區域能源互聯網差異化發展模式研究

郭 莉，談 健，黃俊輝，陳 琛，吳 晨，周小明

（1.國網江蘇省電力有限公司 經濟技術研究院，南京 210000；2.國網遼寧省電力有限公司，沈陽 110004）

0 引言

近年來，在能源結構轉型升級的趨勢下，能源互聯網應運而生，國家、學術界、能源企業對其內涵和功能形態的認知正在不斷的豐富和完善。2016年2月，發改委、能源局、工信部聯合發布《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》，闡述了能源互聯網建設的基本路線圖，提出“能源互聯網是一種互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費及能源市場深度融合的能源產業發展新形態，具有設備智能、多能協同、信息對稱、供需分散、系統扁平、交易開放等主要特征”。2020 年6 月，國家電網公司發布《國家電網戰略目標深化研究報告》，提出“能源互聯網是以電為中心，以堅強智能電網為基礎平臺，將先進信息通信技術、控制技術與先進能源技術深度融合應用，支撐能源電力清潔低碳轉型和多元主體靈活便捷接入，具有清潔低碳、安全可靠、泛在互聯、高效互動、智能開放等特征的智慧能源系統”。

國家對能源互聯網的定義側重產業屬性，建設重點側重能源生產消費基礎設施建設、多能協同綜合能源網絡建設、能源信息通信基礎設施深度融合等方面；國家電網作為大型能源互聯網企業，承接國家對能源互聯網的發展要求，并結合企業自身實際，描述了電網企業如何參與能源互聯網的建設，側重能源互聯網的功能屬性。

能源互聯網是一個整體性、包容性的概念，具有豐富的內涵與外延。在能源互聯網建設的具體實現過程中，能源互聯網將從概念層面落實到實體層面。區域能源互聯網作為能源互聯網的重要物理載體，對提高區域內的整體能效水平、新能源消納水平、能源安全水平具有重要意義。本文按照功能單元的不同，從多個維度闡述了區域能源互聯網的內涵、分類，提出差異化區域能源互聯網的構建方案，形成了能源戰略宏觀層次的整體解決方案和思路，為復雜形勢下能源互聯網戰略、規劃、政策的科學制定、有序實施、動態調整提供參考。

1 區域能源互聯網框架

當前，不同研究主體對各層級能源互聯網劃分呈現多元化態勢，對于“區域”的理解也不同。文獻［1］將能源互聯網按照規模分為由綜合能源生產基地、區域能源傳輸網絡、綜合能源負荷中心等構成的區域能源互聯網（大區級或省級），由綜合能源生產場站、“電/氣/熱/冷”能源消費園區、城市能源輸配系統等構成的城市能源互聯網以及由分布式能源生產設備、綜合能源消費用戶、多能源傳輸微網等構成的終端能源互聯網3 種類型。文獻［2］提出區域能源互聯網是以省為實體，以智能電網為基礎，具備多重能源高效消納功能，將區域內部電、氣、熱能源網絡生產、傳輸、存儲、消費等有機互聯的綜合能源網絡。文獻［3］將區域能源互聯網區別于廣域能源互聯網，認為其是大電網與用戶側交互的一種形式，更注重于用戶服務體驗，具有多種能源融合和能源信息融合兩種表現形式。文獻［4］—文獻［5］定義區域能源互聯網是一種利用多能互補和智慧能源技術為多個建筑物提供冷、熱、電的區域級綜合能源系統，其技術架構包括多能互補的能源系統和泛在互聯的物聯網平臺。文獻［6］提出現階段能源互聯網的總體架構可以分為終端能源互聯網、區域能源互聯網、廣域能源互聯網3 個層次，其中區域能源互聯網適合城市園區、新區、城鎮示范區等。文獻［7］詳細描述了太原區域能源互聯網的建設實踐，從多能源系統規劃與運行、基于多能源系統的綜合需求響應策略設計、區域能源互聯網運營與商業模式等角度總結了太原區域能源互聯網建設的關鍵問題和技術路線。

