综合能源系统能量枢纽多样性建模和典型适用性研究_李宜哲.pdf

第 45 卷 第 7 期2023 年 7 月Vol.45 No.7Jul.2023综合能源系统能量枢纽多样性建模和典型适用性研究Diverse modeling methods for energy hubs in integrated energy systems and their typical applications李宜哲a，王丹a，b*，贾宏杰a，b，周天烁a，曹逸滔a，张帅a，刘佳委aLI Yizhea，WANG Dana，b*，JIA Hongjiea，b，ZHOU Tianshuoa，CAO Yitaoa，ZHANG Shuaia，LIU Jiaweia（天津大学 a.智能电网教育部重点实验室；b.天津市智慧能源与信息技术重点实验室，天津 300072）（a.Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of Education；b.Key Laboratory of Smart Energy&Information Technology of Tianjin Municipality，Tianjin University，Tianjin 300072，China）摘 要：在“双碳”背景下，综合能源系统（IES）的规划和运行对有效能利用率、能量不可用性、碳排放水平等多种评价指标提出新的要求。选择适当的分析要素并建立机理模型成为IES研究的一项重要任务。能量枢纽在IES中扮演着能量传输和转换的关键角色，决定着能量的转化和分配过程，并深刻地影响多维评价视角下的系统供能水平。因此，如何通过多样性的建模方法构建能量枢纽多要素模型成为IES分析的关键。梳理和分析了基于4种要素的能量枢纽建模方法，总结其内在机理以及匹配能源系统发展需求的适用性，为理论研究和实际应用提供参考依据。关键词：综合能源系统；评价指标；有效能；能量无序性；碳排放；能量枢纽；碳中和中图分类号：TK 01 文献标志码：A 文章编号：2097-0706（2023）07-0022-08Abstract：Under the background of dual carbon，the planning and operation of an integrated energy system（IES）is faced with new requirements on various evaluation indicators，such as effective energy utilization rate，energy unavailability and carbon emission level.In this context，selecting appropriate analytical elements and establishing their mechanism models has become an important task in IES research.An energy hub plays a key role in energy transmission and conversion in an IES，determining the distribution of energy and profoundly affecting the energy supply of the system from the perspective of multidimensional evaluation.Therefore，how to construct a multi-element model of an energy hub has become a key issue in IES analysis.The modeling methods of energy hubs with four modeling elements are analyzed，and their mechanisms and the applicability to match the development of energy systems are studied.The study provides references for following theoretical researches and practical applications.Keywords：integrated energy system；evaluation index；effective energy；energy disorder；carbon emission；energy hub；carbon neutrality0 引言 随着全球能源需求的增长和转型，综合能源系统（Integrated Energy System，IES）作为一种高效、可持续的能源供应解决方案，受到广泛关注1。