-
表1 HES面临的关键技术挑战
三、综合能源系统技术协同的研究机遇
HES需要在不同的时间尺度上将不同的波动性可再生能源和传统的燃煤发电、储能和能源转换技术集成到能源系统和电力管理系统中。如何将HES组件有效的耦合集成以及其与能源系统（如电网）有效连接是HES发展面临的一个重大挑战。针对这一挑战，HES的技术研发将在控件开发和测试、工厂级设计优化、HES组件的开发和测试、项目示范以及优化的集成耦合策略几个领域提出未来发展的可能机遇。
1、控件的开发和测试
HES大规模市场化应用的关键在于为每种技术组合开发稳定且高效的控制解决方案。该领域的未来发展机遇包括：①利用先进计算方法进行控件研究，实现对HES海量数据高效解析。②优化电力输配网络的利用率。③开展高精度的可再生能源资源预测技术研究。④建立微电网控制器标准，弥补尚未建立HES控制标准的空缺，实现灵活和模块化微电网控制模型的构建。
2、HES工厂级设计优化
设计HES是一个复杂的过程，涉及大量的设计参数，优化HES子组件的规模、互联和运行以最大化整合系统性能是一项数据密集型和计算密集型工作。该领域的未来发展机遇包括：①利用先进计算技术进行HES设计。将机器学习方法引入到HES设计中，实现对组件尺寸优化、系统性能提升、系统寿命延长。②在动态模型中进行HES设计。为综合电力系统（集成不同发电资源）开发计算机模型，开展系统运行模拟研究，以确保综合电力系统稳定运行。
3、HES组件的开发和测试
HES组件开发和测试的研究核心是将新开发的硬件组件与之前硬件组件高效兼容，以实现成本的降低和系统效率的提升。此外，未来HES研发需在不同时间尺度下，提供大规模电力电子、电力/能源设备和通信的多种技术，以确保其在实际应用中的运营安全。该领域的未来发展机遇包括：①开发高效、经济、可兼容的硬件组件。②通过大规模仿真技术进行组件测试，了解他们是否能够兼容HES相关的其他子组件。
4、项目示范
技术示范有助于证明技术可行性，从而降低应用风险，是获得行业认同、加速市场采用的关键一环。该领域的未来发展机遇包括：①将终端用户的需求映射到示范的HES功能上。终端用户需求高度多样化，其需求可以通过优化HES设计和配置得以满足。②通过大规模项目部署和示范降低技术风险。为确保效率和避免重复工作，可以由DOE国家实验室主持具有特定风险的示范项目，这是因为这些实验室具有良好的设备以及专业知识来应对未知风险，此外，各州能源办公室可以在支持示范项目方面发挥关键作用。
5、优化集成耦合策略
未来HES相关的研发需要将HES集成耦合策略优化工作贯穿于技术研发活动始终。该领域的未来发展机遇包括：①HES中各组件紧密耦合集成。HES系统能够将不同的能源品种和独立能源系统进行有效整合，从而实现能源高效利用，提高能源系统的经济价值，而这有赖于HES系统中不同单元组件能否高度紧密耦合。而紧密耦合的HES系统还必须对固有或计划外的系统扰动具有良好的应对能力，需要全系统的监测和全自动控制系统的应用，以便根据能源可用性和市场信号预测，调整能源流和各组件单元操控。②下一代先进电力转换技术。下一代先进电力转换技术将发展更高效的热电转换技术以利用和回收余热，如超临界CO2闭式布雷顿循环技术；将开发新的热交换器技术，以便构建更高效的热存储系统；还将推进动力循环过程中产生的废热用于工业过程加热或其他应用，如脱盐和水处理。
">