綜上，不同學者對能源互聯網的理解各有側重，可分為以下幾個層次:①省級區域能源互聯網旨在通過能源互聯網建設，提高區域能源流交換和保障供應能力，實現省際、省內各區域之間的能源大范圍配置，助力本省的能源安全供應與可靠運行，優化能源生產與消費結構，提升單位國內生產總值能耗，促進大規模清潔能源消納；②城市級區域能源互聯網［8］重點通過打造服務于智慧城市建設的新型能源基礎設施群，探索能源設施與信息通信、交通等各類其他基礎設施的融合發展路徑，支撐多元用能設施即插即用，提高能源綜合利用效率，為用戶提供靈活多樣的定制化服務；③終端區域能源互聯網［9］的核心在于利用分布式能源、多能互補、節能改造等相關技術，以園區、樓宇等為主體，以提高用能效率與降低用能成本為主要目標，建設小范圍的能源生產與消費融合網絡。

“區域”是一類集合的統稱，泛指在地理上具有行政、組織、產權、功能等方面的相似性［10］，可將其內部的能源生產、傳輸、消費等環節進行統一考量的地區。區域能源互聯網是能源互聯網的具體實現形式，如圖1所示，以省、市、鎮、園區、樓宇等功能單元為實體，打破能源系統各環節的交互壁壘，實現橫向冷、熱、電、氣多能互補，縱向源、網、荷、儲時空互濟，促進區域內能源高質量發展。本文從電網企業建設區域能源互聯網的角度出發，對省級區域能源互聯網、城市級區域能源互聯網、終端區域能源互聯網進行詳細闡述。其中，終端能源互聯網為能源互聯網的末端單元，包括園區、樓宇、企業、家庭等產能或用能實體；城市級能源互聯網通過綜合能源站、配電網、交通網絡等連接各個終端；省級能源互聯網則通過特高壓、500 kV 變電站及輸電線路、省級調度控制平臺等關鍵節點建設，重點關注能源大范圍的配置，擔負著解決優化能源結構、提高能源效率、保障能源安全等關鍵問題的責任。

圖1 區域能源互聯網整體框架結構Fig.1 Overall framework of regional energy Internet

2 省級區域能源互聯網

我國幅員遼闊，地形氣候條件復雜，經濟發展水平各異，能源稟賦、產業分布、政策約束具有明顯的地方特色。由于能源需求豐富多樣，不同省份在能源互聯網建設實踐中面臨著復雜多樣的問題。各個省份需要通過科學系統的決策分析方法，因地制宜形成具有地方特色的能源互聯網建設表述，在復雜的能源技術、商業模式、運營管理模式中創新探索多元化的發展路徑，進一步詮釋和豐富能源互聯網內涵，明晰省級區域能源互聯網發展中“變和不變”、“共性和個性”等關鍵問題，為建設符合當地省情、能情、網情的能源互聯網奠定基礎。

2.1 省級區域能源互聯網的共性基礎

省級區域能源互聯網的整體框架承接國家電網戰略，可分為能源網架、信息支撐、價值創造3 大體系，如圖2所示。能源網架體系是以電為中心，以堅強智能電網為基礎平臺的能源側基礎設施，覆蓋包含能源生產與轉換、傳輸與存儲、利用與消費等全流程、全環節，支撐各類能源、多元負荷的即插即用、雙向互動與靈活轉換，貫穿能源生產、轉換、儲運、消費等全流程，是實現能源互聯網各類功能的物質基礎；信息支撐體系有效整合信息通信和能源系統的基礎設施資源，打破能源流、數據流、業務流的交互壁壘，實現能源互聯網的全面運行狀態感知、安全態勢量化評估、廣域智能協同控制、全域自然人機交互，是能源互聯網的神經中樞；價值創造體系是指面向能源生產商、服務商、消費者等主體開展的業務活動與價值行為，打造開放共享、合作共贏的能源互聯網服務生態圈。