能量枢纽是IES能量传输、转换、分配的关键环节，对多能协同供应发挥着重要的作用。因此，IES能量枢纽的建模理论对IES的规划和运行优化至关重要。2007年，Geidl团队提出能源集线器，首次利用耦合矩阵抽象化描述了能量枢纽输入与输出的关系2。传统能源利用方式带来的环境问题和能源安全危机促使学者们关注到能量利用的热力学效率、碳排放和可再生能源不确定性等关键问题，推动了有效能、能量无序性程度和环境影响等多种评价指标的研究发展3-7。文献 8 指出效率分析在热电联产机组经济性提升中的关键作用；文献 4 指出了熵增与工程问题分析方法的内在关系；文献7 详细阐述了电力系统碳排放流的基本概念和相应计算方法。上述研究从多个视角对能量系统局部与整体进行量化分析。为实现低碳、高效、稳定DOI：10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.003基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFB0905000）National Key R&D Program of China（2018YFB0905000）第 7 期李宜哲，等：综合能源系统能量枢纽多样性建模和典型适用性研究的IES能量供应，需要综合考虑上述指标对系统供能水平提出的多维要求，选择合适的分析要素建立机理模型，以支持IES网络架构、设备选型和调度运行等方面的科学决策。作为IES的关键环节，能量枢纽应当采用相应的多要素建模方法，以确保在多维评价指标视角下准确描述IES供能水平。本文列举了目前能量枢纽多要素模型以及各模型的特征与共性，分析模型在IES研究中的价值及应用，以算例呈现多样性模型在多维评价指标视角下对能量枢纽的描述及其区别。1 能量枢纽模型多要素模型 根据上述IES主要评价指标，能量枢纽多要素模型可分为四大类：针对介质总能量进行分析的能量枢纽模型；针对介质有效能进行分析的能量枢纽模型；描述能量不可用性的能量枢纽熵态模型；描述环境影响的能量枢纽碳排放模型6，9-11。1.1针对介质总能量分析的能量枢纽模型针对介质总能量分析的能量枢纽模型可追踪能量在枢纽中的传递、转换和分配过程，为IES的高效运行和优化提供依据12。根据模型架构，可将此模型细分为以下3类。1.1.1传统能量枢纽能量模型传统能量枢纽能量模型基于能量输入-输出耦合关系进行建模，向量化各输入、输出能量，采用耦合矩阵C表达内部耦合关系，并可在C中引入调度因子描述能量分配环节13，即Vout=CVin，（1）式中：Vout和Vin分别为输出和输入能量列向量。1.1.2基于状态参数矩阵能量枢纽能量模型该模型是基于传统能量枢纽能量模型的改进模型。矩阵S表示每个转化设备的输出能量，即状态变量。通过引入状态参数矩阵S，模型以输入、输出转换矩阵C1和C2表示状态变量和输入、输出能量之间的转换关系14，即Vout=C1SVin=C2S。（2）1.1.3基于标准化矩阵的能源枢纽能量模型基于图论、矩阵变换等理论，该模型将能量枢纽内部各能量转换设备抽象为节点，将连接转换设备的能量通路称为支路，将各设备能量转换输出/输入端口简称为端口。对各设备能量转换特征和互联关系分别建立相应的关联矩阵并形成表达式，联立后得到线性的基于标准化矩阵的能量枢纽能量模型15，即|XV=VinYV=VoutZV=0，（3）式中：V为内部支路能量列向量；X为能量输入耦合矩阵；Y为能量输出耦合矩阵；Z为能量转换特征耦合矩阵，由各设备转换效率系数和调度因子构成。1.2针对有效能分析的能量枢纽模型针对有效能分析的能量枢纽模型刻画了能量枢纽中和损的分布，揭示能量枢纽的效率和优化潜力5。根据模型架构，可将该模型细分为以下2类。1.2.1传统能量枢纽有效能模型对传统能量枢纽能量模型进行拓展，针对能量枢纽输入和输出关系进行建模。根据能量与之间的转化关系，将转换效率引入C，构建输入-输出耦合矩阵C，进而建立传统能量枢纽有效能模型16-17eout=Cein（4）式中：ein和eout为输入和输出列向量。