基于边际?经济成本系数(MEECC, Marginal Exergoeconomic Cost Coefficient)分解与合成的园区综合能源系统(IES, Integrated Energy System)多维性能评价新方法

《Energy》：A Novel Multi-dimensional Performance Evaluation Method for IES Based on Decomposition and Synthesis of Marginal Exergoeconomic Cost Coefficients

　　

综合能源系统(IES, Integrated Energy System)的技经(techno-economic)特性准确评价是其规划、调度及运行优化的基础。现有IES性能评价研究多对能效、?效率、经济性等指标进行单一或选择性评估，未能在统一基准下同时捕捉各评价指标间的内在关联，无法实现IES的多维统一基准评价；且既有指标均面向系统整体，未实现设备—系统一体化评价。针对上述问题，研究人员提出了一种基于边际?经济成本系数(Marginal Exergoeconomic Cost Coefficient)分解与合成的新型IES多维评价方法。从边际?经济成本系数中分解得到设备的边际不可逆?经济成本系数(Marginal Irreversible Exergoeconomic Cost Coefficient)，实现了统一基准下IES内技经不等价不可逆损失的定量表征，揭示了IES设备性能退化对?流?经济成本形成的影响机制。提出了IES冷/热/电产品综合?经济成本系数的合成方法，阐明了?经济成本流在能网络中传输时的分布与形成过程。典型案例分析表明，所提方法能准确表征IES异质?流的技经特性。

本文解读论文《A Novel Multi-dimensional Performance Evaluation Method for IES Based on Decomposition and Synthesis of Marginal Exergoeconomic Cost Coefficients》，发表于《Energy》，作者为Sha Liu、Jiong Shen、Junli Zhang（金陵科技学院机电工程学院）。

一、研究背景与意义

综合能源系统（IES, Integrated Energy System）是实现多能互补、梯级利用及多能网耦合的重要载体，也是消纳可再生能源的关键环节。当前IES性能评价多采用独立分散的指标——基于热力学第一定律的能源利用率、基于热力学第二定律的?效率（exergy efficiency），以及基于平均成本的?经济学（Exergoeconomics）指标分别给出，存在三个突出问题：（1）不同指标量纲与基准不统一，改善某一指标可能恶化另一指标，决策者难以直观综合判断；（2）多能流系统中不可逆损失具有技经不等价性（techno-economic inequivalence），缺乏统一基准量化设备不可逆损失的方法，仅有"黑箱"式整体?效率评价；（3）现有IES?经济分析仅采用成本核算法求系统总成本，未关注不可逆损失变化对边际?经济成本（Marginal Exergoeconomic Cost, 也称Marginal Exergoeconomic Cost Coefficient, MEECC / k*）形成的影响机制，也未实现设备—系统一体化的多维统一基准评价。为此，研究人员提出基于边际?经济成本系数分解与合成的IES多维统一基准综合评价新方法。

二、主要关键技术方法

研究人员以边际?经济成本系数（MEECC, Marginal Exergoeconomic Cost Coefficient, k_i,j）为切入点，采用链式法则将组件MEECC分解为设备燃料?经济成本系数、设备不可逆成本系数（即边际不可逆?经济成本系数，Marginal Irreversible Exergoeconomic Cost Coefficient, Δk_irr,i）及设备非能本成本系数，纳入IES统一基准性能评价模型，实现设备与系统层面的技经同步评价。进一步提出IES冷／热／电产品综合?经济成本系数（Comprehensive Exergoeconomic Cost Coefficient, k*_prod）的合成方法，基于MEECC沿能网络传递关系追踪异质?流?经济成本至系统输入边界燃料。选取江苏省某工业园区含光伏(PV)、风电(WP)、微型冷热电联供(CHP)、外购电、燃气锅炉(GB)、电锅炉(EB)的IES为算例进行验证与对比分析。

