随着我国能源结构的转型以及分布式能源的发展,能源系统传统的以单一系统纵向延伸为主的发展模式已不能满足能源结构调整在提高能源效率、保障能源安全、促进新能源消纳和推动环境保护等方面的要求,需要构建综合能源系统打通电、热、冷、气多种能源子系统间的技术壁垒、体制壁垒和市场壁垒,促进多种能源互补互济和多系统协调优化,在保障能源安全的基础上推动我国能源革命。作为能源互联网的重要载体,综合能源系统集成电、热、冷、气等多种能源,通过多能互补提高能源生产与消费的协调性,对于建设清洁、低碳、安全、高效的现代能源体系具有十分重要的战略意义,已成为全球能源领域重要的技术增长点和制高点,也是能源领域重要商业模式的创新方向和能源工业技术的发展方向。生态工业园区以提高能源资源利用效率、减少污染物排放为目标,通过完善基础设备,实现能源的清洁供给和消费。生态工业园区综合能源系统通过耦合配能网及分布式可再生能源等能源生产设备、冷热电联产系统(Combined Cooling Heating and Power,CCHP)及电制冷机等能源转换设备、蓄电池及储热罐等能源存储设备和电、热、冷、气能源用户,能够实现生态工业园区内电、热、冷、气多种能源的耦合生产、转换、存储和消费。然而,生态工业园区综合能源系统电、热、冷、气多种能源特性不同,分布式可再生能源发电出力等能源供给侧和电、热、冷、气等多种负荷需求侧皆具有不确定性,多种能源供给和需求在时间、空间维度上存在耦合性、不确定性和非一致性,亟需对生态工业园区综合能源系统规划及运行优化等问题开展深入研究。基于此,本文考虑供需双侧不确定性,对生态工业园区综合能源系统优化开展研究,主要研究内容如下:(1)分析了生态工业园区综合能源系统特性。首先,对生态工业园区综合能源系统内涵进行论述,包括综合能源系统的内涵和生态工业园区综合能源系统的内涵等内容;其次,对生态工业园区综合能源系统基本架构进行论述,分析了生态工业园区综合能源系统中各能源子系统的构建、各类能源供需及耦合转化机制;再次,给出了生态工业园区综合能源系统基本设备的数学表征,主要包括电、热、气等供能设备数学模型和电转其他形式的能源、气转其他形式的能源、热转其他形式的能源等能源耦合转换设备的数学表征;最后,对生态工业园区综合能源系统不确定性特征进行分析。(2)构建了生态工业园区综合能源系统供需双侧不确定性区间预测模型。首先,分析了生态工业园区综合能源系统供需双侧不确定性区间预测的重要性和基本思路;其次介绍了生态工业园区综合能源系统供需双侧不确定性区间预测方法的基本原理;再次,基于Bootstrap-ISSA-MKELM组合方法构建了生态工业园区综合能源系统供给侧不确定性区间预测模型,并进行了实证分析;最后,基于多任务学习和Bootstrap-ISSA-MKELM组合方法构建了生态工业园区综合能源系统需求侧不确定性区间预测模型,并进行了实证分析。对风电及光伏分布式可再生能源发电出力不确定性区间预测结果和对电、热、冷、气多种能源需求不确定性区间预测结果表明,本文提出的供需双侧不确定性区间预测模型的预测性能较优,其是有效、适用、可行的。(3)构建了考虑供需双侧不确定性的生态工业园区综合能源系统协同规划模型。首先,构建了生态工业园区综合能源系统协同规划模型,上层模型以各能源站生命周期成本和能距成本之和最小为目标函数,下层模型以经济性、环境性和社会性为多目标;其次,对协同规划模型中供需双侧不确定性进行了处理,并对协同规划模型进行了鲁棒性改造;再次,基于局部搜索(Dijkstra算法)、对偶拟合、列约束生成(C&CG)算法和模糊最优最劣方法,给出了考虑供需双侧不确定性的生态工业园区综合能源系统协同规划模型的求解方法;最后,选择我国北方一生态工业园区为例,进行了算例分析,并对结果进行了对比分析。算例结果表明,本文所构建的考虑供需双侧不确定性的生态工业园区综合能源系统协同规划模型能够兼顾环境性、经济性和社会性,同时考虑供需双侧不确定性对系统的影响,其规划结果更加符合实际。(4)构建了考虑多主体交互策略的生态工业园区综合能源系统运行优化模型。首先,对生态工业园区综合能源系统多主体互动机制进行了分析,包括多主体构成和多主体交互机制;其次,以能源枢纽运营商(EHO)为领导者、能源用户集群(EUC)和储能运营商(ESO)作为跟随者,运用主从斯塔克尔伯格(Stackelberg)博弈模型构建了生态工业园区综合能源系统运行优化博弈模型,EHO优化模型的目标函数考虑经济性和环境性,EUC和ESO优化模型的目标函数为利润最大化,并考虑了供需双侧不确定性对所构建的博弈模型进行了鲁棒性改造;再次,基于ISSA智能优化算法、KKT条件和列约束产生解耦算法,给出了考虑多主体交互策略及供需双侧不确定性的生态工业园区综合能源系统运行优化模型求解方法;最后,对我国北方某一生态工业园区综合能源系统的运行优化进行了算例分析。算例结果表明,本文提出的考虑多主体交互策略以及供需双侧不确定性的生态工业园区综合能源系统运行优化模型中的多个利益主体运行方式和能源交易机制是合理的,各方利益主体通过博弈能够实现各自目标。(5)提出了生态工业园区综合能源系统中能源枢纽运营商的商业模式,并设计了生态工业园区综合能源系统中储能运营商的成本补偿激励机制。首先,基于商业模式画布理论分析了能源枢纽运营商商业模式画布,包括能源枢纽业务的市场主体、核心资源、价值主张、关键业务、渠道通路、客户细分、客户关系和盈利模式;其次,在对能源监管机构和储能运营商各自行为进行假定的基础上,构建了信息不对称条件下的能源监管机构和储能运营商的成本补偿契约基准模型。基于此模型,兼顾隐藏信息及隐藏行为条件和激励相容约束设计了储能运营商成本补偿最优激励契约。所设计的储能运营商成本补偿最优激励契约能够保证储能运营商向能源监管机构真实报告自己的信息所获得的绩效奖励要好于隐藏自己信息的情况。最后,通过分析储能运营商成本补偿最优激励契约性质,当存在隐藏信息和隐藏行为时,能源监管机构为让储能运营商既显示真实信息又提供系统所需的储能服务,需要在最优激励契约中给出既包括代理成本又包括信息租金的绩效奖励,其中,代理成本是保证储能运营商提供系统所需的储能服务,而信息租金是为了保证储能运营商显示真实信息。本文考虑供需双侧不确定性对生态工业园区综合能源系统规划、运行、商业模式及激励机制等问题进行了研究,为园区级生态工业园区综合能源系统的科学规划建设和有效运营管理提供了参考,具有重要的理论价值和实践意义。本文提出的考虑供需双侧不确定性的生态工业园区综合能源系统规划模型和运行模型的方法也可以应用于楼宇级或区域级综合能源系统规划建设及运行管理之中。本文提出的生态工业园区综合能源系统商业模式和激励机制也可以为相关利益主体经营决策提供参考,亦可为相关政策的制定提供一定的借鉴。