1.2.2基于标准化矩阵能量枢纽有效能模型与基于标准化矩阵的能源枢纽能量模型的构建方法相似，基于标准化矩阵的能量枢纽有效能模型能够精细描述能量枢纽内部的分布，进而根据内部互联关系和转换特征构建方程组10|Xe=einYe=eoutZe=0，（5）式中：e为能量枢纽内部支路列向量；X，Y分别为输入和输出的耦合矩阵；Z为转换特征耦合矩阵。1.3描述能量不可用性的能量枢纽熵态模型IES中能量的不可用性可由熵增以量化。能量枢纽熵态模型针对枢纽内由损导致的传统热力学熵增和可再生能源不确定引起的信息学等效热力学熵增。分析2种熵增的分布和输出熵增流的分配，揭示能量枢纽的熵增机理6。能量枢纽流出的熵增流能够反映能量在传输和转换过程中的有效能损失和不确定性程度，因此，能量枢纽熵态模型可以辅助决策者调节枢纽的运行状态，以达到低损且可靠的有效能供应。能量枢纽熵态模型分为大节点能量枢纽熵态模型和基于标准化矩阵的能量枢纽熵态模型，前者为后者的子系统。1.3.1大节点型能量枢纽熵态模型将能量枢纽与外界交互的行为高度抽象为一个“节点”与外界的交互，考虑到枢纽内部可存在上述2种熵增，将这个“节点”扩充为输入和输出节点，23第 45 卷 同时定义2个节点间的内部支路和支路上的等效熵增源，构成大节点型能量枢纽熵态模型6。能量枢纽模型在IES整体建模和计算中被视为子系统，需要单独建模和求解。大节点型模型在IES整体熵态建模和计算中呈现为一个广义的“节点”，精简的模型结构便于其直接嵌入IES熵态模型中进行分析和计算。等效熵增源为枢纽内的转换设备损产生的传统热力学熵增与可再生能源引入的信息学等效热力学熵增之和。大节点型能量枢纽熵态模型遵从IES熵态机理模型定义的约束，输出的熵增流需遵循节点熵态分配关系Souti=SoutNeoutieout，（6）式中：Souti为能量枢纽第i个输出的熵增流；SoutN为能量枢纽输出节点的节点熵增；eouti为第i个输出的流；eout为能量枢纽输出总流。图1展示了某能量枢纽的大节点能量枢纽熵态模型，该模型包含了由燃气轮机、发电机和余热锅炉组成的热电联产机组（Combined Heat and Power Unit，CHP），机组输出的电力、热力流分别为eoutf，1和eoutf，2，二 者 与 输 出 总 流 的 比 例 分 别 为1和1-1，则机组电力输出熵增流Soutf，1与热力输出熵增流Soutf，2之比为1/(1-1)。1.3.2基于标准化矩阵能量枢纽熵态模型基于标准化矩阵的能量枢纽熵态模型计及能量枢纽内部拓扑结构，参考式（3）和式（5）的建模过程，根据拓扑结构建立线性方程组|XinXf=SinXoutXf=SoutXsXf=SsXnXf=0，（7）式中：Xf为能量枢纽熵增流模型内部支路熵增流列向量；Sin和Sout分别为输出熵增流列向量；Xin和Xin分别为输入和输出端口-支路关联矩阵；Xs为能量转化设备耦合矩阵；Ss为能量转化设备熵增源列向量；Xn为节点平衡分配关联矩阵。1.4描述环境影响的能量枢纽碳排放模型能量枢纽碳排放模型刻画的是能量枢纽碳排放足迹和能量碳排放的再分配，评估能量枢纽的内部能耗对应的碳排放量和供应能量对应的碳排放强度7。因此，能量枢纽的碳排放模型对IES低碳规划和管理具有重要意义。1.4.1无损的能量枢纽碳排放模型能量碳排放强度伴随能量从一个系统向另一个系统的转移。无损的能量枢纽碳排放模型仅考虑多种能源的碳排放在设备中的转换和分配，不考虑在能量枢纽中的碳损耗，即在碳排责任分摊过程中认为能量枢纽不承担碳排责任18。1.4.2有损大节点型的能量枢纽碳排放模型大节点型的能量枢纽碳排放模型对IES表现为一个广义负荷节点，枢纽本身以及枢纽输出碳排放总和等于各输入支路碳流密度与输入功率乘积的总和11。1.4.3有损矩阵型能量枢纽碳排放模型作为IES中能量耦合的关键环节，能量枢纽具有源与荷双重身份，需承担一部分碳排放责任。矩阵型能量枢纽碳排放模型定义了碳排放耦合矩阵R，描述能量枢纽输入和输出端口碳排放转化关系11PoutEout=RPinEin，（8）式中：Ein和Eout分别为输入、输出碳势列向量；Pin和Pout分别为输入、输出功率列向量。碳流率耦合矩阵R中各元素c可由能源转换效率和碳势转换效率共同给出，表征能量枢纽内部单体能量转换设备的输入、输出碳流率关系c=。（9）2 能量枢纽多要素模型的特性和应用价值2.1能量枢纽多要素模型的特性分析2.1.1针对介质总能量的能量枢纽模型分析在传统能量枢纽能量模型抽象化内部转换环节，由C描述内部互联情况和能量转换特性，建模过程简单，能够准确描述输入与输出能量的关系。