基于用戶端的智慧能源發展與應用實踐

◎宋天琦 劉惠萍

隨著“互聯網+”戰略與能源戰略的有效結合，“互聯網+”智慧能源（能源互聯網）成為能源革命、能源發展創新的重要方向和基礎支撐，在提升和推動能源效率、清潔能源發展、用戶參與和體驗等方面具有巨大的潛力。國家高度重視其發展并將之作為新一輪能源產業變革的重要支撐。

國內外關聯信息分析

能源生產和消費革命的目標是構建保障可靠、穩定的能源生產供應，但不損害生態環境的能源消費體系。借助信息化技術，建立與用戶端互動的智能用能系統已經是必然趨勢。

1.基于安全高效的用戶端多種能源綜合利用成為發展趨勢

在全球新一輪科技革命和產業變革中，互聯網理念、先進信息技術與能源產業深度融合，正在推動能源互聯網新技術、新模式和新業態的興起。

（1）美國的能源互聯網實踐以智能電網為主線展開。當前美國政府大力推進智能電網建設，保障電網的可靠、安全、高效和環境友好；對于能源互聯網的研究探索更多依托更具活力的市場主體，如北卡州立大學、特斯拉、Google和IBM等機構從電子技術、大數據、云計算、售電和電動汽車等領域切入，探索能源互聯網的創新技術路徑和商業模式。

（2）能源轉型背景下，德國E-Energy項目的技術示范。歐洲的能源互聯網探索處于全面提升能源清潔化的大背景下，與能源轉型和電力市場化改革進程聯系緊密。一方面，德國能源互聯網的探索路徑主要是以政府示范項目（E-Energy項目）的方式落地、以點帶面，推動能源系統的優化和信息通信技術（ICT）的升級，鼓勵企業進行“能源的互聯網”的嘗試。另一方面，由于德國政府對電力體制改革和能源轉型的堅定推進，售電領域主體活躍，綠能消費、需求響應以及鄰里買賣電等技術已經在現實場景運用。

（3）世界各國能源互聯網研究和發展的技術側重點有所不同，但都是將互聯網技術運用到能源系統，以提高可再生能源的比重，實現多元能源的有效互聯和高效利用。美國、德國和日本等國家的能源互聯網項目研究側重于以能源路由器為核心的能量流與信息流的協同或互聯網技術在區域能源系統中的應用，以提升清潔能源的消納水平；英國、瑞士擁有較好的能源頂層商業模式，側重在多能流的綜合利用方向進行研究與示范。

近年來，國外發達國家的智慧城市多種能源綜合應用發展比較迅速，已逐步涵蓋多種能源，包括電力、燃氣和冷熱等。20世紀70年代中期，傳統能源管理及服務在歐美等先行國家主要針對已建項目的節能改造、節能設備推廣等，合同能源管理是其主要商業模式。20世紀70年代末期，基于分布式能源的管理服務以新建項目居多，推廣熱電聯供、光伏、熱泵與生物質等可再生能源，其融資額度更大，商業模式更加靈活。隨著互聯網、云計算等技術的出現，融合清潔能源與可再生能源基于區域微網技術的新型綜合能源管理服務模式開始誕生。綜合能源管理服務對提升能源利用效率和實現可再生能源規模化開發具有重要支撐作用，世界各國根據自身需求制定了適合自身發展的發展戰略。

