城市能源变革下的城市智慧能源系统顶层设计研究-北极星输配电网

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摘要：当前中国城市智慧能源系统建设还存在建设内容不明、框架不清、与城市规划建设脱节等系列问题，亟需明确城市智慧能源系统顶层架构。在系统梳理世界主要国家城市智慧能源系统建设情况的基础上，分析了其可供借鉴的建设经验，描绘了中国城市智慧能源系统的总体图景，重点从建设条件、整体规划、综合服务平台、政策机制等方面对城市智慧能源系统的顶层设计进行了初步探讨，并对城市智慧能源系统的发展路径进行了展望，对未来能源互联网和城市智慧能源系统的规划、建设、运行等提供参考。

关键词：城市能源变革城市智慧能源系统综合服务平台顶层设计

引言

能源互联网是解决当前能源系统问题、推动能源系统变革的智慧综合能源系统，对提高可再生能源比重、促进化石能源清洁高效利用、提升能源综合效率具有重要意义[1-2]。城市是能源变革的主战场，汇聚了全球50%人口的城市地区创造了80%的全球GDP、消费了75%的全球自然资源和80%的能源供应，产生了约75%的全球碳排放[3]。

从世界范围内来看，智慧城市发展存在多方面的探索，但就能源角度来看，基本都停留在智慧能源城市即“新能源”城市的认识层面，更深入的城市智慧能源系统研究与设计基本处于空白。从国内来看，中国智慧城市建设偏重城市的信息化升级，而忽略了作为城市发展核心基础的能源子系统的规划建设，同时也缺少从城市整体角度去综合考虑城市能源系统的发展视角。从城市智慧能源系统建设推进细节来看，整体架构、信息化平台、新业态新模式等关键要素及各要素间关系尚不明确，一定程度上阻碍了能源互联网和城市智慧能源系统的建设推进。本文尝试对能源变革下城市智慧能源系统的整体概貌和关键要素进行分析展望，以期对未来城市智慧能源系统建设、升级、改造提供参考。

1 城市能源变革国际经验与启示

从世界范围内来看，欧美等发达经济体在城市能源变革方面进行了初步探索，重点解决城市能源系统自身发展，能源系统与生态环境之间、能源系统与城市升级之间协调发展存在的系列问题（见表1）。

结合国际经验和中国发展实际，推进城市能源变革应当从八方面着手。一是加强能源、生态环境与城市协同发展。将能源规划、生态环境规划充分纳入城市发展规划当中，以统一发展视角确立城市发展的目标、模式、路径等。二是重视能源系统顶层规划与设计，实现有序发展。通过专业资源评估、规划等形成科学发展基础，引导可再生能源资源有序开发，推进源-网-荷-储协调发展。三是加快能源体制改革，促进互补增效。通过推行PPP、混合所有制等方式，打破能源系统条块分割局面，以多能互补促进综合能效提升。四是积极发挥市场的高效配置作用，降低需求波动并提升灵活性资源利用水平。建立多层次能源市场，通过灵活的价格实现需求侧高效管理、有效引导灵活性资源参与系统调节；建立污染权/碳交易市场，实现生态环境约束下的经济高效发展。五是以电为核心、电网为平台，促进可再生能源开发利用和经济高质量发展。通过科技、管理、业态等创新，提升电网对可再生能源广泛、高效配置能力；以电气化增强终端能源的能量密度和稳定性，支撑经济持续增长。六是重视信息基础设施建设，将综合能源服务平台作为城市能源系统的重要建设内容。通过加强能源数据的采集、分析和共享，打通各方参与通道，共同提升能源服务水平。七是推行多样化管理模式，破除发展惯性。以政策法律为保障，形成合理发展预期；以财税、价格等经济激励手段打破发展惯性，加速能源转型；建立和实行强制性/自愿性能效标准，挖掘各方优化潜力。八是创新合作模式，建立能源产业大生态。以政府或龙头企业为核心，依托“双创”战略，推进政产学研金深度合作，促进技术、业态等创新。

2 城市智慧能源系统顶层设计

2.1 总体图景描述

（1）以“两个替代”实现城市能源绿色化和高效化发展。源端清洁替代，以城市分布式可再生能源就地开发及远距离大规模可再生能源输入为主，以天然气、地热、生物质等其他能源形式开发为辅，清洁能源逐步替代其他能源形式；用端电能替代，以电代油、以电代煤，电能逐步替代其他能源形式。

（2）能源系统各类元素深度融合互动，以微网形式实现能源按需转换和多能协调互补。结合区域能源资源及能源需求情况，将分布式可再生能源发电/制热、小型冷热电三联供、小型地热、燃料电池、P2G、储热/储冷/储气/储电、智能家居、智能建筑、充电桩等各要素有机结合，形成微网并统一控制，实现网内电、气、热、冷等多种能源形式间的按需转换和协调互济。

（3）跨领域技术深度集成融合。在多能协同领域，重点开展能源路由器、虚拟发电厂、基于新理论和新材料的储能及可再生能源发电技术、多能流能量管理、柔性直流、交直流混联等技术研究；在物理信息融合领域，重点开展NB-IoT、LoRa等低功耗低成本物联网技术、SDN网络、确定性网络等网络安全技术、智能传感等技术研究；在系统运营领域，重点开展人工智能、机器人、大云物移、多能交易、区块链等技术研究。

（4）依托已有电网设施，建立与城市其他子系统间的紧密联系，实现能源调度、数据共享、能源交易、应用接口、集中展示等功能。升级电网已有设施，实现数据采集源网荷储全覆盖和安全可靠传输，基于海量数据资源池实现数据共享、集中展示功能，通过人工智能和大数据分析，实现能源优化调度。

（5）以用户为中心，激发新业态、新模式、新应用，形成城市能源商业生态系统。以市场为导向、客户为中心，广聚参与主体，开展商业模式创新，形成涵盖能源生产、输送、交易、利用全链条，包含系统优化与运维、综合解决方案提供、数据管理、应用开发、金融服务等关键业态的城市能源商业生态系统。

2.2 关键要素顶层设计

2.2.1 从支撑城市治理角度选取能源系统关键要素

城市智慧能源系统的一个重要功能是有效支撑城市治理，推动城市健康快速发展。因此，城市智慧能源系统的关键要素选取要以解决当前及未来城市存在的一系列问题为根本出发点。例如城市的发展面临能源短缺、环境污染、交通拥堵、应急迟缓等一系列问题，城市智慧能源系统就应强化分布式清洁能源开发利用、能量分布式存储、智能交通、联防监控等功能。城市能源系统关键要素选取如图1所示。

图 1 城市能源系统关键要素选取示意

Fig. 1 Schematic diagram of key elements ion of urban energy system

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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