但该模型无法表达内部能量的分布，对能量枢纽内部的描述不全面。同时，C中存在调度因子和效率系数的乘积，导致传统能量枢纽模型呈现非线性，大规模运算过程中的计算速度缓慢。基于状态参数矩阵的能量枢纽能量模型状态参数矩阵S起到了中间变量的作用，它将传统能量枢纽能量模型中的非线性关系转化为 2组线性关系，大幅降低了求解难度，但没有全面描述能量枢图1大节点能量枢纽熵态模型示意Fig.1Entropy state model of a large node energy hub24第 7 期李宜哲，等：综合能源系统能量枢纽多样性建模和典型适用性研究纽内部情况。在基于标准化矩阵的能量枢纽有效能模型中，X和Y反映输入和输出端口与内部支路的互联关系，Z反映能量转换设备的能量转化效率以及设备与内部支路的互联关系，该模型全面刻画能源枢纽内部能量分布情况，并且该模型为线性方程组，计算较为迅速。2.1.2针对有效能能量枢纽模型分析传统能量枢纽有效能模型能够准确刻画输入与输出流的关系，但与传统能量枢纽能量模型相似，该模型也无法表达内部的分布情况。在基于标准化矩阵的能量枢纽有效能模型中，各耦合矩阵的作用与基于标准化矩阵的能源枢纽能量模型相似，反映转化设备效率以及输入/输出端口、转换设备与内部支路的互连关系。该模型表达了能量枢纽所有内部支路的流，全面描述了枢纽内部有效能分布情况。2.1.3能量枢纽熵态模型分析能量枢纽熵态模型的构建需要保证合理的抽象化程度，大节点模型能够描述单体设备或能量转换机组的熵增分布，但对含有多个机组的能量枢纽，宜采用基于标准化矩阵的能量枢纽熵态模型，以确保得到准确的输出熵增流分配情况和内部熵增流分布情况。2.1.4能量枢纽碳排放模型分析无损能量枢纽碳排放模型视能量枢纽的碳排责任为零，仅考虑能量枢纽内部碳流转换和分配关系，忽略转换过程中能损引发的碳损，因此可用于分析能量枢纽内部碳流关系；大节点型能量枢纽碳排放模型忽略内部分配环节，因此不宜用于具有复杂内部结构的能量枢纽，可用于将枢纽视为终端负荷的研究；矩阵型能量枢纽碳排放模型能够将碳排放责任准确分配至单体能量转换设备，得到科学、准确的输出能量碳排放强度，因此该方法适用于需要精确定量多方碳排放责任的研究和应用。表1为上述多种能量枢纽的建模方法特点比较和应用价值分析。2.2能量枢纽多要素模型的应用价值能量枢纽多要素模型是描述IES多维评价指标的重要工具，因此掌握相关要素在系统中的传播、转化和分配情况对IES的研究至关重要。要素可划分为实体物理要素和标签化虚拟要素。实体物理要素包括能量和，标签化虚拟要素包括熵增和碳排放。两大类要素的传播与转换规律迥异，导致其在网络中的分布规律具有显著差异，并且部分要素之间还存在互斥的关系，因此IES多需求协同发展需要IES多要素联合分析：系统能量与有效能之间存在一定的关联性，但以供应能量最大化为目标的决策可能未达到最大的供应，这是由于基于能量分析忽略了多种能源形式的做功能力不同；针对碳排放进行优化的IES会倾向于增加可再生能源的装机容量和出力，因为其碳排放被视为0，然而可再生能源的不确定性会引入熵增，加剧系统供应能量不可用性；在能量分析视角下，天然气向电能转换过程表1多要素的能量枢纽建模分析比较和主要特征Table 1Comparative analysis on multi-factor energy hub models and their key features要素能量熵增碳排放模型类别传统能量枢纽能量模型基于状态参数矩阵能量枢纽能量模型基于标准化矩阵的能源枢纽能量模型传统能量枢纽有效能模型基于标准化矩阵能量枢纽有效能模型大节点型能量枢纽熵态模型基于标准化矩阵能量枢纽熵态模型无损的能量枢纽碳排放模型有损大节点型的能量枢纽碳排放模型有损矩阵型能量枢纽碳排放模型特征与共性非线性方程，内部抽象化线性方程，内部部分描述线性方程，内部完整描述非线性方程，二端口抽象化线性方程，内部完整描述线性方程，忽略内部结构线性方程，内部完整描述线性方程，内部部分描述线性方程，忽略内部结构非线性方程，二端口抽象化应用价值提升供需匹配经济性、安全性、可靠性、灵活性提升品质能源利用效率，有助于量、质协同优化传统能源与可再生能源协同、高质量供能有助于科学、合理地促进低碳转型25第 45 卷 存在大量的能量损失，但由于电能相比天然气的能质系数更高，具有更优的做功能力，因此该转换过程提升了系统能量品质，在分析中具有一定优势。本文介绍的能量枢纽多要素模型将能量、有效能、能量不可用性和环境影响等评价指标以能量、熵增、碳排放等4种要素进行量化分析，分析了能量枢纽内各要素转化和分配过程的建模方法。