以電為核心的綜合能源系統(tǒng)研究綜述

郭光華，杜 穎，范云鵬，卞 峰，王瑞琪

（國(guó)網(wǎng)山東綜合能源服務(wù)有限公司，山東 濟(jì)南 250021）

0 引言

能源安全與環(huán)境保護(hù)已成為當(dāng)今世界關(guān)注的焦點(diǎn)，我國(guó)作為能源消耗大國(guó)對(duì)此格外重視。我國(guó)在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上，首次明確提出2030 年前“碳達(dá)峰”和2060 年前“碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)。綜合能源系統(tǒng)（Integrated Energy System，IES）的提出則為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)提供了技術(shù)載體。

IES是由能源供應(yīng)系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、能源輸送系統(tǒng)、終端用戶系統(tǒng)耦合而成的復(fù)雜系統(tǒng)［1］。在能源供應(yīng)側(cè)，核心技術(shù)包括可再生能源發(fā)電、分布式發(fā)電等；在能源轉(zhuǎn)換側(cè)，核心技術(shù)包括冷熱電三聯(lián)供、能量梯級(jí)利用等；在能源輸送側(cè)，核心技術(shù)包括天然氣管道輸送技術(shù)［2］、交直流混合控制技術(shù)［3-4］等；在終端用戶側(cè)，核心技術(shù)包括需求響應(yīng)［5］、負(fù)荷預(yù)測(cè)［6］等。

IES 實(shí)現(xiàn)了電力、熱力、制冷、天然氣、交通等系統(tǒng)的耦合，以電力網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，各能源系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)運(yùn)行、互聯(lián)互通、互補(bǔ)互濟(jì)［7］，改變了過(guò)去獨(dú)立規(guī)劃和運(yùn)行的局面，是能源互聯(lián)網(wǎng)的物理載體及未來(lái)能源系統(tǒng)的發(fā)展方向，具有重要的研究意義。

結(jié)合能源樞紐模型對(duì)IES的建模展開分析，并針對(duì)所建模型，對(duì)IES 的優(yōu)化與規(guī)劃方法展開論述；總結(jié)IES常見的折扣售電、配售聯(lián)合、供銷合作社、增值服務(wù)套餐、能源聚合商5 種業(yè)務(wù)模式，并結(jié)合工業(yè)園區(qū)、公共建筑、居民小區(qū)、學(xué)校校園和醫(yī)院園區(qū)5 種典型場(chǎng)景展示IES的應(yīng)用，并舉例介紹省級(jí)智慧能源服務(wù)平臺(tái)的應(yīng)用情況。

1 IES的建模

IES在不斷發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)能源利用的要求進(jìn)一步提高，與可再生能源的結(jié)合愈加緊密。可再生能源在開發(fā)過(guò)程中存在不均衡性、隨機(jī)性、波動(dòng)性等特點(diǎn)，只有通過(guò)轉(zhuǎn)化為電能的形式，才能實(shí)現(xiàn)清潔低碳和安全高效的開發(fā)。可再生能源的大規(guī)模開發(fā)和利用，將推動(dòng)終端電氣化率的持續(xù)提升，電能將成為最主要的終端用能，現(xiàn)代能源體系呈現(xiàn)出“以電為核心”的特征［8］。因此，開展以電為核心的IES 研究非常必要。

IES 中多種能量的相互協(xié)同是由各種能量轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)的。其中，供電裝置包括熱電聯(lián)產(chǎn)以及冷熱電三聯(lián)供機(jī)組；供熱裝置包括熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、電鍋爐等；供冷裝置主要包括電制冷機(jī)、吸收式制冷機(jī)還有用戶級(jí)的空調(diào)、冰箱等。

