適讀人群：電力系統工程師，能源研究者，高等院校能源和電力專業學生
《能源服務網絡中的分布式能源模擬》內容源于英國帝國理工學院BP城市能源系統項目。《能源服務網絡中的分布式能源模擬》呈現了項目過程中非常有趣和創新的一部分研究成果，即圍繞包括需求中心、插電式混合動力汽車、熱電聯產和能源服務（燃氣和電力）網絡在內的混合城市能源系統的運行優化開發出的復雜工具。書中對這一工具的開發過程進行了描述，通過文字描述示范了同時考慮能源系統的多個方面如何帶來收益，并展示了如何將該工具與采用新技術后引發的對未來需求模式的前瞻性仿真相結合。總而言之，《能源服務網絡中的分布式能源模擬》代表了向智能、高效的未來城市能源系統過渡的一個重要里程碑，可以為工程師解決復雜的跨學科能源問題提供啟發和思路。
原書前言
我們生存的這個世界，資源有限且整個能源供應鏈效率低下。從獲得一次燃料到為數百萬消費者提供電力，提高復雜能源系統的性能是一項艱巨任務。對于有意進入這一研究領域的能源研究人員而言，常常缺乏用來模擬此類多層面問題的軟件工具，因此需要開發整體的模擬框架來捕捉復雜能源系統所表現出的關鍵特性。倫敦帝國理工學院近期開展的一系列跨學科研究，正是試圖解決多能源網絡與有助于
提升城市區域內能源基礎設施性能的先進技術相互影響所產生的問題。
電力系統工程師通常聲稱建設智能電網系統是為了改革電力輸送方式，然而他們忽略了一點，那就是相互依存的基礎設施可以使智能電網更加智能。
《能源服務網絡中的分布式能源模擬》的撰寫正是基于這樣一種假設，即隨著新技術的引進，公用設施現行的管理方法可能會導致其效率更加低下。這是因為即將部署的分布式能源（DER）必將使公用設施的資本運行更具成本效益，所以必須對基礎設施進行多重分析以確保其關鍵服務不被中斷。這一特性引發我們的思考，例如，燃氣驅動熱電聯產技術的高度普及是否會對燃氣網絡帶來不利的影響？此類問題便是本書討論的核心。
顯而易見，為了確保所需的系統性能得以全部實現，需要進行整體性的分析。因此，填補基礎設施相互依存關系領域現有的研究空白是一項值得嘗試的工作，可為未來能源系統的設計和運行提供有價值的指導意見。
《能源服務網絡中的分布式能源模擬》介紹了一種在嵌入式技術存在的情況下對能源服務網絡進行集成穩態優化的建模框架。文中開發的新模型稱為時間協調最優潮流（TCOPF）模型，此模型可通過一系列必要步驟計算天然氣和電力網絡的最優能流，同時計算插電式混合動力汽車（PHEV）和熱電聯產（CHP）裝置的最優調度。因此，TCOPF工具可以管理配電網運營商和分布式能源之間的相互關系。
《能源服務網絡中的分布式能源模擬》中對分布式能源系統應當遵循的優化調度模式進行了描述，這種模式有望改善城市能源服務網絡的性能。集成建模為希望有效協調分布式能源運行與能源公用事業運營策略的利益相關方提供了一個新的視角。最終，本書結合用于模擬PHEV行駛狀況的基于agent的模型對TCOPF模型框架進行了擴展，以便更好地評估PHEV所代表的負載靈活性。
綜上，為開發由多種能源基礎設施與嵌入式分布式能源集成的綜合模型，《能源服務網絡中的分布式能源模擬》涵蓋了電力系統工程師所需要關注的各類關鍵元素。《能源服務網絡中的分布式能源模擬》的架構如下：
第1章：簡述進行這項工作的背景和動機。重點闡述全世界范圍內不斷增長的能源需求，以及為什么城市中心是能源消耗的聚集地，強調以最優方式使用資源對于城市的重要性。
第2章：對涉及本研究主題的相關文獻進行綜述，包括有關能源基礎設施與嵌入式技術集成分析的建模方法等。此外，概述前人針對天然氣和電力聯合網絡所進行的分析工作。
第3章：從電力和天然氣網絡建模的數學原理出發，圍繞針對這兩類基礎設施的建模，詳細介紹采用牛頓－拉夫遜法的穩態潮流分析，并比較兩類系統的相似性。
第4章：擴展第3章所搭建的模型框架，引入控制裝置和嵌入式技術，控制機理包含天然氣系統中的壓縮機以及電力系統中的有載分接開關（OLTC）。介紹能量轉換與存儲技術涉及的概念和公式，并對含熱存儲的熱電聯產機組以及含電化學存儲的PHEV裝置進行分析。
第5章：以第3章和第4章中建立的模型框架為基礎，使用TCOPF進行能源服務網絡的集成優化能流分析。提出多周期TCOPF問題的普適數學表述，由此對目標函數和約束條件的基本特性進行討論。
第6章：通過TCOPF程序對不同運行策略下的案例情景進行分析，說明分布式能源如何影響天然氣和電力網絡的技術－經濟性運行參數，并對仿真所得數據進行詳細的分析。特別關注控制、轉換和存儲裝置之間的協調，探索適合未來能源服務網絡的運行模式。由此為利益相關者提供關于分布式能源理想化管理的指導意見。
第7章：說明如何通過基于agent的模型，將其輸出數據連接到TCOPF建模框架以完成車輛行駛的分析。這種方式下，PHEV負載的時間和空間特征可用于潮流問題分析。通過案例研究展示了結果的粒度。
第8章：討論本文的貢獻，得出結論，同時探討該領域未來的不同研究方向。
以上章節綱要涵蓋了能源模擬的核心基本原理，可供能源研究者參考以制定自己的模擬框架。可以明確的是，在這一研究領域，靈活性是至關重要的，而若每個系統的原理都能得到適當地表述，綜合分析也是可以實現的。不過，我認為一些模型假設似乎有些寬泛，盡管如此，我相信本書已經實現了它的價值，也希望能源領域的研究人員能在此基礎上做出更多的貢獻。
任何一本書都不可以憑一己之力完成，《能源服務網絡中的分布式能源模擬》也不例外。因此，特別感謝IET出版社對本書原稿所做的貢獻。此外，還要感謝所有同事、家人和過去幾年對我的研究有積極影響的朋友們，是你們造就了這本書。
Salvador Acha
Salvador Acha，是英國帝國理工學院的研究員，也是帝國理工-森寶利集團合作研究團隊的帶頭人。該合作旨在達成兩個目標：在超市實施智能控制以提高能效，同時通過整體的能源投資決策可持續地減少森寶利的碳足跡。團隊主要圍繞能效策略、能源模擬及預測、低碳路線圖進行研究。Acha博士的研究領域包括智能電網架構、插電式混合動力汽車推廣、分布式能源資源優化管理、能源預測和環境報告。
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