基于用户端的智慧能源发展与应用实践

◎宋天琦 刘惠萍

随着“互联网+”战略与能源战略的有效结合，“互联网+”智慧能源（能源互联网）成为能源革命、能源发展创新的重要方向和基础支撑，在提升和推动能源效率、清洁能源发展、用户参与和体验等方面具有巨大的潜力。国家高度重视其发展并将之作为新一轮能源产业变革的重要支撑。

国内外关联信息分析

能源生产和消费革命的目标是构建保障可靠、稳定的能源生产供应，但不损害生态环境的能源消费体系。借助信息化技术，建立与用户端互动的智能用能系统已经是必然趋势。

1.基于安全高效的用户端多种能源综合利用成为发展趋势

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。

（1）美国的能源互联网实践以智能电网为主线展开。当前美国政府大力推进智能电网建设，保障电网的可靠、安全、高效和环境友好；对于能源互联网的研究探索更多依托更具活力的市场主体，如北卡州立大学、特斯拉、Google和IBM等机构从电子技术、大数据、云计算、售电和电动汽车等领域切入，探索能源互联网的创新技术路径和商业模式。

（2）能源转型背景下，德国E-Energy项目的技术示范。欧洲的能源互联网探索处于全面提升能源清洁化的大背景下，与能源转型和电力市场化改革进程联系紧密。一方面，德国能源互联网的探索路径主要是以政府示范项目（E-Energy项目）的方式落地、以点带面，推动能源系统的优化和信息通信技术（ICT）的升级，鼓励企业进行“能源的互联网”的尝试。另一方面，由于德国政府对电力体制改革和能源转型的坚定推进，售电领域主体活跃，绿能消费、需求响应以及邻里买卖电等技术已经在现实场景运用。

（3）世界各国能源互联网研究和发展的技术侧重点有所不同，但都是将互联网技术运用到能源系统，以提高可再生能源的比重，实现多元能源的有效互联和高效利用。美国、德国和日本等国家的能源互联网项目研究侧重于以能源路由器为核心的能量流与信息流的协同或互联网技术在区域能源系统中的应用，以提升清洁能源的消纳水平；英国、瑞士拥有较好的能源顶层商业模式，侧重在多能流的综合利用方向进行研究与示范。

近年来，国外发达国家的智慧城市多种能源综合应用发展比较迅速，已逐步涵盖多种能源，包括电力、燃气和冷热等。20世纪70年代中期，传统能源管理及服务在欧美等先行国家主要针对已建项目的节能改造、节能设备推广等，合同能源管理是其主要商业模式。20世纪70年代末期，基于分布式能源的管理服务以新建项目居多，推广热电联供、光伏、热泵与生物质等可再生能源，其融资额度更大，商业模式更加灵活。随着互联网、云计算等技术的出现，融合清洁能源与可再生能源基于区域微网技术的新型综合能源管理服务模式开始诞生。综合能源管理服务对提升能源利用效率和实现可再生能源规模化开发具有重要支撑作用，世界各国根据自身需求制定了适合自身发展的发展战略。

2.我国“互联网+”智慧能源从理念走向实践

（1）国家政策层面。一是 “互联网+”政策密集出台推动能源互联网项目落地实施。2015年3月，第十二届全国人民代表大会第三次会议上第一次提出制定“互联网+”行动计划，随后“互联网+”政策密集出台。7月，《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》中将发展“互联网+”智慧能源作为重点行动之一。二是能源规划、政策及示范引导鼓励能源互联网的探索。在整体能源规划方面，2016年12月，国家发展改革委出台《能源发展“十三五”规划》，提出积极构建智慧能源系统、积极推动“互联网+”智慧能源发展；2017年5月，国家发改委和国家能源局联合发布《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》，将全面建设“互联网+”智慧能源作为能源革命的重要内容，并制定能源互联网推广行动。国家能源局发布的《互联网+”智慧能源（能源互联网）示范项目评审办法》对示范项目提出五性要求，即“创新性、代表性、必要性、可行性、经济性”。6月首批55个“互联网+”智慧能源示范项目公布。三是电力体制改革为能源互联网发展释放巨大的政策空间。以《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》发布为标志，新一轮电改于2015年3月拉开序幕，其中明确了深化电力改革的重点和路径，以建立健全电力市场机制为主要目标，按照“管住中间、放开两头”的体制架构，充分发挥市场在资源配置中的决定性作用。四是全球能源互联网合作组织发挥积极作用。2015年9月26日，习近平主席在联合国发展峰会上提出了“探讨构建全球能源互联网，推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求”的中国倡议。2016年3月29日，全球能源互联网发展合作组织（GEIDCO）一届一次理事会在北京召开。

