本书共分10章，分别从我国农村能源未来发展形态、农村多能互补优化运营路径、农村多能互补利用综合效益评价与均衡、农村多能互补发展商业模式及关键技术应用四个方面展开研究，主要内容包括农村能源发展概论、农村能源发展现状及转型发展思路、国内外多能互补模式与实践现状、农村多能互补典型模式技术经济分析、农村风－光－生物质－小水电协同调度优化模型、农村虚拟电厂多能互补运营优化模型、农村微能源站多能互补运营优化模型、农村县域综合能源多能互补运营优化模型、农村多能互补利用综合效益评价与均衡模型。

本书结合农村能源消费特性，围绕农村能源消费诉求，以综合能源服务利润Z大化为目标提出相应的决策支撑模型，在为开展泛在电力物联网下农村能源互联网平台商业模式的研究提供决策支撑的同时，也提高了电力和能源企业经济效益、提高了农民生产生活质量、促进了环境保护。主要创新点如下：
（1）提出了考虑多能互补的风光水火储能源基地协同调度优化模型。
（2）构造了考虑多能互补的综合能源系统冷热电气协同调度优化模型。
（3）创建了考虑多能互补的分布式能源聚合微能源站调度优化模型。针对能源分布式开发方式，讨论多类型分布式能源聚合利用问题。

2014年6月13日，习近平总书记提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略，指明了新时代我国能源转型发展的新方向，要全面推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。农村能源是我国能源体系的重要组成部分。面对乡村振兴、新型城镇化建设等国家战略，农村能源转型变革迎来重大发展机遇。当前，我国农村能源生产主要包括生物质能（生物质直燃、沼气、生物质成型等），小型电源（太阳能光伏发电、风力发电、微型水力发电），太阳能热利用（太阳能热水器、热泵、采暖、制冷空调、太阳房、太阳灶等）。近年来，以沼气、太阳能、生物质能发电、生物质成型为代表的农村能源产业保持强劲的发展势头，综合效益明显。但农村能源系统中电力、天然气和可再生能源消费比例偏低，用能品质低，农村能源消费结构不合理，散煤燃烧、生物质原始利用问题突出，亟须能源转型升级。因此，本书结合农村地域特征、资源禀赋、经济承受能力，提出基于多能互补的能源供应体系建设目标，通过分析未来农村能源发展的物理形态，确立农村多能互补的典型模式、优化运营路径和商业模型，并依托国家首个农村能源革命示范区开展实例分析，以期为推进能源梯级利用、循环利用和能源资源综合利用，满足能源消费的多样性，优化农村能源消费结构，践行绿色、低碳、多元、高效和智能的能源生态观提供有价值的决策依据。
本书共分10章，分别从我国农村能源未来发展形态、农村多能互补典型模式、农村多能互补优化运营路径，以及农村多能互补利用综合效益评价与均衡、农村多能互补发展商业模式及关键技术应用四个方面展开研究。在我国农村能源未来发展形态研究方面，主要内容是农村能源发展概论和农村能源发展现状及转型发展思路，包括农村能源发展现状及存在的问题、农村分散式能源梳理及发展趋势、农村能源转型发展思路及方向。通过上述研究形成了农村全品类能源需求预测模型和预测模型，确立了未来农村能源供给和需求形势，并勾勒了未来农村能源产业物理形态，对于开展农村多能互补运营奠定了数据基础。
