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1、能源互联网中的天然气管网作用及其运行模式探讨摘要：随着技术进步以及环保意识的提高，能源互联网正逐渐形成，可再生能源将逐步成为能源主体，对天然气管网的发展提出新的要求。从天然气管网特性的角度，对其融入能源互联网的条件及作用进行了分析：从目前国内外天然气需求形势出发，指出天然气在保障能源安全中的重要地位，并分析了能源互联网的基本架构以及此架构下天然气管网运行特性研究不足的现状；从干线管网现状、城市燃气管网建设以及天然气体制改革方面，分析了中国天然气管网发展现状，并从气电调峰、掺氢输送以及能量储存3个方面阐述了天然气管网在能源互联网中能起到的重要作用；从天然气能量计量、需求侧综合管理、储能与能量转换
2、设施建设以及多能源综合调度4个方面，探讨了天然气管网融入能源互联网的运行模式。针对能源互联网中天然气管网发展面临的形势及其关键技术，给出建设及发展建议，以期更好地发挥天然气管网储能量大、传输损耗低、新能源接纳能力强等优势。关键词：能源互联网；碳中和；天然气管网；运行模式随着科学技术的进步以及环境保护要求日渐严苛，未来以太阳能、风能、水能等为代表的可再生能源将逐步成为能源主体，能源结构正在发生深刻的变化。综合能源系统是“互联网+能源网”，其是以分布式可再生能源为主要一次能源，与天然气网络、交通网络等其他系统紧密耦合而形成具有复杂多网流系统的能源互联网。目前，国内外都在积极开展能源互联网的建设工作
3、，各类标准也正在制订中,如中国的能源互联网系统一一智能电网与热、气、水、交通系统的交互标准正在征求意见。能源互联网的基础是拥有多种能源、能源之间的互换互联及智能化，由此才能实现能源互联网系统的高效运营，同时实现碳中和、碳达峰的“双碳”目标。虽然能源互联网的发展趋势明显，但作为其重要组成系统之一的天然气管网系统，还很少将其置于能源互联网中开展研究，如能源互联网的构成对天然气管网建设与发展的影响、“双碳”目标下可再生能源的利用对天然气管网的要求、融入能源互联网的天然气管网的作用及其运行模式等。为此，在分析天然气管网与能源互联网特性的基础上，从天然气管网特性的角度，对其融入能源互联网的条件及作用进行
4、了分析，以期让天然气管网在能源互联网的发展中发挥更大的作用。1能源互联网的构成1. 1天然气需求趋势随着全球经济快速发展，对绿色低碳清洁能源的需求日益增长，天然气作为传统化石能源向新能源转型过程的关键媒介，可为社会提供安全、可持续发展的绿色低碳清洁化石能源。挪威国家石油公司预计到2030年全球天然气需求量将增长约10%；麦肯锡咨询公司预计到2035年天然气将以需求量每年增长0.9%的态势成为全球唯一增长的化石燃料；OPEC(OrganizationofthePetroleumExportingCountries)、IEA(InternationalEnergyAgency)、BP公司均指出天然
5、气在一次能源中的占比将在2040年达到25%26%对于持续增长的全球天然气消费市场，从消费结构看，天然气消费市场的主力军主要包括工业燃气、天然气发电、城市燃气；从消费区域看，天然气需求量最高的国家包括中国、印度等。全球天然气需求量在2020年受新冠疫情的影响缩减2.5%,但中国作为天然气需求大国，其需求量仍上涨6.9%。作为能源绿色低碳转型中的重要角色，在中国经济向好发展、油气体制机制改革、全球资源供应稳定、“双碳”目标等因素的影响下，预计中国的天然气消费量在2025年将达到(4300-4500)108m3o已有学者基于对能源政策因素、经济发展因素、社会人口、天然气行业发展等因素“司的耦合分析