（2）技术发展层面。目前国内研究普遍认为“互联网+”能源是更加注重用户端的能源诉求和个性服务。重点是在现有能源供给系统和可再生能源发电、互联网信息以及先进储能等技术的基础上，以电能为主体形式，以智能配电网为主要载体，与天然气网、热/冷供应网、电气化交通网紧密耦合的具有互联开放特性的能源共享网络。与美国类似，我国同样依托智能电网建设的前期基础，积极推进能源互联网建设。目前我国能源互联网建设主要着重在三个方面：一是侧重于智能配电网延伸的理念。利用柔性直流技术升级改造现有配电网，通过其与现有微电网系统的互动，实现具有灵活的拓扑结构、潮流可控、高设备利用率的坚强型网架，支持高渗透率分布式能源的灵活接入和充分消纳，实现与智能微电网的协同互动，提高用户的电能智能和供电可靠性。二是侧重于多种能源综合优化的理念。建设实现不同类型能源转换、不同能源承载方式转换的多能互联能源网络，实现信息和能源深度耦合，并探索能源运营创新模式。其典型代表有虹桥商务区示范项目、上海迪士尼度假区示范工程等。三是侧重于用户端服务多元化的理念。以区域能源互联网为纽带，实现清洁能源全消纳，开展分布式电源“即插即用”三联供、智能用电互动、配用电大数据公共服务、电动汽车充电服务等为主体的新型综合能源管理服务，构建高密度能源流、高互动信息流、高实时业务流的能源互联和智慧公共服务两大网络。其典型代表是国家首批“互联网+”智慧能源项目，包括上海前滩、世博园和滨江等城市综合智慧能源供应与服务系统，崇明城市能源互联网示范工程等。

智慧能源发展情况与案例分析

1.发展情况

自从“西气东输”的天然气抵沪以来，长三角地区特别是上海便积极推动天然气的利用发展。天然气分布式能源是长三角地区智慧能源雏形中的重要一环，对其进行评价则是项目生命周期中意义重大且极具参考价值的一项工作。从多项天然气分布式能源项目评估内容可以看出，其平均能源综合利用率均超过75%，高者可超过80%，医院场景项目甚至达到85%。年利用小时数方面，平均超过2000小时，旅游园区型项目甚至超过5000小时。各项目节能率数值落在15%-35%之间。二氧化碳减排效应均超过30%，高者甚至达到58.5%，未来若碳经济环境成熟，项目经济性将更加可观。进一步解析这些结果可以发现，更高的系统年运行小时数和更高的年综合能源利用效率均是高品质的体现，设计阶段若想在各类场景中最优化这些参数，最大化高效清洁的分布式能源功能效用，多能互补、垂直深入用户端用能负荷特点的研究是必经之路。同时，国家对能源安全和各类应急能力的提升越来越重视，具有更高安全性、对重要设施负荷保障更到位的能源系统也将越来越受到青睐。

“互联网+”智慧能源系统坚持以用户端用能更安全为第一要素，其具有两个特征：一是靠近用户端，可根据用能方资源情况、用能特点等因素，因地制宜选择一次能源，一般采用天然气、沼气、太阳能、风能及生物质废弃物等可再生能源。二是直接应用，独立运行，运行方式一般为并网、离网或可上网，可以根据用能方的实际情况灵活选择应用方式。

2.案例分析

长三角区域是我国经济最具活力、开放程度最高、创新能力最强的区域之一，是“一带一路”和长江经济带的重要交汇点，启动引领长三角能源互联网创新合作是推动长三角一体化发展的重要举措。作为朝阳业态，“互联网+”智慧能源催生的新业态和合作模式也激发着市场探索。在示范项目方面，长三角地区积累了丰富的数据和技术经验资源，为“互联网+” 智慧能源在长三角地区推广奠定了坚实基础。

（1）上海电力大学绿色智慧能源示范园区。“互联网+” 智慧能源是先进互联网技术与能源技术深度融合的产物，旨在降低经济发展对传统能源的依赖程度。上海电力大学“绿色校园”智慧能源项目被国家发改委、国家能源局列为“新能源微电网示范项目”。其拥有新能源微电网的智慧校园通过自主供电和能效管理，比正常校园能耗降低1/4，且每6度电就有1度电来自新能源。高校园区集科研、教学职能于一体，具有居住人口密集、能源消耗大以及管控难度高等特点。对此，上海电力大学与国网节能服务有限公司合作，率先构建起绿色智慧能源高校示范园区。项目采用风电、光伏、光热、储能多能互补及节能等先进高效能源供应技术，将大数据、云计算、物联网等信息技术与项目相结合，技术应用全面广泛。随着智能电网、能源互联网等新一代信息技术的发展，在技术研究和学生实践等方面，其学科建设对应采用新能源、新技术构建的绿色智能能源供应系统有着迫切的需求。因此，该项目还为新能源、智能配电网（微电网）和智能化控制、信息技术等学科，搭建了一个立足产学研用的教学、实验与科研平台。

（2）上海航天飞奥设备园区示范项目。近年来，随着多能互补和能源互联网技术不断发展，上海航天集团将飞奥园区原有的天然气分布式能源项目与其他智慧能源领域的关键技术结合，升级改造了一套智慧能源园区综合供能系统。该项目将原有的天然气分布式能源项目改造为一个MNY120多能能源站，同时与其他能源子系统“互联互通”：园区屋顶被充分开发利用，安装了219kW光伏发电系统和2个300W的风力发电机，为园区增添可再生能源的供应。

多元化的能源系统依托微网能量管理平台来综合管理调度。为了更精准地发挥项目新系统的“智慧”，项目还配备了一座微型气象站。无论是基于“源-网-荷-储”的能源管理平台、MNY系列多能能源站、BIM全生命周期数字化应用管理实践，还是综合能源服务业务模式落地载体和智慧能源微网系统示范，都全方位的在园区中得到体现。

基于用户端，贴近用户本身用能负荷的特点，灵活采用不同模式对用户供能是极具潜力的发展方向。展望未来，一是以人民美好生活对能源的需求，以用户用能愿景为目标诉求、因地制宜，因能而选，用户端分布式利用与外来网输或非网输互保方式相结合。二是通过智慧能源技术和能源体制机制革命，重塑能源交易和能源服务新规则，还能源商品属性，实现需求响应，按需保供，按质论价。