能互補(bǔ)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型兼顧了農(nóng)村資源分布分散、能量密度低、需求多樣化和經(jīng)濟(jì)性差等特點(diǎn)，逐層構(gòu)造了電熱互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化模型、電氣互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化模型及電熱氣互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化模型，以實(shí)現(xiàn)能量梯級(jí)利用、提高能源利用效率的目的，為農(nóng)村構(gòu)建現(xiàn)代能源體系提供決策依據(jù)。
在農(nóng)村多能互補(bǔ)利用綜合效益評(píng)價(jià)與均衡、農(nóng)村多能互補(bǔ)發(fā)展商業(yè)模式及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究方面，主要內(nèi)容包括建立了農(nóng)村多能互補(bǔ)利用綜合效益評(píng)價(jià)與均衡模型。為了評(píng)估農(nóng)村開展多能互補(bǔ)的綜合效益，本書從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境和社會(huì)四個(gè)維度篩選效益指標(biāo)，確立農(nóng)村多能互補(bǔ)綜合效益指標(biāo)體系，并利用改進(jìn)云模糊綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)不同類型多能互補(bǔ)項(xiàng)目的綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了均衡農(nóng)村多能互補(bǔ)參與主體獲取的效益，在對(duì)不同參與方效益關(guān)系分析的基礎(chǔ)上，度量各主體參與農(nóng)村多能互補(bǔ)帶來的增量成本和價(jià)值，利用夏普利值法建立基于主體貢獻(xiàn)率的效益動(dòng)態(tài)均衡模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村多能互補(bǔ)利用增量收益的最優(yōu)化再分配。以此為基礎(chǔ)，開展了農(nóng)村多能互補(bǔ)發(fā)展商業(yè)模式及關(guān)鍵技術(shù)研究，依托河南省蘭考縣能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，設(shè)計(jì)與之適應(yīng)的商業(yè)模式，并重點(diǎn)考慮了蘭考“源—網(wǎng)—荷—儲(chǔ)”一體化運(yùn)營(yíng)和蘭考縣域虛擬電廠的應(yīng)用發(fā)展，為農(nóng)村多能互補(bǔ)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)提供實(shí)例經(jīng)驗(yàn)，有利于推進(jìn)能源革命在農(nóng)村的落地實(shí)踐。
華北電力大學(xué)楊莘博、樊偉、周靜涵及國(guó)網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院張藝涵、李慧璇、鄭永樂等人參與了本書的部分編寫工作。其中，本書第3章由楊莘博和樊偉合作編寫，第4章由周靜涵、張藝涵和李慧璇合作編寫，統(tǒng)稿為鄭永樂。本書在編寫過程中得到華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院和國(guó)網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院的支持與配合，在此表示衷心的感謝和誠(chéng)摯的敬意。
本書承蒙國(guó)網(wǎng)河南省電力公司課題“河南農(nóng)村多能互補(bǔ)模式及在蘭考能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究”、國(guó)家電網(wǎng)有限公司總部科技項(xiàng)目“能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)及商業(yè)模式研究”（1400  202024222A  0  000）、國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“微能源網(wǎng)群多能分層互補(bǔ)及協(xié)同遞進(jìn)優(yōu)化模型研究”（71904049）的資助，特此致謝。
由于作者水平所限，書中難免存在疏漏和不足，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編 者
2020年5月30日

譚忠富，教授，博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所所長(zhǎng)。先后獲得教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才稱號(hào)、北京市優(yōu)秀人才、上海電力學(xué)院光明學(xué)者、北京市優(yōu)秀青年教師、北京市教育先鋒個(gè)人、美國(guó)Naperville市授予“榮譽(yù)市民”、北京昌平科委“一校帶一鎮(zhèn)科普進(jìn)村”先進(jìn)工作者等稱號(hào)。

前言

第1章 概論1
1.1　研究背景、意義及目的1
1.1.1　研究背景1
1.1.2　研究意義3
1.1.3　研究目的4
1.2　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀6