6、以及新建的预测模型，认为截至2030年中国天然气需求量将持续增长，对管网设施的需求也将持续增加。随着天然气需求量的持续增长，基于现有的天然气开发趋势，中国天然气对外依存度将快速增长(图1)o由于不同能源之间具有替代性、互补性，建立互补共济的能源系统，可达到能源的高效利用，弥补传统能源系统中各能源独立管理、各能源间协同优化不足的缺点，进而提升整个能源系统的互联互通能力。-I(X)国家及地区J)口!ry芝图1IEA对2040年中国、欧盟等地天然气进口量的预测结与2017年实际消费量的对比图1.2能源互联网能源互联网的概念在杰里米里夫金所著的第三次工业革命一书中首次出现，其基本内涵为“基于可再生的、
7、分布式、开放共享的网络“。从物理形态角度，能源互联网主要由多能协同能源网格的物理层、信息物理系统的信息层以及运营模式的应用层组成。从架构角度，能源互联网主要包含：分布式综合能源利用系统的能源局域网,通过电、气、交通等能源局域网互联而成的能源广域网，由能源、信息、交通等多网融合而成的能源全球网（图2）o可再生能源太阳能风能电力系统能源系雀网-电储能一礴瓦:庆然气系统4Z1. 废热氧气系统燃料电池供热系统 一(泵1热储能心口吸收式鹘先统一冷储能一(I)I制冷机I_I电制冷机图2能源互联网主要架构与基本组成示意图在能源互联网的概念提出后，国内外学者均开展了大量的研究工作。在国外，美国开展了以骨干网架
8、、微电网及相关连接网络组成的未来可再生电能传输与管理系统(FUtUreRenewableElectricEnergyDeliveryandManagement,FREEDM)的相关研究泊；德国以构建自我调控的智能化电网系统为目的，发起了E-energy项目；日本成立了用分散控制方式实现相对独立且不同步子电网的虚拟一体化运行的数字电网联盟例；欧盟报道了基于通信与信息技术(InformationandCommunicationsTechnology,ICT)、智能电网的未来智能能源互联网(FUtUreInternetforSmartEnergy,FINSENY)项目。在中国，能源互联网的概念不断发
9、展外延，典型的定义主要包括以下3类：基于互联网理念，如“互联网+”智慧能源；基于大电网理念，如智能电网；基于各能源综合利用理念，如旨在实现多能互补的综合能源系统。其中，对于耦合天然气管网的能源互联网，中国的研究主要涉及园区能源互联网、微能网皿、电-气综合能源系统皿等。目前，国内外已有研究多是从电网出发，关注电网的设计规划、协调控制，对天然气特性、天然气管网储运特征尚无较为全面的描述及建模。因此，相比发展更为成熟的电网系统，天然气管网的分析方法、主要变量特征、方程求解法及在能源互联网中的耦合等均存在显著不同。天然气为可压缩流体，需开展在能源互联网中的作用、边界、相互耦合条件、满足能源各类需求及储
10、存的运行分析，以充分利用其在调峰、储能、掺混等方面的作用，并使天然气管网系统与能源互联网系统均处于较优状态。2天然气管网在能源互联网中的作用2. 1中国天然气管网现状及发展2. 1.1干线管网建设及发展在能源互联网中，风能、光能、水能、核能均受到地域限制，不能直接外输，需转化为电能才能远距离输送，因此新能源发电受到电网消纳能力的约束；同时，风能、光能等可再生能源受环境、自然因素的影响，其间歇性不可预期。天然气作为清洁能源，其输送方式是与电网类似的网状结构，且输送范围覆盖全国。此外，天然气的可压缩性使得天然气可以在地面储罐、地下储气库、LNG储罐中长时间、大量存储，弥补了电网系统中电力无法长时间
11、存储的不足。随着电转气（P2G）技术的发展，大量可再生能源产生的电能转化为天然气，天然气既可在管网中灵活地输送到需求侧，也可输送到储气设施中存储。目前，中国干线管网建设已初步符合能源互联网灵活的能源输送要求。“十三五”期间，在气源供给方面，中国已形成“西气东输、北气南下”的供气格局I。在天然气管网建设方面，中国天然气主干管网已覆盖除西藏以外的省份。截至2020年底，中国天然气管道总里程达10.2X10km,西气东输、陕京管道、川气东送、涩宁兰管道实现了将天然气从长庆、塔里木、川渝、青海等主要供气区输送至京津冀、长三角、珠三角等主要天然气消费市场，“全国一张网”骨架基本成型。同时，干线之间也有联
