综合能源项目规划设计：需要一把“瑞士军刀”

报道：做综合能源服务市场，我们遇到和需要回答的问题有很多。

问题和痛点

也许你是一家设计单位，在设计一个综合能源项目时，你曾遇到过这些问题:

▶在用户负荷确定的前提下，有多少种能源配比方案？采用哪套能源方案组合是最优解？ 

▶每种能源组合方案的设备数量和装机量怎么配比？怎么配置经济性才能达到最优？储能如何配比？

▶项目融合多个能源子系统，运营期、折旧、优惠政策……，每个系统的边界条件都不一样，燃气价格、光照资源、风速等的动态变化下，投资收益怎么计算？ 

也许你是一家能源设备厂商，在开拓综合能源服务市场时，你曾有过这些问题：

▶综能项目涉及电、热、冷、气等多个能源品种，原有的技术储备和经验已不足以满足现实需要，是否有跨学科跨专业同时还懂市场的复合型人才？

▶综能项目涉及学校、医院等多应用场景，业主不懂能源，隔行如隔山，要怎么样说服业主在项目中配置我们的能源产品或技术方案？

▶燃气、风电、光伏、储能……，综能项目可选的技术方案这么多，如果能测算出项目配套我们的技术后系统的经济性，客户选用我们产品的可能性是否会大幅提高？

你可能遇到的问题还有很多……，这是因为，与单一的风电光伏项目开发不同，综合能源系统集合了冷、热、电、气等多种能源形式，不仅需要打破各类能源的行业壁垒，还需要突破技术、政策等各方面的限制，具有高度非线性、高度不确定性等特点，为项目的设计规划、效益分析、投资决策带来了极大挑战。

解决方案

工欲善其事，必先利其器。在复杂的综合能源系统设计上，仿真建模分析软件提供了针对性的解决方案。选择一款兼具便捷、可靠、高效、低成本等优势为一身的综合能源项目规划仿真设计软件，我们想到的、没想到的很多问题，都将迎刃而解。

“如果说工业软件是中国制造业的皇冠，那么，工业仿真软件则是皇冠上的一颗宝石”。工业制造领域的这一共识放在综合能源服务领域同样适用。

华北电力大学能源互联网+研究中心主任曾鸣曾指出，综合能源仿真系统可以为我国发电企业、电网企业以及其他能源企业开展综合能源服务提供定量的分析与优化，发挥辅助决策的功能。

依靠人工经验来设计综合能源项目面临耗时长、测算误差大等问题，更有甚者，许多项目的规划设计还停留在“拍脑袋”的误区中，没有充分匹配负荷需求和用户特性，容易出现较大的负荷缺口，抑或是投入过多导致设备空置，直接影响项目的实际建设运行与投资收益。

综合能源系统规划仿真建模软件从项目规划设计的源头为项目方案的经济性保驾护航，为项目初设和可行性研究提供有效的数据支撑，无论是项目的投资开发商、还是从事综合能源设计咨询的设计院、能源设备的供应商，都可以从中获益，达到事半功倍的效果。

“瑞士军刀”

在国际市场上，综合能源项目规划仿真软件的应用已经比较普遍，其中有一款名为HOMER Pro的主流产品因其多样化的功能、便捷的可操作性、高效准确的仿真输出，被形象地称为仿真设计领域的“瑞士军刀”，该软件的系统优化和敏感性分析算法使更快速地进行多能源配比方案评估变得简单易行。

图：HOMER Pro软件建模界面

仿真软件的发展与仿真应用、算法、计算机和建模等技术的进步相辅相成。1992年，HOMER Pro产品核心的多能源混合优化模型HOMER（hybrid optimization model for electric renewable）诞生于美国国家可再生能源实验室（NREL）,其最初的定位是用于辅助微电网的优化设计。

随后，该技术由HOMER能源公司发展壮大，并在商业化后不断优化完善。2020年由UL公司并购后，基于公司已有的产品基础，如UL AWSTruepower公司有名的风资源“三剑客”产品（Windnavigator，Windographer，Openwind），将HOMER软件功能深入细化，现HOMER Pro已发展成为集仿真、优化、敏感性分析三大功能为一体的仿真建模软件，是一款适用于微电网、公用事业和各种规模分布式能源系统的技术经济优化工具，适用于风、光、储、燃气、生物质等多种能源形式。对综合能源项目的设计、投资规划和开发具有重要的指导意义。

当前，在HOMER能源公司的技术支持下，HOMER Pro依旧保持着不定期的维护和高频次的版本更新，使其能够顺应综合能源项目开发的变化趋势，与时俱进。2020年12月，Homer Pro发布了其第三代产品的最新版本，在原有基础上对产品性能做了进一步提升。

省时

输入参数、点击计算、生成可视化结果……，利用Homer Pro，综合能源项目的设计建模变得简单、高效。

综合能源项目的复杂性对工程师的专业知识技能提出了更高的要求，使用Homer Pro则可以方便快捷地仿真模拟出多能源的配置解决方案，操作简单易于上手，打破了各专业间的技术壁垒，避免了专业限制而造成的多方工作难以协调推进的问题。