隨著上述各種能量轉(zhuǎn)換裝置并入IES，各能源的耦合程度不斷加深，負(fù)荷需求日趨多元化，如何用一個(gè)模型來(lái)描述“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”之間的能量轉(zhuǎn)換、分配與平衡關(guān)系變得至關(guān)重要。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Geidl 教授在“Vision of Future Energy Networks”項(xiàng)目中首次提出了能源樞紐的概念［9］，它被定義為描述多能源系統(tǒng)中多能流的轉(zhuǎn)換、分配和存儲(chǔ)關(guān)系的輸入輸出端口模型。能源樞紐的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 能源樞紐結(jié)構(gòu)

假設(shè)能源樞紐的輸入能量流為P，輸出能量流為L(zhǎng)，能源樞紐則可以表示為式（1）所示的矩陣形式。

式中：耦合矩陣C由調(diào)度因子矩陣ν與能量轉(zhuǎn)換效率矩陣η組成，表征能量流的分配與轉(zhuǎn)換關(guān)系。如考慮儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，則上述模型可以擴(kuò)展為

式中：E為儲(chǔ)能部分的能量；S為儲(chǔ)能耦合矩陣［10］。

但耦合矩陣中調(diào)度因子的引入使能源樞紐模型呈現(xiàn)出高度非線性［11-12］，對(duì)后續(xù)能源樞紐的分析和優(yōu)化提出了挑戰(zhàn)。文獻(xiàn)［13］對(duì)能源樞紐模型進(jìn)行改進(jìn)，提出一種標(biāo)準(zhǔn)化線性建模程序，消除了耦合矩陣中的調(diào)度因子。為更好地滿足不同的負(fù)荷需求，IES中的能量耦合設(shè)備日益增多，因此，能源樞紐模型中耦合矩陣的求解變得愈發(fā)困難。文獻(xiàn)［14-15］提出一種多步線性化能源樞紐建模方法，通過(guò)插入節(jié)點(diǎn)將復(fù)雜的能源樞紐模型分解為多個(gè)簡(jiǎn)單的能源樞紐模型，求得的簡(jiǎn)單能源樞紐耦合矩陣相乘得到整個(gè)系統(tǒng)的耦合矩陣。在實(shí)際的IES中，各裝置的能量轉(zhuǎn)換效率往往是非線性的。文獻(xiàn)［16］考慮能量轉(zhuǎn)換裝置及能量存儲(chǔ)裝置的變效率特性，通過(guò)分段線性化方法對(duì)其進(jìn)行線性化，最后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化建模方法求得了耦合矩陣。在多個(gè)能源樞紐的聯(lián)合建模方面，文獻(xiàn)［17］考慮了各個(gè)能源樞紐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及相互的能量傳輸方式，分別建立了能量樞紐的內(nèi)部耦合模型和外部潮流模型。

目前，基于能源樞紐的建模方法仍存在一些問題，體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：1）僅以效率表示能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，太過(guò)簡(jiǎn)單；2）未考慮電力系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)以及熱力系統(tǒng)的不同時(shí)間尺度特性，建立的模型基于靜態(tài)框架下。未來(lái)須在動(dòng)態(tài)框架下建立設(shè)備的精細(xì)化模型等方面開展相關(guān)研究，完善現(xiàn)有模型。

2 IES的配置優(yōu)化

2.1 IES配置優(yōu)化目標(biāo)建模

IES的建設(shè)需要進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，即在某個(gè)特定區(qū)域里考慮當(dāng)?shù)氐馁Y源稟賦、經(jīng)濟(jì)投入、相關(guān)政策、環(huán)境保護(hù)等因素，在系統(tǒng)源側(cè)制定合理的設(shè)備容量配置方案。