12、络线保障干线管网的互联互通，中靖线联通了西三线与陕京管道、冀宁线联通了陕京二线与西气东输管道、兰银线联通了涩宁兰线与西一线。在储气调峰设施建设方面，截至2020年底，中国已建成LNG接收站21座，LNG接收能力达到906510,t；同时，已建成地下储气库（群）14座，总设计工作气量240XlO8m3,形成工作气量159IO8m3ci31o未来，“十四五”时期依然是天然气管道高速发展期，中国仍将积极建设干线管道、支线管网，加快建设陆上、海上气源与主干管网的连接管道，同时建设主干管网之间的连通管道，进一步实现管网之间的互联互通，为天然气能源的灵活调度奠定基础，也为能源互联网中能源的跨区域输送提供保
13、障。此外，对于省网、城市燃气网，将加快完善天然气市场机制，明确国家石油天然气管网集团有限公司（简称“国家管网集团”）与石油公司、省市管网公司的运营模式及业务关系，推动天然气市场的公平交易改革。2. 1.2城市燃气管网建设目前，经过数十年的发展，中国大多数城市已经建立了管道燃气设施，天然气消费量飞速增长山1（图3）o2021年，中国天然气表观消费量已达3726XlO8m3,同比增长12.7%tl53o城市燃气管网主要负责接收多路干线管网的天然气，同时向多种类型用户输气，满足地区燃气销售公司、化工企业、燃气发电厂等不同用户的用气需求。此外，城市管网也兼具储气调峰功能。城市燃气系统由干线高压天然气管
14、道供气，高压天然气经多个门站、调压站加臭降压后，进入城市燃气管网，向各类用户供气。不同于干线管网，城市燃气管网按压力等级分为高压、次高压、中压、低压管道。低压管道一般为居民用户、小型商业用户供气，而工业企业、大型商业用户一般由中压、次高压甚至使用高压管道直接供气。可见，城市燃气管网是一个多气源、多用户、多压力级制的复杂管网系统。2015201620172018201920202021年份图320152021年中国天然气消费总量变化趋势图对于城市燃气的调峰任务，在无法建设地下储气库的地区，城市调峰主要由高压管道、高压球罐及LNG调峰3种方式来解决。目前，中国下游用户普遍缺少储气调峰设施，故季节性
15、调峰、日调峰及重点大型用户的小时调峰基本依靠上游的天然气供气量来解决，城市管网调峰则主要负责居民燃气的小时调峰2. 1.3天然气体制改革能源互联网改变了能源的供需匹配和交易方式，利用互联网可实现能源流、资金流、信息流的互通，而其中能源交易市场化是能源互联网发挥作用的关键要素之一。与电网体制改革类似，天然气体制改革也正是按照“放开两头、管住中间”的总体原则，形成“X+1+X”的天然气市场体系。在“X+1+X”的天然气市场体系中，第一个“X”代表天然气上游市场主体的多样化、天然气气源的多样化，在天然气上游引入市场竞争机制，鼓励多种资本进入，加大天然气勘探开发与生产力度；同时，鼓励天然气国际贸易，各
16、类具备天然气进口资质或能力的企业都可以参与到国际市场采购，实现天然气供应气源多样化。“1”代表天然气中游管网输送系统的唯一性，不仅包括国家级天然气管网，也包括省级管网、区域性管网及城市燃气配送管网。第二个“X”则代表天然气下游市场配售主体的多样化、终端客户的多样化，在天然气下游继续坚持市场化改革方向，鼓励多种所有制企业与各类资本参与到城市燃气设施建设、运营及燃气销售服务领域。因此，只有形成上游天然气资源多主体多渠道供应、中间“一张网”高效输送、下游市场化良性竞争的天然气市场体系，天然气才能进入能源互联网，提高能源利用效率。管网作为天然气输送系统的主体，其公平开放程度直接影响天然气市场与能源互联
17、网的发展。2019年5月24日，国家发展和改革委员会、国家能源局、住房和城乡建设部、国家市场监督管理总局联合印发了油气管网设施公平开放监管办法（简称办法），为天然气管网的公平开放提供了行动指南。国家管网集团于2019年12月9日在北京正式成立，为油气管网系统公平开放提供了平台基础。2022年4月1日，国家管网集团举行开放服务及交易平台上线发布会，标志着国家管网集团开放服务交易平台（图4）皿正式运行。图4国家管网集团开放服务交易平台示意图2.2天然气的作用2.3 .1气电调峰近年来，中国东部地区气电装机规模不断扩大。天然气作为煤炭的竞争能源，天然气发电在火电中占比逐渐增长。燃气电站可以承担与燃煤