2.我國“互聯網+”智慧能源從理念走向實踐

（1）國家政策層面。一是 “互聯網+”政策密集出臺推動能源互聯網項目落地實施。2015年3月，第十二屆全國人民代表大會第三次會議上第一次提出制定“互聯網+”行動計劃，隨后“互聯網+”政策密集出臺。7月，《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》中將發展“互聯網+”智慧能源作為重點行動之一。二是能源規劃、政策及示范引導鼓勵能源互聯網的探索。在整體能源規劃方面，2016年12月，國家發展改革委出臺《能源發展“十三五”規劃》，提出積極構建智慧能源系統、積極推動“互聯網+”智慧能源發展；2017年5月，國家發改委和國家能源局聯合發布《能源生產和消費革命戰略（2016-2030）》，將全面建設“互聯網+”智慧能源作為能源革命的重要內容，并制定能源互聯網推廣行動。國家能源局發布的《互聯網+”智慧能源（能源互聯網）示范項目評審辦法》對示范項目提出五性要求，即“創新性、代表性、必要性、可行性、經濟性”。6月首批55個“互聯網+”智慧能源示范項目公布。三是電力體制改革為能源互聯網發展釋放巨大的政策空間。以《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》發布為標志，新一輪電改于2015年3月拉開序幕，其中明確了深化電力改革的重點和路徑，以建立健全電力市場機制為主要目標，按照“管住中間、放開兩頭”的體制架構，充分發揮市場在資源配置中的決定性作用。四是全球能源互聯網合作組織發揮積極作用。2015年9月26日，習近平主席在聯合國發展峰會上提出了“探討構建全球能源互聯網，推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求”的中國倡議。2016年3月29日，全球能源互聯網發展合作組織（GEIDCO）一屆一次理事會在北京召開。

（2）技術發展層面。目前國內研究普遍認為“互聯網+”能源是更加注重用戶端的能源訴求和個性服務。重點是在現有能源供給系統和可再生能源發電、互聯網信息以及先進儲能等技術的基礎上，以電能為主體形式，以智能配電網為主要載體，與天然氣網、熱/冷供應網、電氣化交通網緊密耦合的具有互聯開放特性的能源共享網絡。與美國類似，我國同樣依托智能電網建設的前期基礎，積極推進能源互聯網建設。目前我國能源互聯網建設主要著重在三個方面：一是側重于智能配電網延伸的理念。利用柔性直流技術升級改造現有配電網，通過其與現有微電網系統的互動，實現具有靈活的拓撲結構、潮流可控、高設備利用率的堅強型網架，支持高滲透率分布式能源的靈活接入和充分消納，實現與智能微電網的協同互動，提高用戶的電能智能和供電可靠性。二是側重于多種能源綜合優化的理念。建設實現不同類型能源轉換、不同能源承載方式轉換的多能互聯能源網絡，實現信息和能源深度耦合，并探索能源運營創新模式。其典型代表有虹橋商務區示范項目、上海迪士尼度假區示范工程等。三是側重于用戶端服務多元化的理念。以區域能源互聯網為紐帶，實現清潔能源全消納，開展分布式電源“即插即用”三聯供、智能用電互動、配用電大數據公共服務、電動汽車充電服務等為主體的新型綜合能源管理服務，構建高密度能源流、高互動信息流、高實時業務流的能源互聯和智慧公共服務兩大網絡。其典型代表是國家首批“互聯網+”智慧能源項目，包括上海前灘、世博園和濱江等城市綜合智慧能源供應與服務系統，崇明城市能源互聯網示范工程等。

智慧能源發展情況與案例分析

1.發展情況

自從“西氣東輸”的天然氣抵滬以來，長三角地區特別是上海便積極推動天然氣的利用發展。天然氣分布式能源是長三角地區智慧能源雛形中的重要一環，對其進行評價則是項目生命周期中意義重大且極具參考價值的一項工作。從多項天然氣分布式能源項目評估內容可以看出，其平均能源綜合利用率均超過75%，高者可超過80%，醫院場景項目甚至達到85%。年利用小時數方面，平均超過2000小時，旅游園區型項目甚至超過5000小時。各項目節能率數值落在15%-35%之間。二氧化碳減排效應均超過30%，高者甚至達到58.5%，未來若碳經濟環境成熟，項目經濟性將更加可觀。進一步解析這些結果可以發現，更高的系統年運行小時數和更高的年綜合能源利用效率均是高品質的體現，設計階段若想在各類場景中最優化這些參數，最大化高效清潔的分布式能源功能效用，多能互補、垂直深入用戶端用能負荷特點的研究是必經之路。同時，國家對能源安全和各類應急能力的提升越來越重視，具有更高安全性、對重要設施負荷保障更到位的能源系統也將越來越受到青睞。