從整個(gè)能源系統(tǒng)來(lái)看，考慮經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，一般采用某個(gè)周期內(nèi)總成本最低作為目標(biāo)函數(shù)，包括系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)設(shè)備投資建設(shè)所需要的成本、全周期內(nèi)設(shè)備的維護(hù)成本、運(yùn)行成本，包括向電網(wǎng)購(gòu)電、購(gòu)買天然氣或生產(chǎn)沼氣所需原材料的成本。隨著近年來(lái)各種綜合能源相關(guān)政策的頒布，政府補(bǔ)貼等影響成本的因素也被納入考慮。文獻(xiàn)［18］建立樓宇的能量樞紐模型，提出樓宇中綜合能源設(shè)備的容量配置方法，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)成本最優(yōu)。在IES內(nèi)部，存在各環(huán)節(jié)商家的交易，需要達(dá)到收益的最大化。文獻(xiàn)［19］參考價(jià)格-能量博弈模式，將工業(yè)IES 中運(yùn)營(yíng)商、生產(chǎn)商等商家收益最大化作為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行氫儲(chǔ)能的優(yōu)化配置，在改善能量平衡的同時(shí)提升了運(yùn)營(yíng)商的收益。文獻(xiàn)［20］結(jié)合系統(tǒng)收益和全壽命周期年均值成本的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，并結(jié)合其他指標(biāo)得到氫能環(huán)節(jié)各個(gè)設(shè)備的容量配置。

考慮污染排放最小的優(yōu)化目標(biāo)，一般包括燃料燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳等氣體的排放量和購(gòu)電量折算的排放量。根據(jù)不同污染物造成的環(huán)境影響，可設(shè)置相應(yīng)權(quán)重系數(shù)來(lái)制定目標(biāo)函數(shù)［21］。文獻(xiàn)［22］考慮二氧化碳排放量，建立了對(duì)一個(gè)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的容量規(guī)劃模型。

在配置方案的基礎(chǔ)上，可將設(shè)備容量作為約束，制定具體的優(yōu)化運(yùn)行策略，從而在滿足需求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)IES經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性或其他性能的最優(yōu)。文獻(xiàn)［24］建立了計(jì)及效率的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度問題的凸優(yōu)化模型。文獻(xiàn)［25］建立了考慮綜合需求響應(yīng)的能效模型，對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行線性化以便快速求解，得到了系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)度方案。

2.2 IES配置優(yōu)化求解評(píng)價(jià)

IES 中涉及冷、熱、電、氣等多種成分的耦合，其規(guī)劃與調(diào)度的問題多屬于非線性求解問題，通常需要使用遺傳算法、粒子群算法等優(yōu)化算法，或?qū)⒎蔷€性模型轉(zhuǎn)化為線性模型進(jìn)行求解。文獻(xiàn)［26］基于混合整數(shù)非線性規(guī)劃方法，建立了以年度總成本與碳排放為目標(biāo)的數(shù)據(jù)中心規(guī)劃調(diào)度模型，并選取ε-約束法對(duì)模型進(jìn)行了求解。文獻(xiàn)［27］考慮了碳交易，使用布谷鳥搜索算法對(duì)區(qū)域IES 進(jìn)行了優(yōu)化運(yùn)行研究。文獻(xiàn)［28］通過(guò)改進(jìn)粒子群算法，對(duì)儲(chǔ)能的區(qū)域IES優(yōu)化模型進(jìn)行求解，提高收斂速度的同時(shí)避免陷入了局部最優(yōu)；文獻(xiàn)［29］提出了區(qū)域電熱IES分層優(yōu)化調(diào)度方法，通過(guò)上下層解耦交換邊界電功率和熱功率獲得全局最優(yōu)策略；文獻(xiàn)［30］結(jié)合儲(chǔ)能建立了工業(yè)園區(qū)IES日前優(yōu)化模型，使用分支定界法進(jìn)行求解，將問題分解為若干個(gè)子問題進(jìn)行快速求解。

在求解中，可再生能源的存在使得設(shè)備的出力具有波動(dòng)性與不確定性，需要進(jìn)行具體分析。文獻(xiàn)［31］將能源樞紐容量設(shè)計(jì)問題首先表示為一個(gè)機(jī)會(huì)約束優(yōu)化問題，其中蓄電池充放電通過(guò)控制策略響應(yīng)隨機(jī)可再生能源的產(chǎn)生和負(fù)載實(shí)現(xiàn)；文獻(xiàn)［32］提出一種的風(fēng)電-光伏-儲(chǔ)熱-電加熱聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，考慮了新能源出力計(jì)算的不確定性，引入保證率使得出力結(jié)果更加符合真實(shí)情況。