18、电站相同的腰荷、峰荷发电任务，与传统的燃煤发电相比，燃气电站具有诸多优点：天然气发电更清洁，燃烧过程中碳排放更少，天然气在燃烧过程中排放的C02约为燃煤的40%、产生的NOX是燃煤的19.2%o天然气发电调峰更灵活。在调峰范围上，燃机机组调峰范围较宽，联合循环机组调峰能力为70%100%阳；在启动时间上，燃气电厂冷启动、热启动时间均比燃煤电厂快。可见，与燃煤发电相比，天然气发电更清洁、负荷调节范围更宽、响应速度更快，因此其更加适合电网调峰。虽然目前煤炭仍是中国的主要发电能源，但参照发达国家能源低碳转型路径，未来煤炭在一次能源消费中的比例将逐渐降低，且随着天然气市场发展的逐渐成熟，发电将成为拉动
19、天然气消费增长的主要动力。此外，在可再生能源的发展期，气电调峰将发挥重要作用，天然气可用于弥补可再生能源发电由于受自然环境约束而无法长时间不间断发电的不足。可见，利用天然气发电是发展趋势，但同时对管网运行调度也提出了更高的要求。2.2.2掺氢输送利用管道运输规模大、距离远的优势，在管道输送天然气时按比例掺入氢气，是目前氢气大规模输送的实现方式之一。对于天然气掺氢输送，国外已有多年研究。2007年荷兰的SustainableAmeland项目、2014年法国的GRHYD项目均研究了天然气管道掺氢输送的可行性，掺氢比均达20%左右加；中国近年来也启动了多个天然气掺氢项目，其中朝阳可再生能源掺氢示范
20、项目第一阶段工程已在2019年完工。氢气的掺入将影响天然气管道运行的各环节。对于管道的能量传输能力，由于氢气单位体积的能量含量是天然气的1/3左右，这使得在相同工况下，掺氢后天然气的能量含量降低，这不仅限制了天然气管道的管存灵活性，还导致燃气管网需要给终端用户输送更多的天然气才能满足其需求1对于管道输送环节，掺入的氢气对管材有较大影响，合适的掺氢比还有待进一步研究。天然气中的氢气会影响高碳钢的材料性能，导致管道更易产生裂纹，发生氢脆、氢腐蚀。不同掺氢比的天然气，输送时混合物组分的变化会引起管道流动状态发生变化，管道水力工况也随之改变。因此，天然气管网混氢输送的压力变化规律、管道内气体流速的影响
21、、瞬变压力变化、泄漏特性等均与纯天然气管道不同。对于终端用户，掺氢使得燃气的燃烧特性发生变化，不同掺氢比对燃气灶、燃气轮机等设备的影响，如燃气的互换性、燃气燃烧性能变化等还有待研究。对于掺氢工艺，目前使用较多的是将氢气与天然气在流量随动式混气装置中混合L对于氢气的掺混位置，可以在干线掺混，也可以在城市门站或调压站掺混：在中低压管网掺氢。在城市门站建设集中式掺氢站，在掺氢站中进行制取氢气、甲烷化、气体混合等处理。与干线管网相比，城市输配管网的运行压力低、管材强度低，这使得掺氢天然气在城市配气网中输送时发生氢损伤的可能性更低。在高压管网掺氢。在长输管网解决了管材氢脆、压缩机、燃气轮机掺氢比等问题后
22、，建立分布式掺氢站，天然气干线管道、城市燃气大用户直供管道、城市燃气配气干线管道均可设置掺氢点。输送至终端的掺氢天然气一方面可进入城市燃气管网作为燃气，另一方面也可将其中的氢气分离使用，但还需提升相关技术的经济性。2.2.3储能实现各类能源之间的双向转换是能源互联网多能互补的基础。电网产生的未消耗电能需要转换成热能、化学能等其他能量形式进行大规模存储，以此实现电网与天然气管网、供热网等能源网的连接。目前，大规模储能方式有热储能、氢储能、电化学储能、以及利用P2G技术将电能转化为天然气存储。在众多储能方式中，除天然气外，其他储能方式均受到一定限制，无法达到网络层面。因此，既要满足大型电网储能的储
