面向多场景的综合能源系统通用能效分析模型构建与应用

为解决综合能源管理系统(IEMS)在复杂场景下面临的能效计算标准化程度低、模型适应性差等问题，研究人员基于黑箱建模方法，提出了适用于能源生产单元(EPU)和能源消费单元(ECU)的通用能效分析模型体系，包括综合修正计算模型、多级指标评价模型和基于回归分析的性能评估模型。实际工程应用表明，该模型体系可降低IEMS建设成本63%，为多能耦合系统的能效优化提供了标准化框架。

　　

在全球能源转型与碳中和目标背景下，综合能源系统(IES)因其多能互补特性成为提升能效的关键载体。然而，这类系统存在结构复杂、运行场景多样等挑战，导致其管理核心——综合能源管理系统(IEMS)面临三大痛点：异构能源流耦合计算困难、复杂系统模型适应性差，以及能效分析模型"一场景一方案"带来的高昂开发成本。传统IEMS往往针对特定领域（如数据中心、医院）定制开发，存在跨场景复用性差、分析维度单一等问题，严重制约了清洁能源的大规模应用。

为破解这一困局，国内某研究机构团队基于百余项实际工程经验，创新性地提出面向多场景的通用能效分析模型体系。研究采用黑箱建模方法，将能源管理对象统一抽象为能源单元(EU)，重点突破能源生产单元(EPU)和能源消费单元(ECU)的标准化建模难题。通过提取不同场景模型的共性与个性特征，结合标准煤当量换算和回归分析等数学工具，构建了可配置的通用模型框架。该成果发表于《Next Energy》，为IES的标准化管理提供了方法论支撑。

关键技术方法包括：1) 基于测量仪表的黑箱输入-输出模型；2) 多能源类型的标准煤当量转换方法；3) 考虑分配/排除/共享逻辑的能耗统计算法；4) 产品转换系数驱动的单耗计算模型；5) 基于散点图与线性回归的能效评估技术。研究数据来源于近100个实际IEMS工程项目，涵盖制造业、建筑等领域。

能源生产单元能效分析模型
针对EPU提出两类核心模型：物理量模型直接计算输入输出能效比P_s,Δt
= (∑E^out
_n,Δt
b)/(∑Eⁱⁿ
_m,Δt
a)，引入综合修正系数a,b解决环境温度等干扰因素；标准煤模型通过热值转换实现多能源统一核算，如空气压缩机案例显示其能效达119.1 kWh/km³
。三级能效评价体系将运行状态划分为基准值(P₁
)、限定值(P₂
)和准入值(P₃
)，为设备改造提供量化依据。

能源消费单元能效分析模型
建立包含分配系数ρ_m
和排除逻辑的能耗统计模型E_u,Δt
= ∑[±]ρ_m
E_m,Δt
，解决共享电表等实际计量难题。针对生产型ECU，提出基于产品转换系数δ_i
的单耗模型P_u,ce
= Sce_u,Δt
/(∑O_i,Δt
δ_i
)，在转向架生产车间应用中实现13.16 kgce/产品的精准核算。创新性地采用最小二乘法拟合生产-能耗关系曲线E? = wO + b，通过残差分析识别异常工况，并据此设定15%的合理节能目标线。

工程验证与效益分析
在长春轨道交通等7个项目中，通用模型使IEMS建设效率提升显著：监测点均摊成本从0.51人日/点降至0.19人日/点，降幅达63%。典型应用中，空压机站通过三级能效评价发现设备处于需改造的第三能效等级(P₂
< P′_s
≤ P₃
)，而钢铁轧制生产线借助回归分析优化后实现能耗降低15%。

该研究开创了IES能效分析的标准化路径，其模型体系兼具理论普适性和工程适用性。未来研究可向两个方向拓展：一是将ETU/ESU纳入建模范畴，二是开发系统级全局能效优化算法。成果对推进碳达峰目标下的能源数字化转型具有重要实践价值，为构建"可复制、可推广"的IEMS解决方案奠定了理论基础。