1.2.1　多能互補(bǔ)系統(tǒng)實(shí)踐現(xiàn)狀6
1.2.2　多能互補(bǔ)作用機(jī)理8
1.2.3　多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)調(diào)度10
1.2.4　多能互補(bǔ)效益協(xié)調(diào)均衡13
1.3　總體研究框架14
第2章 農(nóng)村能源發(fā)展現(xiàn)狀及轉(zhuǎn)型發(fā)展思路16
2.1　農(nóng)村能源發(fā)展現(xiàn)狀及主要特征16
2.1.1　我國(guó)農(nóng)村能源發(fā)展現(xiàn)狀16
2.1.2　我國(guó)農(nóng)村能源發(fā)展特征25
2.2　我國(guó)農(nóng)村能源發(fā)展存在的問題及應(yīng)對(duì)措施26
2.2.1　我國(guó)農(nóng)村能源發(fā)展存在的問題26
2.2.2　我國(guó)農(nóng)村能源發(fā)展問題解決措施31
2.3　我國(guó)農(nóng)村類型及能源轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑33
2.3.1　能源視角下農(nóng)村類型分析33
2.3.2　能源轉(zhuǎn)型發(fā)展實(shí)施路徑34
2.4　本章小結(jié)40
第3章 國(guó)內(nèi)外多能互補(bǔ)模式與實(shí)踐現(xiàn)狀41
3.1　多能互補(bǔ)基礎(chǔ)理論與政策41
3.1.1　多能互補(bǔ)基礎(chǔ)理論41
3.1.2　多能互補(bǔ)相關(guān)政策42
3.2　多能互補(bǔ)實(shí)踐現(xiàn)狀與經(jīng)驗(yàn)啟示45
3.2.1　國(guó)外多能互補(bǔ)實(shí)踐現(xiàn)狀45
3.2.2　國(guó)內(nèi)多能互補(bǔ)實(shí)踐現(xiàn)狀48
3.2.3　現(xiàn)存問題與經(jīng)驗(yàn)啟示50
3.3　多能互補(bǔ)運(yùn)行典型模式對(duì)比研究52
3.3.1　電源側(cè)多能互補(bǔ)運(yùn)行模式52
3.3.2　用戶側(cè)多能互補(bǔ)運(yùn)行模式53
3.3.3　綜合能源系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行模式54
3.4　農(nóng)村多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)形式及典型模式54
3.4.1　多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)形式54
3.4.2　多能互補(bǔ)多級(jí)系統(tǒng)分析55
3.4.3　農(nóng)村多能互補(bǔ)典型方案58
3.5　本章小結(jié)61
第4章 農(nóng)村多能互補(bǔ)典型模式技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析62
4.1　農(nóng)村多能互補(bǔ)技術(shù)可行性分析62
4.1.1　多能互補(bǔ)系統(tǒng)構(gòu)成62
4.1.2　農(nóng)村多能互補(bǔ)系統(tǒng)配置70
4.1.3　農(nóng)村多能互補(bǔ)系統(tǒng)特性分析71
4.2　農(nóng)村多能互補(bǔ)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)73
4.2.1　全壽命周期成本效益分析74
4.2.2　農(nóng)村多能互補(bǔ)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)參數(shù)確定76
4.2.3　農(nóng)村多能互補(bǔ)經(jīng)濟(jì)敏感性分析77
4.3　算例分析78
4.3.1　典型模式經(jīng)濟(jì)性分析79
4.3.2　經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果對(duì)比90
4.3.3　敏感性分析91
4.4　本章小結(jié)92
第5章 農(nóng)村風(fēng)—光—生物質(zhì)—小水電協(xié)同調(diào)度優(yōu)化模型93
5.1　引言93
5.2　多能互補(bǔ)系統(tǒng)構(gòu)成95
5.3　多能互補(bǔ)系統(tǒng)多目標(biāo)運(yùn)行優(yōu)化模型96
5.3.1　系統(tǒng)運(yùn)行目標(biāo)96
5.3.2　系統(tǒng)約束條件97
5.3.3　多目標(biāo)運(yùn)行優(yōu)化模型求解算法99
5.4　算例分析101
5.4.1　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)101
5.4.2　算例結(jié)果102
5.4.3　優(yōu)化結(jié)果103
5.4.4　敏感性分析104
5.5　本章小結(jié)106
第6章 農(nóng)村虛擬電廠多能互補(bǔ)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型107
6.1　引言107
6.2　虛擬電廠風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避調(diào)度優(yōu)化模型109
6.2.1　虛擬電廠構(gòu)成109
6.2.2　常規(guī)調(diào)度優(yōu)化模型112
6.2.3　調(diào)度優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避模型114