23、量需求，同时实现灵活的网络化储能，天然气储能是首选。目前，P2G技术转化效率较高，可达65%左右，且该技术已在德国实现了商业化发展。P2G技术生产的天然气，可通过天然气管网实现能量的跨区域输送、规模化存储。这实现了能源互联网中电力与天然气系统的交互，弥补了电力系统对间歇性发电无法消纳的不足。将P2G技术与天然气发电技术相结合，可实现电能与天然气的双向转换（图5）：在用电低谷期，将剩余的电能通过P2G技术生产天然气，存入天然气网络；在用电高峰期，通过燃气轮机发电调峰，将天然气转化为电能。火电厂坨圾焚烧J.分离烟气风电太阳能电电网CHP/CCHP电解水甲烷化天然气管网热电联产/冷热电联产图5电能与
24、天然气双向转换（电-气-电）循环过程示意图3关键技术及运行模式天然气管网融入能源互联网，其作用、功能、运行要求、用户特性、可靠性、数字化与智能化基础、与能源网系统交互等都将发生变化，并有更高的要求。3. 1天然气能量计量技术在天然气计量计价方面，能量计量代替体积计量是必然趋势。由于中国气源点分布较散，天然气气质组分差异较大，这也直接导致单位体积天然气的发热量不同，煤层气的发热量可低至34MJm3,而进口LNG发热量可高达43MJm3o中国现行的体积计量方式无法体现发热量这一重要指标，制约了天然气行业的长远发展。此外，能源互联网各类能源之间的对接转化，其主要技术指标是能量，落实到天然气上即是热值
25、。天然气从生产商到终端用户一般要经过气体输送商、区域分销商、本地分销商中的部分及全部阶段。由于热值测量仪表成本高，在上述各个环节中均安装热值计量仪器是不切实际的。依据GB/T227232008天然气能量的测量的规定，一般在天然气生产商、输送商及区域分销商交接界面计量天然气的发热量、流量，而在本地分销商与用户交接界面仅计量天然气的流量。热值赋值是依据管网布局的拓扑结构和管网运行状态，对天然气物性参数沿管道的分布进行计算，从而间接地计算出各交接点的热值。随着天然气管网的扩建与互联互通，多气源、复杂管网的管输气热值赋值解决方法必将是除了增设热值测量设备外，还可结合在线仿真技术与天然气组分跟踪技术实时
26、计算管内各点的气质组分，从而计算出各交接点的气体热值。组分追踪即是描述天然气中的各个组分在管网内的运移、混合过程，其需要流动方程、组分方程两类方程。其中，流动方程用于描述天然气管网在不同边界条件下所形成的流场，而组分方程则用于确定各个组分在给定流场中的运移、混合加。同时，还要耦合管网各个监测点的实际数据，对管网系统内运移的气体状态进行校正，保证系统在各交接点赋值的准确性。3.2天然气需求侧综合管理技术近年来，由于能源互联网技术与理念的快速更迭，传统的基于单一能源网络的需求侧管理架构逐渐转变为基于大量分布式能源网络的管理架构。全新的架构打破了以供给为中心的能源模式，逐渐形成了以用户需求为中心的能
27、源体系。因此，对于天然气管网，需要进行用户特性分析、用气需求预测以及用户满意度研究，从而更好地满足用户的能源需求。天然气用户特性是指用户某一时期在某一维度所展现的用户趋势。用户特性分析是需求侧管理的基础，准确地掌握用户特性能够在研究中为用户选取适用的需求预测模型，还能依据用户特性对用户进行分级。具体分析步骤可分为数据采集、数据预处理、指标建立、用户指标提取、用户指标分析以及用户特性归类6个步骤（图6）o其中，可按照需求保障属性，将用户分为需完全保障、可少量压减、可压减、可中断用户。通过用户特性分析，可以匹配电能、可再生能源与用气需求供需关系，如在用电富裕地区推广气改电，小型气电厂改为风电厂或水
28、电厂。数据采集内部数据CI外部数据气量数据价格数据气象数据人口数据,经济数据合同数据地理数据商业数据数据预处理数据清理数据转换数据集成数据规约指标建立波动指标用户习惯指标气量指标呦范围波动大小用气增长用气减小平均气量最高气量发生时间波动频率用气中断最低气量!户指标提取：日指标提取I月指标提取1I季度指标提取I年指标提取_用户指标分析相关分析）列联分析聚类分析1机器学习用户特性归流动类时间类潜力类II用气用途类I：图6天然气用户特性分析流程图天然气需求预测是通过对天然气需求历史数据进行分析，掌握其历史规律，分析外在因素对其产生的影响，采用合适的数据方法与预测模型对未来可能发生的天然气需求量进行预