能量枢纽多要素模型为准确描述多维评价指标视角下IES的状态提供了关键理论支持。2.3能量枢纽多要素模型的应用展望在多种评价指标下对IES进行准确、综合评估，是IES规划、运行优化的必要前提，也是提升IES安全性、促进低碳化市场交易的重要保证，准确描述系统能量、有效能、熵增流、碳排放的分布情况是实现综合评估的有效手段。能量枢纽决定着多维要素的转换和分配，是IES实现综合评估的关键环节，相关研究者需要根据要素的机理内涵，将模型应用于决策过程中。（1）能量枢纽的能量模型：能量与介质流率的关系最为紧密，能够反映管线的流量，并且易于测量与计量。因此，该模型在IES规划、运行、安全、交易等诸多方面的应用场景具有较高的价值。可针对模型中流量分配系数、支路流率等参数进行分析和优化，例如：将标准化矩阵的能量模型Z中调度因子视为变量，以能量损耗最低或多主体利益最大为目标，以能量安全运行边界为约束，求解最优的能量调度策略或能量枢纽选型方案。（2）能量枢纽的有效能模型：针对有效能的规划和运行优化，有助于合理高效地利用和分配能源；同时，以有效能作为计费单位，可统一多种能源形式的计费标准，促使用户侧合理、高效的用能。因此，该模型在IES的规划、运行、交易等方面具有广阔应用前景。可针对有效能模型中分配系数、支路流率等参数进行分析和优化，例如：对标准化矩阵有效能模型中的Z进行优化，以能量枢纽内的有效能损失达到最小为目标，从而确定能量枢纽的最佳运行模式。（3）能量枢纽的熵态模型：IES熵增流能够反映维持有效能供应的有效能损失程度和可再生能源不确定性的影响程度，能量枢纽决定着熵增流的分配。因此，能量枢纽的熵态模型可用于以延缓系统熵增为目标的IES的规划、运行优化。由于熵态分布的计算需要流的分布结果，可对有效能模型和熵态模型进行双层优化，并将分配系数优化结果互相传递迭代，直到求得最优解。（4）能量枢纽的碳排放模型：IES碳排放研究旨在提高IES的经济性和环保性，通过合理分摊碳排放责任，以能量调度手段和市场激励等方式促进低碳化用能。能量枢纽的碳排放模型能够精准确定输出能量的碳排放强度，对于碳排责任的合理分摊具有关键作用，对于确定低碳化市场框架和交易策略具有重要意义；同时该模型也可用于低碳化IES的规划和运行优化。应用该模型的过程中，需要将其与能量模型紧密结合，在传统能量计费方式的基础上引入碳排放计费，通过博弈规划方法模拟各主体为自身利益最大化而做出的用能策略调整19-20，求解最优系统布局或能量枢纽运行方案。3 能量枢纽多样化建模分析 3.1算例概述算例为典型IES能量枢纽，包含1个CHP、1个燃气锅炉（GB）和 1 个变压器（T），如图 2 所示21。CHP 机 组 的 热、电 转 化 效 率 分 别 为CHPg2h=0.4，CHPg2e=0.3；锅炉的转化效率为GBg2h=0.85；变压器的转化效率为Te2e=0.95。系统的电力负荷和热力负荷分别为 5.534 MW 和 4.782 MW；环境温度为10；天然气的理论燃烧温度为1 973；电力、天然气和热力的能质系数分别为 1.000 0，0.701 3，0.185 3。电力输入熵增流量与碳势设定为0.001 8 MW/K，0.5 tCO2/（kWh），天然气输入熵增流量与碳势设定为0.001 8 MW/K，0.4 tCO2/（kWh）；天然气分配系数g设为0.5。3.2算例能量枢纽多要素模型为了直观清晰地展示能量枢纽内多种要素的传播和转化情况，本文算例部分采用较为精细的基于标准化矩阵的能量枢纽能量、有效能、熵态模型，以及矩阵型能量枢纽碳排放模型，同时构建了大节点型能量枢纽熵态作为对照。本算例未接入可再生能源，是因为可再生能源对熵态和碳排放模型具图2算例能源枢纽示意Fig.2Schematic structure of an energy hub26第 7 期李宜哲，等：综合能源系统能量枢纽多样性建模和典型适用性研究有特殊影响，与对能量和有效能模型造成的影响具有显著差异，引入可再生能源不利于突出实体物理要素和标签化虚拟要素的分布差异。根据算例能量枢纽电力和热力能量输出的需求，求解标准化矩阵能量枢纽能量模型，可得枢纽内部的能量分布，如图3所示。其中，天然气输入能量按0.5的分配系数（等量）输送至CHP和GB，CHP的能量损耗为1.157 MW，GB的损耗为0.574 MW，可见在该算例的能量模型中，CHP的能量利用率是低于GB的。