對(duì)于綜合能源的多目標(biāo)配置方案與運(yùn)行策略，最優(yōu)解往往并不是唯一的，需要使用相關(guān)的指標(biāo)對(duì)各類方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。文獻(xiàn)［33］對(duì)智慧城市進(jìn)行了供求關(guān)系的分析，建立了IES效益評(píng)估指標(biāo)體系與評(píng)估模型，并通過(guò)生態(tài)工業(yè)園區(qū)的實(shí)例證明了模型的有效性。

3 綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)模式

我國(guó)現(xiàn)階段綜合能源服務(wù)尚處于發(fā)展階段，各傳統(tǒng)能源行業(yè)正在積極轉(zhuǎn)型，謀求與多元主體的合作［34］，探索多方共建、互惠互利的合作模式，因此，選擇合適的綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)模式具有重要意義。下面重點(diǎn)分析5種主要的業(yè)務(wù)模式。

3.1 折扣售電模式

售電公司為了調(diào)高市場(chǎng)份額占有率，吸引更多客戶參與公司業(yè)務(wù)，會(huì)為新客戶提供用電折扣和用能套餐。文獻(xiàn)［35］將折扣因子引入需求響應(yīng)中，研究用戶負(fù)荷調(diào)節(jié)彈性差異化的特點(diǎn)，使參與需求響應(yīng)的用戶享受到更低的折扣價(jià)格。文獻(xiàn)［36］通過(guò)研究?jī)r(jià)差返還模式下售電公司盈利影響因素，分析得出折扣售電模式利潤(rùn)空間有限的結(jié)論，建議售電公司后續(xù)開展其他能源服務(wù)，刺激用戶參與市場(chǎng)交易。

3.2 配售聯(lián)合模式

隨著電力市場(chǎng)交易的開放普及，許多擁有配電網(wǎng)資源的公司開始轉(zhuǎn)型開發(fā)配售電聯(lián)合業(yè)務(wù)。文獻(xiàn)［37］提出了分電壓等級(jí)配電定價(jià)方式，進(jìn)一步細(xì)化考慮位置信息的配電價(jià)格機(jī)制，并考慮了階梯電價(jià)機(jī)制和購(gòu)電代理機(jī)制，通過(guò)合理定價(jià)惠及終端用戶。文獻(xiàn)［38］根據(jù)用戶的生產(chǎn)特性劃分電價(jià)峰谷時(shí)段，并對(duì)有意執(zhí)行分時(shí)電價(jià)的用戶展開調(diào)查，結(jié)合他們的意見制定針對(duì)性的售電套餐。

3.3 供銷合作社模式

部分發(fā)電公司采取和售電公司聯(lián)合的方法，優(yōu)先將電力銷售給合作售電公司，售電公司盈利后回饋給發(fā)電公司。法國(guó)能源合作社Enercoop 銷售的所有電力全部來(lái)自可再生能源，雖然售價(jià)偏高，但仍有許多環(huán)保人士支持，并且承諾將57%的利潤(rùn)返回給發(fā)電商［39］。我國(guó)廣西能源聯(lián)合售電公司也采用這種模式，憑借靈活的電價(jià)機(jī)制和服務(wù)機(jī)制，組織優(yōu)勢(shì)電力資源，滿足客戶用電需求。

3.4 增值服務(wù)套餐模式

綜合能源公司除了開展供能業(yè)務(wù)外，還為用戶準(zhǔn)備了捆綁服務(wù)套餐，比如交通服務(wù)、充電樁服務(wù)、維修服務(wù)等。文獻(xiàn)［40］中指出電力公司要積極探索綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)，廣泛借鑒經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)技術(shù)合作，提高供用電服務(wù)水平。文獻(xiàn)［41］中提出售電公司應(yīng)實(shí)行業(yè)務(wù)多元化戰(zhàn)略，緊抓售電核心業(yè)務(wù)穩(wěn)定客戶，優(yōu)化業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，拓展盈利區(qū)間。