29、测。只有准确地掌握用户用气规律，才能更好地进行资源规划、运行方案制定以及调度优化。现有研究大多借鉴欧美地区预测方法，依据历史消费数据进行时间序列分析，进而对需求量进行预测。但欧美地区天然气行业已发展成熟，其影响因素相对稳定，而中国天然气行业还未实现完全市场化，资源与需求在特定时期会受到相关政策影响（如“煤改气”政策、“双碳”目标的提出）而产生较大变化。因此，为了适应中国天然气行业发展现状，需要考虑政策、气温、人口、GDP、能源构成、新能源赋值、能源互联网建设等多用气影响因素，才能较为准确地预测未来的用气需求量。用户满意度在天然气管输行业是一个新兴概念，是指用户对于所接受管网系统供气服务的满意程
30、度，是用户对于管网服务的评价。基于天然气管网系统的工艺特征及服务目标，可以将用户满意度分解成气量满意度、压力满意度、气质满意度、供气策略满意度、应急满意度以及价格满意度。这些指标不仅能够用于衡量用户的满意度，还能够衡量管网中的供气节点或整个管网供气服务能力。对管网服务质量进行定量评价，可以为管道运行方的决策提供辅助支持，同时也是管网调度优化的目标函数之一。用户可以依据不同能源在供给方式、需求特点、市场表现等方面的特点，从多个方面参与需求侧管理计划，如改变能源的消费种类及占比等，这也是需求侧综合管理技术的核心思想。同时，云计算技术与数据平台的构建保证了用户通过智能能源集线器与能源供需之间的信息交
31、互，在此基础上实现能源网络信息层面的互联互通。3.3天然气储存与能量转换设施建设目前，大型化储能技术的安全性与能量密度低，同时事故发生后储能设施易引发次生灾害，因此现有的各项储能技术均达不到大规模能源储备的水平。但天然气管网接入能源互联网后，则可利用天然气相较于电能易储存的性质提供解决思路，即利用天然气与电的能量转换技术，对用电和用气进行调峰。在现有天然气管网与电网设施基础上，一方面应扩建天然气储存设施，另一方面应推广建设电转气与气转电设施，以增加多能源系统的灵活性。目前，国内外主流的天然气储存方式是地下储气库。但大型地下储气库建设成本与操作成本高，仅适用于战略储备或季节调峰，不适用于短期调峰
32、。同时受限于地理环境限制，大型地下储气库往往远离电厂，不利于能源转换。因此，可分布式天然气储存设施将是天然气管网接入能源互联网的重要基础设施之一。在现有储气方式中，储气罐与压缩天然气储气适合作为电厂临时储气装置。同时，若电厂附近有天然气管道，可利用其储气能力，无需重建储气设施。随着“双碳”目标的提出，考虑到C02减排效益，在氧气及热力收益、商业规模化推广投资降低后，P2G技术的大规模商业应用也是可以预见的0P2G技术的成熟将在天然气管网与电网之间构建一座双向桥梁，天然气可通过气电厂发电，也可通过P2G技术设施将富裕的电力转换成天然气，利用现有成熟的天然气基础设置作为巨大的储能设施。近年来，可再
33、生能源发电量快速增长，其中以风力发电、太阳能发电为主，但此类发电技术受气象变化影响大，存在波动性、周期性、及时性的特点，难以高效利用，因此常被称为“垃圾电”。能源互联网技术、P2G技术为此类能源的高效利用提供了解决措施，即当可再生电力富余时，通过P2G技术可以将电能转化为CH,称其为可再生天然气。可再生天然气通过调压、过滤、计量等处理后，可直接就近注入当地天然气管网。3.4多能源综合调度技术统一、高效的生产管理系统是各能源网运行公司的必备工具之一。国家电网有生产管理系统(PrOdUCtionManagementSystem,PMS中国石油有生产计划系统(ProductionPlanningSy