“互聯網+”智慧能源系統堅持以用戶端用能更安全為第一要素，其具有兩個特征：一是靠近用戶端，可根據用能方資源情況、用能特點等因素，因地制宜選擇一次能源，一般采用天然氣、沼氣、太陽能、風能及生物質廢棄物等可再生能源。二是直接應用，獨立運行，運行方式一般為并網、離網或可上網，可以根據用能方的實際情況靈活選擇應用方式。

2.案例分析

長三角區域是我國經濟最具活力、開放程度最高、創新能力最強的區域之一，是“一帶一路”和長江經濟帶的重要交匯點，啟動引領長三角能源互聯網創新合作是推動長三角一體化發展的重要舉措。作為朝陽業態，“互聯網+”智慧能源催生的新業態和合作模式也激發著市場探索。在示范項目方面，長三角地區積累了豐富的數據和技術經驗資源，為“互聯網+” 智慧能源在長三角地區推廣奠定了堅實基礎。

（1）上海電力大學綠色智慧能源示范園區。“互聯網+” 智慧能源是先進互聯網技術與能源技術深度融合的產物，旨在降低經濟發展對傳統能源的依賴程度。上海電力大學“綠色校園”智慧能源項目被國家發改委、國家能源局列為“新能源微電網示范項目”。其擁有新能源微電網的智慧校園通過自主供電和能效管理，比正常校園能耗降低1/4，且每6度電就有1度電來自新能源。高校園區集科研、教學職能于一體，具有居住人口密集、能源消耗大以及管控難度高等特點。對此，上海電力大學與國網節能服務有限公司合作，率先構建起綠色智慧能源高校示范園區。項目采用風電、光伏、光熱、儲能多能互補及節能等先進高效能源供應技術，將大數據、云計算、物聯網等信息技術與項目相結合，技術應用全面廣泛。隨著智能電網、能源互聯網等新一代信息技術的發展，在技術研究和學生實踐等方面，其學科建設對應采用新能源、新技術構建的綠色智能能源供應系統有著迫切的需求。因此，該項目還為新能源、智能配電網（微電網）和智能化控制、信息技術等學科，搭建了一個立足產學研用的教學、實驗與科研平臺。

（2）上海航天飛奧設備園區示范項目。近年來，隨著多能互補和能源互聯網技術不斷發展，上海航天集團將飛奧園區原有的天然氣分布式能源項目與其他智慧能源領域的關鍵技術結合，升級改造了一套智慧能源園區綜合供能系統。該項目將原有的天然氣分布式能源項目改造為一個MNY120多能能源站，同時與其他能源子系統“互聯互通”：園區屋頂被充分開發利用，安裝了219kW光伏發電系統和2個300W的風力發電機，為園區增添可再生能源的供應。

多元化的能源系統依托微網能量管理平臺來綜合管理調度。為了更精準地發揮項目新系統的“智慧”，項目還配備了一座微型氣象站。無論是基于“源-網-荷-儲”的能源管理平臺、MNY系列多能能源站、BIM全生命周期數字化應用管理實踐，還是綜合能源服務業務模式落地載體和智慧能源微網系統示范，都全方位的在園區中得到體現。

基于用戶端，貼近用戶本身用能負荷的特點，靈活采用不同模式對用戶供能是極具潛力的發展方向。展望未來，一是以人民美好生活對能源的需求，以用戶用能愿景為目標訴求、因地制宜，因能而選，用戶端分布式利用與外來網輸或非網輸互保方式相結合。二是通過智慧能源技術和能源體制機制革命，重塑能源交易和能源服務新規則，還能源商品屬性，實現需求響應，按需保供，按質論價。