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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
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