中国长江三峡集团上海勘测设计研究院有限公司 上海 200434
摘要：“互联网+”智慧能源是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。在全球新一轮科技革命和产业变革中，互联网理念、先进信息技术与能源产业深度融合，正在推动能源互联网新技术、新模式和新业态的兴起。能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑，对提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，提升能源综合效率，推动能源市场开放和产业升级，形成新的经济增长点，提升能源国际合作水平具有重要意义。本文通过对首个国家级智慧能源示范城市设计的总结，探讨“互联网+”智慧能源城市设计的基本方法和关键技术，为“互联网+”智慧能源城市的设计提供参考。
关键词：“互联网+“智慧能源；能源互联网；多能互补
1 背景
可再生能源存在地理上分散、生产不连续、随机性、波动性和不可控等特点，传统电力网络的集中统一的管理方式，难于适应可再生能源大规模利用的要求。对于可再生能源的有效利用方式是分布式的“就地收集、就地存储、就地使用”。但分布式发电并网并不能从根本上改变分布式发电在高渗透率情况下对上一级电网电能质量、故障检测、故障隔离的影响，也难于实现可再生能源的最大化利用，只有实现可再生能源发电信息的共享，以信息流控制能量流，实现可再生能源所发电能的高效传输与共享，才能克服可再生能源不稳定的问题，实现可再生能源的真正有效利用。信息技术与可再生能源相结合的产物—能源互联网为解决可再生能源的有效利用问题提供了可行的技术方案。
2016年2月，国家发改委、国家能源局和工信部联合发布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》（发改能源[2016]392号），正式提出“互联网+”智慧能源（也称能源互联网）的概念，“意见”提出，“互联网+”智慧能源是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。在全球新一轮科技革命和产业变革中，互联网理念、先进信息技术与能源产业深度融合，正在推动能源互联网新技术、新模式和新业态的兴起。能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑，对提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，提升能源综合效率，推动能源市场开放和产业升级，形成新的经济增长点，提升能源国际合作水平具有重要意义。
2016年7月，国家发展改革委、国家能源局又发布了《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》（发改能源[2016]1430号），意见中明确了，建设多能互补集成优化示范工程是构建“互联网+”智慧能源系统的重要任务之一，有利于提高能源供需协调能力，推动能源清洁生产和就近消纳，减少弃风、弃光、弃水限电，促进可再生能源消纳，是提高能源系统综合效率的重要抓手，对于建设清洁低碳、安全高效现代能源体系具有重要的现实意义和深远的战略意义。另外，国家“十三五”规划纲要中也明确，新型城市化发展应与现代能源体系建设有机结合，运用“互联网+”、大数据应用等先进理念和技术手段，创新驱动战略新兴产业发展，推进精准扶贫、精准脱贫，建设智慧型城市。
2 基本方法
智慧能源在国内发展中尚处于起步阶段，面向小区域（如工业园区）的一些微网项目目前有一些示范，但在大区域内开发智慧能源的项目仍没有，主要因为在大区域范围内实现智慧能源是一件非常困难的事，不仅是涉及到技术层面问题，还涉及到政策和管理体制上面的问题。因此，国内目前在智慧能源的设计上并没有可以参考的规范和标准。实际上每个城市或区域的智慧能源都应该根据其资源禀赋和能源的特征来制定相应的发展策略。但不管怎样，对于智慧能源的设计至少应该包括下述的主要内容：
（1）指导思想和发展原则
智慧能源是能源综合利用的新形态，首先必须和国家能源发展战略相一致。在设计过程中应该始终坚持“适应和引领经济社会发展新常态，着眼能源产业全局和长远发展需求，以改革创新为核心，以智能化为基础，紧紧围绕构建绿色低碳、安全高效的现代能源体系，促进能源和信息深度融合，推动能源互联网新技术、新模式和新业态发展，推动能源领域供给侧结构性改革，支撑和推进能源革命”为指导思想，并将之贯彻到设计的理念中去。应该坚持因地制宜，科学布局的原则，坚持以资源定规划，以规划定项目，根据资源的分布规划能源的利用，结合城市发展规划，科学合理布局。
（2）发展目标
智慧能源是一座城市（区域）能源利用的顶层设计，属于城市发展规划中的一部分，首先应该与城市的总体规划相一致。以全国首个国家级智慧能源城市为例：无论是从城市整体功能定位还是从城市发展规划来看，“绿色循环低碳”、“环境友好”和“清洁能源”均是关键词。因此，在城市规划的基础上，项目所在政府结合智慧能源的特点，提出总体发展目标为：打造以“多能互补、绿色低碳和智慧互动”为特色的国家级智慧能源综合开发利用示范城市、清洁能源装备制造基地、清洁能源生产基地、清洁能源使用基地。实现能源生产、传输、存储及消费的智慧化、清洁化和多元化。提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，提升能源综合效率，培育清洁化能源消费新模式，形成可复制的城市能源利用的新模式。
