人类的日常活动需要不同形式的能源,例如电力、热能和天然气。化石能源产生了两种最常用的能量载体(电和热),而它也是造成全球变暖的主要原因。由于地质资源的有限性和气候变化,化石能源变得日益稀少和昂贵。这迫使人们转向低碳、取之不尽、环境友好、便于获取且有益于公共卫生的可再生能源。相比其他可再生能源,风能和太阳能因为无碳特征而被大量开发和利用。但是,风能和太阳能的随机性使其被称为波动性可再生能源,它们的不确定性和可变性会破坏电力系统的稳定性。这项研究首先在中国的电网中加入了储能和需求响应,通过减少燃料消耗和将临界过剩发电量保持为零来消纳更多的波动性可再生能源。传统上,电能和热能载体是独立运行的,但转换过程中的热量损失导致其运行效率低下。多能源载体的耦合对于解决上述问题至关重要,而耦合可以基于新近的技术如热电联产、热泵、需求响应和储能等。能源枢纽中的耦合节点可以促使电力系统向综合能源系统进行提高经济效益、灵活和无碳的能量转换。因此,这项工作进一步提出了智能能源枢纽的方案,通过使用能源系统分析工具Energy PLAN对中国2020年的电力、区域和个体供热综合能源系统进行建模。通过添加热泵、储热元件和考虑需求响应,然后进行以最小化年度成本、燃料消耗和二氧化碳排放的优化运行来进行技术仿真。此外,在本研究的下一部分,用消耗替代性能源的燃氢或燃气微型热电联产机组取代传统的燃煤和燃气锅炉,进一步研究个体供暖设施。在2030年中国综合能源系统的最优能量生产组合研究中,则考虑了岩床储能、单管和双管抽水蓄能来应对波动性可再生能源。尽管利用综合能源是使全球经济脱碳的有效措施,但是燃料和能源价格的波动使得寻找此类系统最具经济性的方案成为一项艰巨的任务。因此,在本研究的最后一部分中,对三种不同的燃料价格进行了可行性分析,并通过使用Energy PLAN市场模拟策略研究市场交易可行性来进行社会经济分析,以实现经济和可持续的能源供应。总体而言,本研究表明中国的电网通过考虑储能和需求响应,不仅可以增加风电和光伏发电的占比,并且能够有效降低年运行成本和排放。2020年,中国综合能源系统中的储热设备和需求响应的引入可大大提高波动性可再生能源的份额,同时降低年度成本和燃料。此外,到2030年中国的综合能源系统,在个体供暖设施中增加热泵和在电网中增加双管道抽水蓄能在经济上比其他方案更加经济可行。最后,市场交易分析确定了社会经济成本,并证明能源出口的最大净收益可使社会经济成本最优。