HOMER Pro主要用以模拟各种可能的设备组合下的稳定可行的系统模式，依据用能负荷、设备条件等输入参数的不同，最快在几分钟内便可模拟出多个不同的系统方案，根据目标函数生成可视化结果，大大节省了测算时间并避免了人工计算可能产生的漏洞，便于用户做出最终决策。

目前，HOMER Pro软件可调用的工具包包括光伏、风能和水力发电、天然气、制氢等系统、蓄电池、氢燃料电池等储能装置，在负荷参数设置上，包括电负荷、热负荷和氢负荷，基本涵盖了目前综合能源项目所涉及的能源类型和负荷需求。

省钱

技术方案的多样化、不同配置下的成本变化、能源资源的可用性使得综合能源项目的开发决策变得更加困难，而在输入更高精确度和细化的参数时，HOMER Pro能够对应生成更高可靠性的优化方案，对综合能源项目规划设计具有重要的参考价值。

基于拓扑结构，HOMER Pro能够方便快捷地模拟各种并网和离网型的可再生能源系统，通过输入设备运行参数，设置各设备的优化匹配容量，以及控制策略、备用度等运行条件，以总净成本为优化目标模拟得到一系列可行的配置方案。

HOMER Pro中嵌套仿真、优化和敏感性分析三个强大计算工具，在用户建立项目的同时进行成本和经济性测算：

▶仿真：HOMER Pro的核心是一个仿真模型，对要考虑的每个系统配置执行能量平衡计算，并确定配置是否可行，即是否可以在指定的条件下满足电力需求，并估算在项目的整个生命周期内安装和运行系统的成本。它可以在所有可能的设备组合方案前提下，模拟一个可行的最优系统，时间步长从一分钟到一小时不等，跨度达一年或多年的运行状况。

▶优化：HOMER Pro从根本上讲是一种经济优化模型，具有两种优化算法（网格搜索算法和无导数算法），优化步骤遵循模型设定。可以根据用户自定义标准对模拟系统进行排序和过滤，最终快速准确地确定最低成本解决方案。

图：在一定边界条件下的各方案优化结果

▶敏感性分析：系统某些变量的参数值可能存在一定的不确定性或波动性，如风速、能源价格、利率等。设计人员可为这些变量定义多个输入值，称为敏感变量。HOMER Pro将每个敏感变量代入系统进行仿真，分析不同敏感变量对仿真结果的影响。

例如，如果将风速定义为敏感性变量,则HOMER Pro软件将模拟制定某一风速范围的系统配置，并清晰地展现最佳系统是如何随其变化而变化的。敏感性分析的结果可以用来确定对系统的设计和运行影响最大的因素，并了解最佳系统方案如何随这些变化而变化，从而为规划和决策提供依据。

在优化结果的输出方面，HOMER Pro软件通过表格和图像的方式，对各配置方案下系统的总净成本、现金流以及发电情况均进行详细的阐述，并分类展示了各设备逐时发电功率和运行相关参数，同时可准确获得各类型系统下的最优配置结果。

在匹配后的计算分析方面，该软件通过敏感性分析可以得到几乎每个设备参数对优化结果的影响，同时可以研究利率大小、碳排放收益等经济性因素与配置结果的关联程度，以对后续的设计和配比做出预测和准备。在项目可行性研究甚至更早期阶段即对项目的经济性作出有效分析，助力实现成本最低的设计方案。

学习和试用

当前，HOMER Pro在海外的微电网和多能源混合项目开发规划仿真软件市场中已占据了极大的市场份额，实际应用案例包括阿拉斯加社区微电网系统、尼日利亚奥贡州社区微电网项目、Caribbean island微网等多个不同规模的项目，证明了该工具的使用价值。

以加拿大某矿场微电网项目为例，使用HOMER Pro对该矿场微电网进行模拟，探讨该微电网应该并入多大装机的光伏电源，从而使该微网系统成本最低，同时又可以减少对化石燃料的依赖。在满足设定的边界条件下，经测算，至少应并入 500kW 装机的光伏电源。在折现率6%，化石燃料价格1美元/L时，最优方案为光伏装机2826kW，投资回收期12年。

目前在国内市场，综合能源系统规划仿真设计工具的应用还不普遍，大多数项目仍在采用人工经验完成。伴随市场的不断成熟，综合能源项目的规划设计将更加科学和高效，仿真工具的大规模使用将成为必然。着眼于这一趋势，先用者先受益，早期的使用者在市场竞争中将展现出更大的竞争优势。根据不同的用户需求，现有Homer Pro和Homer Grid两款产品可供选择：

如果你未曾使用过HOMER Pro这款产品，可能还需要一个学习试用的过程。HOMER能源公司为更好地服务于中国市场，现已委托北京瑞科同创能源科技有限公司为其在中国地区的独家代理，如果你需要学习试用这款软件，可以与瑞科科技取得联系。

联系人：张佳丽 ；电话：13581959217