在我国农村多能互补典型模式研究方面，主要梳理并对比了国内外多能互补发展模式，结合我国农村能源资源禀赋，确立了农村多能互补的可行模式。农村多能互补典型模式的技术经济分析，围绕提升用户用能体验、促进清洁能源利用、提高用能效率，提出适应不同典型应用场景的农村多能互补发展方案；辨识不同方案成本投入、价值产出的影响要素，构建农村多能互补发展成本与价值综合测度模型，通过分析农村多能互补技术可行性和经济可行性，确立适用于不同阶段、不同地理特征、能源资源禀赋、能源供需形态的农村多能互补典型应用场景的最佳方案。
在农村多能互补优化运营路径研究方面，从电源侧、用户侧和综合能源三个维度出发，主要内容包括：风—光—生物质—小水电协同调度优化模型，综合考虑实际调度中需满足的经济效益、环境效益和社会效益等不同目标，提出了多目标调度优化与模型，并建立了基于综合评价理论的多目标模型求解算法；建立了含分布式能源集成虚拟电厂多能互补运营优化模型，并研究了风光不确定性和碳排放权交易对虚拟电厂运行的影响，提出了风险规避调度优化模型和低碳随机调度优化模型；为了开展电、热、冷、气多能互补优化，建立了分布式能源集成微能源网多能互补运营优化模型，包括电热耦合微能源网随机调度优化模型和电热气耦合微能源网调度优化模型；建立了农村县域综合能源系统多能互补优化运行，多能互补运营优化模型兼顾了农村资源分布分散、能量密度低、需求多样化和经济性差等特点，逐层构造了电热互联综合能源系统调度优化模型、电气互联综合能源系统调度优化模型及电热气互联综合能源系统调度优化模型，以实现能量梯级利用、提高能源利用效率的目的，为农村构建现代能源体系提供决策依据。
在农村多能互补利用综合效益评价与均衡、农村多能互补发展商业模式及关键技术应用研究方面，主要内容包括建立了农村多能互补利用综合效益评价与均衡模型。为了评估农村开展多能互补的综合效益，本书从经济、技术、环境和社会四个维度筛选效益指标，确立农村多能互补综合效益指标体系，并利用改进云模糊综合评价方法，对不同类型多能互补项目的综合效益进行评价。为了均衡农村多能互补参与主体获取的效益，在对不同参与方效益关系分析的基础上，度量各主体参与农村多能互补带来的增量成本和价值，利用夏普利值法建立基于主体贡献率的效益动态均衡模型，实现对农村多能互补利用增量收益的最优化再分配。以此为基础，开展了农村多能互补发展商业模式及关键技术研究，依托河南省兰考县能源互联网平台，设计与之适应的商业模式，并重点考虑了兰考“源—网—荷—储”一体化运营和兰考县域虚拟电厂的应用发展，为农村多能互补优化运营提供实例经验，有利于推进能源革命在农村的落地实践。
华北电力大学杨莘博、樊伟、周静涵及国网河南省电力公司经济技术研究院张艺涵、李慧璇、郑永乐等人参与了本书的部分编写工作。其中，本书第3章由杨莘博和樊伟合作编写，第4章由周静涵、张艺涵和李慧璇合作编写，统稿为郑永乐。本书在编写过程中得到华北电力大学经济与管理学院和国网河南省电力公司经济技术研究院的支持与配合，在此表示衷心的感谢和诚挚的敬意。
本书承蒙国网河南省电力公司课题“河南农村多能互补模式及在兰考能源互联网中的应用研究”、国家电网有限公司总部科技项目“能源互联网环境下农村能源产业关键技术及商业模式研究”（1400  202024222A  0  000）、国家自然科学基金青年项目“微能源网群多能分层互补及协同递进优化模型研究”（71904049）的资助，特此致谢。
由于作者水平所限，书中难免存在疏漏和不足，敬请读者批评指正。