3.5 能源聚合商模式

綜合能源公司可以利用先進(jìn)的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷等進(jìn)行聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，作為一個(gè)特殊電廠參與輔助服務(wù)市場(chǎng)、電力市場(chǎng)交易［42］。文獻(xiàn)［43］認(rèn)為虛擬電廠可以作為調(diào)峰調(diào)頻資源參與電網(wǎng)互動(dòng)，并結(jié)合國(guó)外建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，從市場(chǎng)組成、市場(chǎng)準(zhǔn)入、報(bào)價(jià)出清、結(jié)算四方面給出了建議。2021年兩會(huì)上提出了在成渝地區(qū)適度發(fā)展虛擬電廠的提案，建設(shè)完善的管網(wǎng)體系，構(gòu)建電力交易新模式，推動(dòng)儲(chǔ)氣調(diào)峰市場(chǎng)體系建設(shè)，打造能源開放共享平臺(tái)。

4 應(yīng)用場(chǎng)景

我國(guó)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革不斷推進(jìn)，能源生產(chǎn)和消費(fèi)模式朝著多元融合、供需互動(dòng)的方向快速發(fā)展［44］，未來(lái)的能源體系將越來(lái)越與用戶的實(shí)際需求相契合。因此，綜合能源公司需要分析客戶的用能特點(diǎn)，根據(jù)客戶需求制訂方案。下文以實(shí)際參與項(xiàng)目為例，介紹5種常見的IES應(yīng)用場(chǎng)景。

4.1 工業(yè)園區(qū)

工業(yè)園區(qū)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，存在著用能形式豐富、數(shù)量大、節(jié)能空間廣的特點(diǎn)［45］，在2021 年初，習(xí)總書記提出的雙“碳”目標(biāo)的帶領(lǐng)下，實(shí)現(xiàn)園區(qū)能源體系經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效的發(fā)展十分重要。

青島中德生態(tài)園多能互補(bǔ)綜合能源示范項(xiàng)目如圖2 所示，應(yīng)用多種IES 技術(shù)，開發(fā)智能優(yōu)化調(diào)度與控制系統(tǒng)，將風(fēng)、光、氣、儲(chǔ)、地?zé)岬榷喾N分布式能源高效互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域IES能效最高、就地調(diào)節(jié)、供給可靠及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，向用戶提供多種能源供應(yīng)、運(yùn)營(yíng)管理及增值服務(wù)，探索市場(chǎng)化商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式。

圖2 青島中德生態(tài)園鳥瞰概念圖

4.2 公共建筑

我國(guó)公共建筑的數(shù)量和能源消耗持續(xù)增長(zhǎng)［46］，然而公共建筑自動(dòng)化水平低，能源利用不充分，用能尖峰突出，單位能耗較高。因此，開展節(jié)能改造，提升智控能力，成為實(shí)現(xiàn)智能化、精細(xì)化管理的重要手段。

濟(jì)南市綠地中心智慧用能示范項(xiàng)目，如圖3 所示，使用智慧能源網(wǎng)關(guān)構(gòu)建樓宇無(wú)線專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)建筑用能全息感知控制，匯集建筑用能大數(shù)據(jù)，開發(fā)智能控制策略，對(duì)建筑內(nèi)耗能設(shè)備進(jìn)行全局優(yōu)化、統(tǒng)一管理，提高建筑內(nèi)整體設(shè)備能源利用效率15%，提高設(shè)備使用壽命20%～30%，降低人員成本20%～30%。

圖3 濟(jì)南綠地中心智慧用能管控平臺(tái)

4.3 居民小區(qū)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，居民消費(fèi)方式發(fā)生了明顯的變化，生活水平不斷提升，能源消耗也逐漸增加［47］，生活用能主體從化石能源逐漸轉(zhuǎn)變清潔能源，但不同地區(qū)的用能水平存在較大差異。