圖2 省級區域能源互聯網架構Fig.2 Architecture of provincial regional energy Internet

省級能源互聯網是能源供應側與需求側聯接的物理通道，是推動能源互聯網相關戰略落地的關鍵。省級區域能源互聯網的建設重點是依托全省供需實際，統籌考慮省級層面的省內能源開發、區外能源引入、能源結構優化、主干網架建設、城市間資源優化配置以及省級數據平臺部署、業務開發等重點建設內容，提高生產側清潔化程度、消費側電氣化水平及各環節的利用效率、配置能力和服務水平，保障省級區域能源互聯網的整體發展目標順利實現。

2.2 省級區域能源互聯網的差異化發展路徑

不同省份在建設區域能源互聯網時，除了上述架構與功能方面的共性特征，還面臨著技術發展判斷、運營模式創新、成效評估體系構建等一系列差異性路徑選擇。各省能源資源各展其優，通過能源資源的優化配置與互聯互補，充分發揮個體優勢與互補功能，形成全系統優化提升［9］。關于省級區域能源互聯網的分類方法有多種方式、多個維度，如按照國家戰略分類，可分為服務長三角一體化、服務京津翼一體化、服務一帶一路建設等；按照經濟發展水平分類，可分為起步型、發展型、成熟型等。本文按照區域能源稟賦特征及區域定位側重，將省級區域能源互聯網分為送端區域能源互聯網與受端區域能源互聯網。

送端區域擁有清潔能源或傳統能源優勢，但本地負荷需求較小。如新疆的煤炭、油氣儲量均居全國前列，風、光資源充沛，疆電外送范圍覆蓋全國19個省（直轄市）。該類地區的區域能源互聯網建設側重解決負荷、電量增長與電網裝機增長不匹配，新能源消納與開發困難等矛盾，通過重點研究特高壓、大規模新能源并網控制、高精度功率預測、電源側儲能等技術，形成經濟可靠的電源匯集送出及電網補強方案，實現本地能源大規模并網與靈活高效互動。

受端區域以工業或服務業為主要負荷，本地能源生產無法滿足消費需求，需要從區外送入能源，主要位于我國的中東部地區。如江蘇經濟規模龐大、基礎制造業發達、人均用能基數高，但能源資源稟賦差，能源對外依存度較高。此類區域在發展過程中更加注重能源供應的穩定性與清潔性、社會綜合能效的提升及用能成本的下降。因此，受端區域能源互聯網在技術上側重區外能源饋入的穩定分析與潮流控制、源網荷儲的協同控制、多目標能源互聯網綜合經濟性優化、多能源協同規劃等，業務上偏向綜合能源服務、數據增值、共享能源基礎設施等新興業務與商業模式探索。

3 城市級區域能源互聯網

從經濟發展水平和資源稟賦等維度來看，不同的城市由于其差異化的特點，應選擇適合不同城市的能源互聯網建設路徑［11—13］。對于能源富集的城市，其能源互聯網的建設側重“能源”，而對于能源資源匱乏的城市，其能源互聯網的建設可側重“互聯”，包括能源與能源的互聯、能源與信息的互聯、能源產業上下游的互聯等。本節根據城市的某個突出特征對城市進行分類，值得注意的是，大多數城市同時具備多個特征，其能源互聯網的建設路徑應結合城市的實際定位與自身特點進行詳細的論證與研究，進而探索出符合實際的特色發展道路。

3.1 綜合型城市

綜合型城市，如北京、上海等，是一定區域內社會經濟發展的核心及樞紐，具有極強的區域戰略先導優勢、地理優勢、交通優勢、人才優勢，其發展模式主要為依托其科教智力資源與創新優勢，強化科技賦能，打造產業創新中心及高端制造基地與數字經濟創新中心。