根据电力、热力能量的需求和能质系数计算电力、热力需求，分别为5.534 MW和0.886 MW，进而求解标准化矩阵能量枢纽有效能模型，如图4所示。图4中，等量的天然气被输送至CHP和GB，CHP的损为1.261 MW，GB的损为2.080 MW，可见在该算例的能量模型中，CHP的有效能利用率是高于GB的。根据能量枢纽有效能模型的内部设备损和输出流，可以计算能量枢纽的等效熵增源和输出熵增流之比，进而构建大节点型熵态模型，如图5a所示；构建标准化矩阵熵态模型，如图5b所示。由图5可见，2种模型计算得出的熵增流输出是不同的。这是由于大节点型模型忽略了枢纽内部熵增流多重分配环节，即图5b中黑色箭头所示部分。对于结构复杂的能量枢纽，宜采用较为详细的模型进行分析，如标准化矩阵能量枢纽熵态模型，以确保对内部和输出熵增流的准确描述。图6为矩阵型能量枢纽碳排放模型的示意图，根据能量枢纽的能量模型计算各设备的碳流情况。其中能量转换设备输出碳流遵循能源转换效率的分配原则。由于CHPg2e=0.3，CHPg2h=0.4，因此，相比CHP的热力输出，具有较低能量效率的CHP电力输出分配到了更少的碳流，0.38 ktCO2/（kWh），仅为CHP输入碳流的25%。3.3算例分析算例能量枢纽各模型展现了多维要素的分布差异。（1）在能量模型中，GB为高能效设备，但在有效能模型中，GB为低效率设备。GB具有较高的能图3算例能量枢纽能量模型Fig.3Model of the energy hub图4算例能量枢纽有效能模型示意Fig.4Schematic exergy model of the energy hub图5算例能量枢纽熵态模型示意Fig.5Schematic entropy state models for the energy hub in the case study图6算例能源枢纽碳排放模型Fig.6Energy hub emission model of the case study27第 45 卷 量转换效率（0.85），转换能量损耗为0.574 MW；但在有效能模型中，GB损较高，达2.080 MW。这是由于天然气转换为热能是一种中品位能源形式向低品位能源形式的转变，造成了能量品质的降低，在有效能模型中体现为较高的损，因此GB在有效能模型中表现为低效率设备。（2）在熵态模型中，能量枢纽输出的至电力系统的熵增流少于输出至热力系统的熵增流。CHP输出的热能含有较少的熵增流，因此在熵态分析中CHP可被视为高品质热源。GB为低效率设备，产生的传统热力学熵增较大，因此在熵态分析中被视为低品质热源。算例给定的CHP和GB的天然气配比为 0.5，可得最终输出至热力系统的熵增流为0.008 4 MW/K。同时由于T的熵增较小，尽管CHP输出的电力含较多的熵增流，最终输出至电力系统的熵增流仅为0.006 4 MW/K。（3）在碳排放模型中，能量枢纽输出至电力系统的碳流高于输出至热力系统的碳流。由于T的转换效率较高，能量损耗较小，因此分摊的碳排放责任较小，仅0.045 ktCO2/h，输出电能的碳流为2.579 ktCO2/h；CHP和GB的效率较低，能量损耗较大，分摊的碳排放责任较高，输出热能的碳流为 1.986 ktCO2/h，低于输出电能的碳流。4 结束语 为实现IES科学、可持续发展，准确刻画系统的能量、有效能、能量不可用性（不确定性）、环境影响等多维评价指标，对推动以能量、熵态、碳排放等多维要素为核心的IES能量枢纽多样化建模理论的发展至关重要。能量枢纽作为IES多能耦合的关键环节，决定着能量介质传播、转化与分配，深刻影响着上述要素的行径与分配。实体物理要素和标签化虚拟要素在传播过程中呈现出迥异的分布特性，本文以算例验证了这一特点。采用能量枢纽多要素模型有助于准确描述IES在多维评价指标视角下的表现状态，进而可采用规划、运行优化等研究方法指导能量枢纽模型的管线布局、选址定容和调度控制等应用环节的决策，以满足“双碳”背景下低碳、高效、高品质IES的发展要求。参考文献：1 贾宏杰，王丹，徐宪东，等.区域综合能源系统若干问题研究 J.电力系统自动化，2015，39（7）：198-207.JIA Hongjie，WANG Dan，XU Xiandong，et al.Research on some key problems related to integrated energy systemsJ.Automation of Electric Power 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