臨沂市豐源新區(qū)清潔供暖項(xiàng)目如圖4所示，采用“EPC 總承包+項(xiàng)目運(yùn)維”模式，提前規(guī)劃社區(qū)的用熱負(fù)荷，建設(shè)以-30 ℃超低溫空氣源熱泵為主的分布式智慧能源站，安裝簡(jiǎn)便，運(yùn)行可靠，實(shí)現(xiàn)居民清潔取暖全覆蓋，年節(jié)約標(biāo)煤1.8萬(wàn)t、減排二氧化碳4.4萬(wàn)t。

圖4 臨沂市豐源新區(qū)清潔供暖項(xiàng)目

4.4 學(xué)校校園

學(xué)校由于教學(xué)科研的特殊性，建筑種類繁多，建筑使用頻次不同，單體建筑用能使用一致性高，設(shè)計(jì)峰值大，具有明顯的可預(yù)測(cè)性和間隔性［48］。不少學(xué)校的教室和圖書館存在著“長(zhǎng)明燈”浪費(fèi)現(xiàn)象，教學(xué)建筑的空調(diào)系統(tǒng)也無(wú)管控措施，能源精細(xì)化程度不夠。

山東大學(xué)興隆山校區(qū)智能運(yùn)維項(xiàng)目如圖5 所示，采用信息化、智能化手段，將客戶的重要信息接入到智慧能源服務(wù)平臺(tái)，運(yùn)用人工智能和大數(shù)據(jù)分析，提供站內(nèi)信息實(shí)時(shí)監(jiān)控、用電情況科學(xué)分析、故障信息及時(shí)告警、用電政策專業(yè)分享等專業(yè)化服務(wù)，做好客戶用電的“智能管家”，實(shí)現(xiàn)學(xué)校人均綜合能耗、單位建筑面積能耗同比下降的年度目標(biāo)。

圖5 山東大學(xué)興隆山校區(qū)智能運(yùn)維項(xiàng)目

4.5 醫(yī)院園區(qū)

我國(guó)醫(yī)院的規(guī)模不斷擴(kuò)大，供能要求也越來(lái)越高。醫(yī)院有著建筑規(guī)模大、用能結(jié)構(gòu)復(fù)雜、醫(yī)療設(shè)備多、空調(diào)耗電量高、用能可靠性及連續(xù)性要求高等特點(diǎn)［49］。因此，用能系統(tǒng)是否合理運(yùn)行，關(guān)系到醫(yī)院的經(jīng)濟(jì)效益，開展節(jié)能降耗改造成為必然要求。

濟(jì)南槐蔭區(qū)某醫(yī)院能源托管項(xiàng)目針對(duì)醫(yī)院園區(qū)的供冷熱改造需求，考察各個(gè)功能區(qū)實(shí)際用能情況，在夏季采用變頻水冷螺桿機(jī)制冷，冬季采用模塊式冷水燃?xì)忮仩t采暖。同時(shí)對(duì)室內(nèi)已損壞的末端進(jìn)行維護(hù)更換，降低能源花費(fèi)，提升醫(yī)院能源系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

5 智慧能源服務(wù)平臺(tái)

隨著國(guó)家能源局陸續(xù)推出《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》等政策文件，實(shí)施綜合能源服務(wù)將成為提升系統(tǒng)能效、降低系統(tǒng)運(yùn)行成本、推動(dòng)系統(tǒng)綠色發(fā)展的重要方式［50］。綜合能源服務(wù)平臺(tái)為綜合能源服務(wù)提供了可視化的管理工具，大幅提升了工作人員的效率，并通過(guò)采集數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的能效水平，充分挖掘系統(tǒng)的節(jié)能潛力，為工作人員開展運(yùn)行優(yōu)化和能效提升工作提供指導(dǎo)。