三、研究结果

Techno-economic inequivalence of exergy flows in complex energy systems（复杂能系中?流的技经不等价性）

研究人员定义组件输入?为燃料(F, Fuel)，输出?为产品(P, Product)；实际过程不可逆致F≠P。不同能质（电、热、冷）?流在链式传递及多产品分配中，单位?所含经济价值不同，即技经不等价性——相同?损在不同设备或不同品位的能流中造成不等价的?经济代价，需在统一货币化基准下量化。

Characterization of IES exergy techno-economic inequivalence based on MECC（基于边际?经济成本系数的IES?技经不等价性表征）

研究人员指出IES中存在链式异质?流技经不等价、多产品异质?流技经不等价及多产品聚合异质?流技经不等价三类情形。引入边际?经济成本系数k*描述单位增量输入燃料?引起系统指定出口产品?经济成本的变化，可沿?链追溯异质?流至入口燃料，反映各?流经历的生产过程及其在系统中的位置，为统一基准表征技经不等价性提供理论基础。

MECC decomposition and synthesis method（边际?经济成本系数的分解与合成方法）

研究人员将组件的边际?经济成本系数k分解为三部分：①设备燃料?经济成本系数k_fuel（入口燃料边际?经济成本）；②设备边际不可逆?经济成本系数Δk_irr=k_out,product?k_fuel（反映组件自身不可逆损失在统一基准下的货币化贡献）；③设备非能本成本分摊系数（设备投资与运维等非能成本在边际意义上的分摊）。该分解实现了统一基准下IES设备技经不等价不可逆损失的定量表征，揭示设备性能退化（?损增大→Δk_irr增大）如何影响下游?流?经济成本的形成。在此基础上，按能网络中异质?流（冷／热／电）的边际?经济成本加权合成最终产品的综合?经济成本系数k*_prod，阐明多能流网络中不可逆损失的转换—传递—耦合关系及?经济成本流的分布与形成过程。

Case study（案例分析）

研究人员以江苏某园区IES（含PV、WP、微燃机CHP、外购电、GB、EB供给冷热负荷）为对象，分别计算传统单独指标法（能量效率、?效率、平均成本?经济分析法）与所提基于MEECC分解—合成的多维统一基准评价法。结果表明：传统方法各指标间存在矛盾（如某工况?效率升高但单位产品平均?经济成本亦升高），无法辨识局部关键不可逆损失环节；而所提方法通过设备Δk_irr定位技经代价最大的不可逆损失设备，通过k_prod区分冷／热／电产品在统一基准下的真实?经济代价，可同时反映?效率与经济性，准确表征IES异质?流的技经特征，验证了方法的有效性与合理性。

四、讨论与结论翻译

研究人员认为，所提基于边际?经济成本系数分解与合成的IES多维统一基准综合评价方法，可获得反映IES整体与局部技经综合利用水平的指标，揭示了设备性能退化对?流?经济成本形成的影响机制，阐明了?经济成本流的分布与形成过程，可简化决策、统一多评价体系量纲、精准识别能网传输中?损失环节，提升节能改造针对性与可操作性，支撑IES优化规划、调度与运行。

论文结论部分原文意译如下：

（1）提出了一种基于边际?经济成本系数分解与合成的园区综合能源系统（IES）多维统一基准综合评价新方法。该方法给出了反映IES整体与局部技经综合利用水平的评价指标，揭示了IES设备性能退化对?流?经济成本形成的影响机制，并阐明了?经济成本流的分布与形成过程。

（2）从边际?经济成本系数中分解得到边际不可逆?经济成本系数，实现了统一基准下IES技经不等价不可逆损失的定量表征，揭示了IES设备性能退化对?流?经济成本形成的影响机制。

（3）提出了IES冷／热／电产品综合?经济成本系数的合成方法，揭示了异质?流在能网络中传输时多能流网络间不可逆损失的转换—传递—耦合关系及?经济成本流的形成过程。