34、stem,PPS),都是用于生产调度、运销的数据信息管理平台。但随着能源互联网的逐渐形成，单一的生产管理系统已不能满足能源互通之后的全局调度要求。为了保障能源互联网清洁低碳和安全高效运行，需要研发综合能源管理系统(IntegratedEnergyManagementSystem,IEMS)o与单一能源管理相比，多能源管理面临3个方面的挑战：多能流耦合。不同的能流系统具有不同的组成、模型及特性，不同能流之间也相互作用、影响，因此耦合特性复杂。多时间尺度。不同能流系统具有显著不同的动态特性，从能量利用的角度，系统惯性最大的是热力系统、最小的是电力系统，天然气管网系统则居中；从系统能量供给调节速度，
35、电力系统最快、热力系统最慢，天然气管网系统仍是居中。同时，不同能流系统的时间尺度相差巨大，传统单能流系统的建模、分析及优化方法已难以适应。多管理主体。不同能源分属不同公司与行业管理，具有多管理主体，为多能源的协同调度提出了挑战。为了应对上述挑战，天然气管网应该从系统建模、优化调度及能源协调3个方面进行提升。由于天然气管网的时滞性与非线性，同时管网拓扑结构复杂、设备众多，导致常规的天然气管网仿真算法计算效率低，无法直接应用于能源互联网中进行多能源网耦合分析。因此，需要对原有模型进行简化，形成适用于复杂网络分析的集总参数模型。在一定假设条件下,对连续性方程、动量方程等进行线性化，通过拉普拉斯变化可
36、以将原偏微分方程组转化成常微分方程组形式的集总参数模型。这在保留了管道流动瞬态特性的同时，避免了迭代求解大型线性方程组，大大加快了求解速度，同时集总参数模型也更适合网络化建模眇刈。在能源网中，能量交互较为密切，通过不同能源之间的优势互补与梯级利用，可实现其综合能效的有效提升。能源网运行优化技术是实现以上目标的有效途径，其优化过程实际是一个能源综合调度过程。与电网、天然气管网的优化调度相比，能源网的运行优化问题尚需考虑能源的种类这一决策变量，因此，其目标函数、可行域更为复杂，同时还需平衡安全性、经济性、能源利用率以及能源可持续性。上述因素将传统的单目标优化问题转变成一个复杂的多目标强非线性优化问
37、题（图7）。种类特性约束条件安全约束I系统总体I I物理约束I安全性经济性利用效率可持续性优化口标用户分析控制中心需求预测:通信信号I I短期侦测卜打长期预测 控制m I合同计划I图7多能源综合调度优化模型图多能源行业与公司之间的协调配合问题则需要从国家政策出发，突破不同能源之间的壁垒。因此，未来应形成以先进的信息技术为基础，以可再生能源为主要一次能源，以电力系统为核心，同时与其他系统紧密耦合的丰富、庞大的能源网系统。目前，天然气管网应着手对以下技术进行研究：攻克因可再生能源不可控因素导致的短时调峰技术；研发与智能电网的数据及能量传输互换接口；开发管网全面能量计量及具有组分跟踪、热值赋值功能；
38、管网公平交易平台应逐渐加入可再生能源及能量转换交易；研制适用于净零排放和可再生能源利用的耗能设备；研究氢、C02的输送；加强LNG与管网系统的能量利用。4结束语能源互联网是复杂的多网流系统，从定义到其物理架构的提出，以及各方面研究的持续开展，目前其发展趋势、最终目标已经确定，但仍有待进一步开展研究。因此，需要从油气管网系统为切入点，结合互联网技术，开展具有前瞻性的工作，以便更好地融入能源互联网中。随着能源需求的日益增长以及天然气在能源供给中愈发重要的地位，天然气管网在能源互联网中的作用不断被挖掘，同时对于天然气管网的互联互通、调度灵活性以及对可再生能源的接纳、储存、转化能力也提出了更高的要求。系统梳理了融入能源互联网的天然气管网在气电综合调峰、掺氢输送以及能量储存等方面的优势、技术难点以及发展前景，提出能源互联网架构下的天然气管网需要在天然气能量计量、需求侧综合管理、储存与能量转换设施建设以及多能源综合调度等方面进一步发展、完善，以实现多能源之间的互补共济，提高能源利用效率。“双碳”目标和能源互联网概念的提出，对天然气管网的发展既是机遇也是挑战，需充分利用其储能量大、传输损耗低、新能源接纳能力强等优势，克服能量转换设施少、运行调度灵活性不足等劣势，从而促进天然气管网发展进入新阶段。