6.2.4　數(shù)學(xué)模型求解算法116
6.2.5　算例分析117
6.3　考慮不確定性的虛擬電廠低碳調(diào)度優(yōu)化模型126
6.3.1　電—碳流耦合分析126
6.3.2　虛擬電廠低碳調(diào)度優(yōu)化模型127
6.3.3　模型求解算法131
6.3.4　算例分析132
6.4　本章小結(jié)140
第7章 農(nóng)村微能源站多能互補(bǔ)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型141
7.1　引言141
7.2　電熱耦合微能源站隨機(jī)調(diào)度優(yōu)化模型143
7.2.1　微能源站結(jié)構(gòu)143
7.2.2　微能源站出力模型144
7.2.3　微能源站常規(guī)調(diào)度優(yōu)化模型145
7.2.4　微能源調(diào)度優(yōu)化站風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避模型149
7.2.5　算例分析150
7.3　電熱氣耦合微能源站調(diào)度優(yōu)化模型160
7.3.1　電熱氣互聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)成160
7.3.2　微能源站設(shè)備模型161
7.3.3　微能源站多目標(biāo)調(diào)度模型163
7.3.4　算例分析168
7.4　本章小結(jié)176
第8章　農(nóng)村縣域綜合能源多能互補(bǔ)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型178
8.1　引言178
8.2　電熱互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化模型180
8.2.1　電熱互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)構(gòu)成180
8.2.2　電熱耦合調(diào)度優(yōu)化模型182
8.2.3　算例分析186
8.3　電氣互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化模型193
8.3.1　電氣互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)構(gòu)成193
8.3.2　多目標(biāo)調(diào)度優(yōu)化模型195
8.3.3　多目標(biāo)模型求解算法199
8.3.4　算例分析201
8.4　電熱氣互聯(lián)綜合能源系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化模型210
8.4.1　電熱氣網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃模型210
8.4.2　綜合能源系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化模型215
8.4.3　算例分析217
8.5　本章小結(jié)220
第9章　農(nóng)村多能互補(bǔ)利用綜合效益評(píng)價(jià)與均衡模型222
9.1　引言222
9.2　農(nóng)村多能互補(bǔ)利用綜合效益評(píng)價(jià)模型224
9.2.1　能源系統(tǒng)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系224
9.2.2　能源系統(tǒng)綜合效益評(píng)價(jià)模型230
9.3　含多能互補(bǔ)的清潔能源系統(tǒng)效益均衡模型234
9.3.1　系統(tǒng)參與方效益關(guān)系分析234
9.3.2　系統(tǒng)綜合效益優(yōu)化分析236
9.3.3　系統(tǒng)多主體效益均衡模型241
9.4　算例分析245
9.4.1　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)245
9.4.2　效益評(píng)價(jià)分析245
9.4.3　效益均衡分析248
9.5　本章小結(jié)251
第10章　縣域多能互補(bǔ)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)策略及服務(wù)模式應(yīng)用——以河南省蘭考縣為例252
10.1　蘭考縣域多能互補(bǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)252
10.1.1　多能互補(bǔ)負(fù)荷特性252
10.1.2　多能互補(bǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)254
10.2　蘭考“源—網(wǎng)—荷—儲(chǔ)”一體化調(diào)度運(yùn)營(yíng)策略255
10.2.1　農(nóng)村多能互補(bǔ)系統(tǒng)出力特性255
10.2.2　農(nóng)村多能互補(bǔ)需求響應(yīng)機(jī)制257
10.2.3　農(nóng)村多能互補(bǔ)調(diào)度優(yōu)化模型258
10.2.4　多目標(biāo)優(yōu)化方法261
10.2.5　實(shí)例分析262
10.3　蘭考縣域多能互補(bǔ)綜合能源服務(wù)模式272
10.3.1　多能互補(bǔ)系統(tǒng)服務(wù)模式272
10.3.2　系統(tǒng)效益測(cè)算模型273
10.3.3　主體效益再分配模型274
10.3.4　算例分析275
10.4　本章小結(jié)279
參考文獻(xiàn)280