（3）城市能源消费现状与需求分析
总体目标确定后还需要结合城市的能源消费现状与需求、城市资源禀赋及发展优势确定具体的量化目标以及具体的实施方案。城市的能源消费现状与需求分析是智慧能源设计中最为重要的环节之一。收集的资料至少应该包括下述内容：
①城市历年的能源的消费种类、数量、结构和比例等；
②城市能源供应的形式、数量和分布；
③不同能源的利用方式及利用效率分析。
根据上述收集到的资料，以能源经济数据为基础，结合基准年的实际情况，依据地区生产总值等宏观经济因素为基础进行分析，建立合理的模型进行规划水平年的能源需求的预测，绘制分部门综合能源消费量预测表和能源消费量预测表，样表见表1。
根据上表的信息要着力分析能源的结构特点，判断能源的结构是否与能源发展规划和城市总体发展规划一致；如不一致需要分析产生的原因同时提出解决的措施。此外，还要分析能源的需求量，判断出需求量较大的能源类型，分析其使用的用途，同时需要收集或分析主要需求能源的消费习惯等信息。以本文为例，通过分析能源需求发现，占比较大的分别为原煤、热力和电力。需求量最大的为煤，其主要用于电厂以及部分燃煤锅炉；其次为热力；能源需求排名第三的为电力，电力需求主要用于城市正常生产生活用电及工业用电。
（4）资源禀赋和发展优势分析
资源禀赋决定了可开发的能源的具体形式，因此需要分析城市可利用能源的形式、储量、分布特点以及开发现状。在分析清楚城市资源禀赋后，根据其发展优势确定将要开发的主要能源形式。本文中的示例项目所在市集“山、林、泉、河、湖、海、岛、港、城”九大要素于一地，风能资源、太阳能资源、海洋能资源、水资源和地热能资源丰富，此外还具有开发抽水蓄能的独特优势；同时有很多海岛能源的利用还主要依靠于陆地输电，运行维护成本大，亟需电源供给的改革，建设海岛微网系统，以清洁的可再生能源替代电缆输电，实现自给；在新型城镇化建设过程中，积极探索城镇能源的综合化、清洁化和多元化的利用，示范新型城镇具备高比例清洁能源利用的条件；能源装备制造产业发展迅速，具备支撑新型能源智慧化利用的产业条件，同时新能源智慧化利用又能带动产业的联动发展。
（5）建设体系与实施方案
现阶段的智慧能源主要是围绕多能互补集成这个重点任务来发展，按照开发对象尺度的大小，又可以分为两部分，一类是面向小区域的（如工业园区、海岛、小镇等）终端一体化集成功能，这类代表性的项目有：智能微网项目和工业园区类的终端一体化集成功能系统；另外一类就是面向大区域的风光水火多能互补，这类代表性项目其实对今后大型电源点的建设提出了要求，即在电源点建设的同时就需要考虑到区域能源需求和发展的情况，考虑到今后的运行方式等。智慧能源体系图见图1。
（3）智慧能源管理平台
智慧能源管理平台是智慧能源的物理核心，主要任务是构建涵盖源、网、荷、储的智能调控系统。在现有系统的技术上，针对不同形式能源的接入和调控的需求，完善调度中心各类应用，构建分布式能源管理系统，实现源网荷的深度互动，提高能源利用效率和能源消纳能力。其目的是在保证安全、可靠运行和满足用能需求的前提下，根据经济调度的基本原理，加强调度管理，作到供需平衡，制定各分布式能源、储能系统之间的最优出力和负荷分配方案，从而获得最大的经济效益。
（5）培育适宜的用能模式培育适宜的用能模式是智慧能源的重要任务之一，比如在清洁能源供给充足的区域，可以进行其他能源的电替代，即将传统的化石燃料能源消耗改为电能，以城市供暖为例，目前很多北方很多城市在尝试燃煤锅炉改造为电锅炉，结合热泵储热，大力推广电供暖。其耗电的模式基本采用电网的谷电，即利用电网的谷电进行电供暖并利用热泵储热，大大降低采暖成本，同时还能实现能源消费清洁化。另外一种方式是在弃风弃光较严重区域，开展清洁能源电力消耗研究，电供暖也是其中方式之一。
4结论
本文通过对首个国家级智慧能源示范城市设计的总结，探讨“互联网+”智慧能源城市设计的基本方法和关键技术，为“互联网+”智慧能源城市的设计提供参考。智慧能源为今后能源发展的集成，其诸多优势可以解决现状能源利用中存在的问题，以本文中的项目为例，通过智慧能源的实施，可以实现万元GDP能源消耗降低16.5%，非化石能源占一次能源消费比重提高到39.2%，单位GDP二氧化碳排放降低20.6%，实施效果非常显著，为智慧能源的发展提供了一种很好的示范。
需要强调的是，不同区域的资源禀赋和能源需求不一样，因此在进行智慧能源设计时需要因地制宜。同时，智慧能源的实施需要政策的大力支撑。不同的地区应结合自身的发展积极探索适合自身发展的能源利用新模式。
作者简介：
程海锋（1985—），男，工程师，主要从事风力发电工程资源评估、机组选型及计算等工作，具有多个海上风电场设计经验。近年来积极从事智慧能源业务研究，主持过全国首个国家级智慧能源城市的设计工作。
论文作者:程海锋
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/25
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