因此，對于綜合型城市能源互聯網建設，應深度融合能源技術與信息通信技術，探索能源互聯網新興業務，優化營商環境，將城市的各類優勢充分轉變為能源產業的創新優勢，將人流、物流、商品流、信息流、能源流、資金流轉化為數據流、價值流，跨界帶動新舊動能轉換，通過應用“大云物移智鏈”等技術，深度挖掘宏觀經濟、能源稟賦、電網運行、電力用戶等關聯數據的潛在價值，為社會提供用能評估、生產評估、征信評估、環保評價、城鄉協同發展指數等服務，構建開放融合的能源服務支撐體系。如杭州提出建設城市大腦，圍繞城市智慧管理、服務社會民生和產業能效新生態等方面開展多場景應用定制，以電力大數據為核心，推出獨居老人、低碳入住、假日出行服務等多種智慧型業務，打造“平臺+生態”的能源互聯網服務生態圈；廣州作為能源供應依存度高、自給率低、負荷密集的特大型城市，充分調動能源互聯網生態圈內的存量資源，盤活閑散資產，創新推動通信、IT、金融等產業與能源行業的融合發展，探索基于靈活資源的城市能源互聯網發展模式，基于閑散儲能開展配電網調峰調頻服務，基于多元工業用戶互動的需求響應服務及基于智能家居和智能樓宇的柔性負荷管理服務等業態模式［14］。

3.2 工業型城市

工業型城市，如蘇州、唐山、哈爾濱等，其發展模式主要通過依托城市自身的自然資源或工業基礎，帶動上下游相關產業的發展，進而促進整個城市經濟的發展。其能源消費結構一般以化石能源為主，能耗總量與強度較高，在環保、碳排放等方面承擔較大壓力，同時由于資源緊張，能源基礎設施建設受到城市空間資源制約。傳統的由工業革命推動的城市發展道路始終伴隨著高能耗、高排放、高污染的問題，因此需深入探索基于碳減排的新型城市低碳發展模式。

因此，對于工業型城市，應充分發揮能源互聯網的資源配置作用，針對本地鋼鐵、化工等高耗能企業與用戶，推進用能需求分析及定制化服務，開展企業產品單耗、系統綜合能耗、產品能源成本能效分析等業務，采用多能互補、節能改造、能量梯級利用等技術手段提升能源利用效率，平衡工業結構升級、技術更新換代與傳統產業轉型升級，增強工業型城市發展模式的后繼發展動力。如蘇州作為一個典型的工業型城市，以同里新能源小鎮作為試點，通過編制溫室氣體清單、排查地區溫室氣體排放水平及組成結構等手段，尋找城鎮減排的切入點，因地制宜地制定優先發展可再生能源，嚴格限制本地高耗能高排放產業擴張，加快淘汰落后產能等具體舉措［15］。

3.3 產業型城市

產業新城是集城鄉一體、產城融合、宜居宜業為一體的新型城鎮化發展模式，本文所述的產業新城，特指在規劃階段的地區。在該類地區中，包含較多尚未進行開發利用且適宜進行集中城市建設的區域。該發展模式主要以工業園區、經濟開發區、高新技術開發區、產業綜合體等特定地域為先導，通過“以產興城、以城帶產”，打造新型產業集群，進而實現“產城共融、城鄉統籌、共同發展”。如2015年6月27日，國務院批復設立南京江北新區為第13 個國家級新區，重點推動商務金融、醫療教育等高端服務集聚，塑造高品質城市空間，全面提升國家新區的區域服務能力。

對于產業新城，應充分利用后發優勢，將能源規劃深度融入城市規劃、空間規劃、產業規劃，銜接平衡各類能源發展目標，實現能源資源的優化配置和合理利用。同時從源頭預留規劃站址和通道路徑，并將規劃成果在城市規劃中固化落實，隨市政道路同步建設供電、供能管網，實現能源發展與新區發展同頻共振，以能源高質量發展引領新區產業高質量發展。

3.4 資源型城市

資源型城市，如烏魯木齊、鹽城等，集中在我國西部、北部及沿海地區，具有豐富的煤、天然氣等傳統化石能源資源或風能、太陽能等清潔能源，但本地消納能力有限，需要通過各類能源通道將過剩能源資源外送。