目前，我國(guó)部分城市已經(jīng)建成綜合能源服務(wù)平臺(tái)。成都高新西區(qū)天然氣分布式能源站建成了包括數(shù)字化移交、全廠數(shù)據(jù)信息集成融合的一體化綜合能源平臺(tái)［50］。蘇州現(xiàn)代傳媒廣場(chǎng)開發(fā)了智慧能源管理平臺(tái)，建立能源監(jiān)測(cè)計(jì)量體系，開展能效分析及能效優(yōu)化工作［51］。國(guó)家電網(wǎng)青海新能源大數(shù)據(jù)創(chuàng)新平臺(tái)向包括大唐、魯能、綠電等企業(yè)、政府和金融機(jī)構(gòu)提供新能源大數(shù)據(jù)服務(wù)［52］。

國(guó)網(wǎng)山東省電力公司開發(fā)的智慧能源服務(wù)平臺(tái)如圖6 所示，充分利用了“電力物聯(lián)網(wǎng)”和“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，構(gòu)建“平臺(tái)+生態(tài)”的運(yùn)營(yíng)模式，為政府、用能客戶、能源服務(wù)商、能源設(shè)備商等不同群體提供了專有平臺(tái)和個(gè)性化服務(wù)，主要包括能效管理、智能運(yùn)維、需求響應(yīng)、能源大數(shù)據(jù)、現(xiàn)貨交易等功能模塊。

圖6 省級(jí)智慧能源服務(wù)平臺(tái)

能效管理模塊通過(guò)對(duì)客戶側(cè)電、水、氣、熱等多種能源進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，建設(shè)能效指標(biāo)體系，針對(duì)不同客戶群體分別提供能源監(jiān)測(cè)、能效診斷、能效提升服務(wù)。

智能運(yùn)維模塊對(duì)設(shè)備、用電進(jìn)行全景感知，實(shí)現(xiàn)智能化告警和大數(shù)據(jù)研判，完成搶修資源智能調(diào)配和運(yùn)維搶修的全過(guò)程管控。

需求響應(yīng)模塊通過(guò)全過(guò)程管控平臺(tái)為政府提供響應(yīng)效果分析報(bào)告，為年度預(yù)案等決策做支撐，為負(fù)荷聚合商、用能客戶提供響應(yīng)申報(bào)、響應(yīng)計(jì)劃、補(bǔ)貼查詢等全流程服務(wù)，引導(dǎo)客戶參與需求響應(yīng)，減少用能尖峰。

能源大數(shù)據(jù)模塊包含用戶畫像、用電計(jì)劃執(zhí)行分析、用電偏差風(fēng)險(xiǎn)管理、售電量預(yù)測(cè)、售電盈利分析、用戶能效分析、行業(yè)動(dòng)態(tài)展現(xiàn)等功能，精準(zhǔn)掌握行業(yè)景氣發(fā)展及變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)合理布局。

現(xiàn)貨交易模塊以營(yíng)銷電力客戶檔案與電力交易系統(tǒng)交易申報(bào)、成交等相關(guān)信息為基礎(chǔ)，為售電公司、綜合能源公司和客戶提供電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易監(jiān)測(cè)分析、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、交易策略管控、富余能源交易、綠電交易等服務(wù)，解決能源消納問題，增強(qiáng)客戶黏性。

6 結(jié)語(yǔ)

介紹能源樞紐的概念，并對(duì)其擴(kuò)展模型及各種建模方法進(jìn)行了綜述，為IES的分析提供了平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上對(duì)IES的優(yōu)化及配置方法進(jìn)行了總結(jié)，并結(jié)合相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了探討。最后梳理了常見的IES業(yè)務(wù)模式以及應(yīng)用場(chǎng)景，并展示了國(guó)網(wǎng)山東電力建設(shè)的智慧能源服務(wù)平臺(tái)。

去化石能源是實(shí)現(xiàn)“碳中和”的必經(jīng)之路。因此，未來(lái)的IES應(yīng)考慮如何提高可再生能源消納能力及能源利用率，有效解決和應(yīng)對(duì)未來(lái)化石能源枯竭的重要難題。