编 者
2020年5月30日

谭忠富，教授，博士生导师，现任华北电力大学经济与管理学院能源环境经济研究所所长。先后获得教育部新世纪优秀人才称号、北京市优秀人才、上海电力学院光明学者、北京市优秀青年教师、北京市教育先锋个人、美国Naperville市授予“荣誉市民”、北京昌平科委“一校带一镇科普进村”先进工作者等称号。

前言

第1章 概论1
1.1　研究背景、意义及目的1
1.1.1　研究背景1
1.1.2　研究意义3
1.1.3　研究目的4
1.2　国内外研究现状6
1.2.1　多能互补系统实践现状6
1.2.2　多能互补作用机理8
1.2.3　多能互补协调调度10
1.2.4　多能互补效益协调均衡13
1.3　总体研究框架14
第2章 农村能源发展现状及转型发展思路16
2.1　农村能源发展现状及主要特征16
2.1.1　我国农村能源发展现状16
2.1.2　我国农村能源发展特征25
2.2　我国农村能源发展存在的问题及应对措施26
2.2.1　我国农村能源发展存在的问题26
2.2.2　我国农村能源发展问题解决措施31
2.3　我国农村类型及能源转型发展路径33
2.3.1　能源视角下农村类型分析33
2.3.2　能源转型发展实施路径34
2.4　本章小结40
第3章 国内外多能互补模式与实践现状41
3.1　多能互补基础理论与政策41
3.1.1　多能互补基础理论41
3.1.2　多能互补相关政策42
3.2　多能互补实践现状与经验启示45
3.2.1　国外多能互补实践现状45
3.2.2　国内多能互补实践现状48
3.2.3　现存问题与经验启示50
3.3　多能互补运行典型模式对比研究52
3.3.1　电源侧多能互补运行模式52
3.3.2　用户侧多能互补运行模式53
3.3.3　综合能源系统协同运行模式54
3.4　农村多能互补实现形式及典型模式54
3.4.1　多能互补实现形式54
3.4.2　多能互补多级系统分析55
3.4.3　农村多能互补典型方案58
3.5　本章小结61
第4章 农村多能互补典型模式技术经济分析62
4.1　农村多能互补技术可行性分析62
4.1.1　多能互补系统构成62
4.1.2　农村多能互补系统配置70
4.1.3　农村多能互补系统特性分析71
4.2　农村多能互补经济性评价73
4.2.1　全寿命周期成本效益分析74
4.2.2　农村多能互补经济性评价参数确定76
4.2.3　农村多能互补经济敏感性分析77
4.3　算例分析78
4.3.1　典型模式经济性分析79
4.3.2　经济性分析结果对比90
4.3.3　敏感性分析91
4.4　本章小结92
第5章 农村风—光—生物质—小水电协同调度优化模型93
5.1　引言93
5.2　多能互补系统构成95
5.3　多能互补系统多目标运行优化模型96
5.3.1　系统运行目标96
5.3.2　系统约束条件97
5.3.3　多目标运行优化模型求解算法99
5.4　算例分析101
5.4.1　基础数据101
5.4.2　算例结果102
5.4.3　优化结果103
5.4.4　敏感性分析104
5.5　本章小结106
第6章 农村虚拟电厂多能互补运营优化模型107
6.1　引言107
6.2　虚拟电厂风险规避调度优化模型109
6.2.1　虚拟电厂构成109
6.2.2　常规调度优化模型112
6.2.3　调度优化风险规避模型114
6.2.4　数学模型求解算法116
6.2.5　算例分析117
6.3　考虑不确定性的虚拟电厂低碳调度优化模型126
6.3.1　电—碳流耦合分析126
6.3.2　虚拟电厂低碳调度优化模型127
6.3.3　模型求解算法131
6.3.4　算例分析132
6.4　本章小结140
第7章 农村微能源站多能互补运营优化模型141
7.1　引言141
7.2　电热耦合微能源站随机调度优化模型143
7.2.1　微能源站结构143
7.2.2　微能源站出力模型144
7.2.3　微能源站常规调度优化模型145
7.2.4　微能源调度优化站风险规避模型149
7.2.5　算例分析150
7.3　电热气耦合微能源站调度优化模型160
7.3.1　电热气互联系统构成160
7.3.2　微能源站设备模型161
7.3.3　微能源站多目标调度模型163
7.3.4　算例分析168
7.4　本章小结176
第8章　农村县域综合能源多能互补运营优化模型178
8.1　引言178
8.2　电热互联综合能源系统调度优化模型180
8.2.1　电热互联综合能源系统构成180
8.2.2　电热耦合调度优化模型182
8.2.3　算例分析186
8.3　电气互联综合能源系统调度优化模型193
8.3.1　电气互联综合能源系统构成193
8.3.2　多目标调度优化模型195
8.3.3　多目标模型求解算法199
8.3.4　算例分析201
8.4　电热气互联综合能源系统调度优化模型210
8.4.1　电热气网络规划模型210
8.4.2　综合能源系统调度优化模型215
8.4.3　算例分析217
8.5　本章小结220
第9章　农村多能互补利用综合效益评价与均衡模型222
9.1　引言222
9.2　农村多能互补利用综合效益评价模型224
9.2.1　能源系统效益评价指标体系224
9.2.2　能源系统综合效益评价模型230
9.3　含多能互补的清洁能源系统效益均衡模型234
9.3.1　系统参与方效益关系分析234
9.3.2　系统综合效益优化分析236
9.3.3　系统多主体效益均衡模型241
9.4　算例分析245
9.4.1　基础数据245
9.4.2　效益评价分析245
9.4.3　效益均衡分析248
9.5　本章小结251
第10章　县域多能互补优化运营策略及服务模式应用——以河南省兰考县为例252
10.1　兰考县域多能互补系统结构252
10.1.1　多能互补负荷特性252
10.1.2　多能互补系统结构254
10.2　兰考“源—网—荷—储”一体化调度运营策略255
10.2.1　农村多能互补系统出力特性255
10.2.2　农村多能互补需求响应机制257
10.2.3　农村多能互补调度优化模型258
10.2.4　多目标优化方法261
10.2.5　实例分析262
10.3　兰考县域多能互补综合能源服务模式272
10.3.1　多能互补系统服务模式272
10.3.2　系统效益测算模型273
10.3.3　主体效益再分配模型274
10.3.4　算例分析275
10.4　本章小结279
参考文献280