對于資源型城市，應當充分發揮當地資源稟賦優勢，一方面應通過生產力提升將資源優勢轉換為產業優勢、創新優勢，有效融合產業結構優化與能源結構升級，加快產業鏈向中下游延伸，促進價值鏈從低端向高端攀升，增強本地資源消納能力，打造資源型產業創新中心及資源要素配置中心；另一方面應加強外送通道建設，探索風光電儲多能并舉的綠色能源供應模式，為周邊城市能源發展提供支撐。如張家口把握京津冀協同發展、綠色低碳冬奧會等區位機遇，依托其豐富的可再生能源資源，探索以可再生能源穩定送出為特色的城市能源互聯網發展新模式。

4 終端區域能源互聯網

終端區域能源互聯網是能源互聯網建設的主戰場，當前國家及各地的示范項目大多集中于產業園區、商務園區、商業綜合體、數據中心、智能樓宇、智慧小區、智能家居等領域，是能源互聯網的終端形態。多元豐富的區域能源互聯網終端要素，長距離能源輸送通道，大規模能源生產基地等物理網絡與各類感知、控制、調度系統及不同類型的應用實踐、商業模式一起，共同構成了能源互聯網的呈現形式。

終端區域能源互聯網重點通過整合冷、熱、電、氣等能源的生產、傳輸、轉換、存儲等環節與用戶靈活交互，增強能源之間的耦合與互補，平抑高滲透率可再生能源引起的波動，提高可再生能源消納能力和用戶的用能品質。通過挖掘低品位能源對高品位能源的替代作用，實現多品質能源的階梯性利用，降低多能用戶的綜合用能成本；同時通過智能化能源管理方式，提升能源全環節、全流程管理水平，進而提高能源利用效率，降低綜合用能成本。

終端區域能源互聯網的業務發展呈現多元化發展趨勢，具體可分為傳統業務轉型及新興業務拓展兩大類。

（1）傳統業務轉型

最典型的傳統業務轉型即從傳統的供電業務向綜合能源供應轉型［16—17］。通過綜合分析終端區域用能需求，以能源稟賦、政策機制、市場價格等因素為邊界，構建目標最優的供需平衡策略，通過建設冷熱電三聯供電廠、分布式能源站、地源熱泵、水源或污水源熱泵、工業余熱回收、儲能、充電站等措施引導并不斷優化能源網絡布局，為用戶提供經濟可靠的能源供應。

（2）新興業務拓展

依托“大云物移智鏈”等先進技術，深度融合“互聯網+”、“智能+”、“共享經濟”等新業態，開展個性化的能源增值業務。如依托電力大數據為園區、樓宇用戶提供電力征信、用能分析、能效管理等服務，實現用戶用能行為數據、用能數據可視化及用能服務定制化；通過合同能源管理［18］、智慧運維承包等新型服務方式，為用戶提供一站式能源服務；終端區域中可調節負荷通過參與輔助服務、現貨交易提升用戶綜合能效等。

5 結束語

區域能源互聯網建設模式各異，省、市、終端等不同層級的區域能源互聯網建設側重點不同，而同一層級、不同類型的區域能源互聯網發展路徑同樣各具特色。在對不同類型的區域能源互聯網進行規劃設計時，應首先明確其建設目標，根據經濟發展水平與趨勢、產業結構、能源稟賦、能源結構、能源效率等數據明晰發展問題，再根據建設目標與現狀之間的差距，分析能源供需平衡，設計綠色、安全、高效、經濟等多目標體系的優化策略，最終得出具體的建設路徑與建設舉措。

隨著能源互聯網的持續發展，能源互聯網的規模將不斷擴大，形態特征也將越來越豐富，能源互聯網的發展模式也將逐漸區別于電網的發展模式，電網的規劃邊界條件將成為能源互聯網的規劃內容；能源互聯網的發展除考慮各級電網之間的銜接外，更多要考慮電網與其他能源網絡、能源網絡與信息網絡、交通網絡、價值鏈、政策體系之間的銜接；能源互聯網的建設目標也將站在整個社會系統的角度，綜合考慮清潔能源消納、社會綜合能效、用能成本等能源宏觀指標。因此，在未來的多元化區域能源互聯網場景下，需要探索更科學、更全面的區域能源互聯網發展模式。