浅谈能源互联网背景下的综合需求侧响应

摘要：能源互联网是未来能源发展和转型的主要趋势，为推动能源互联网进一步发展，提升综合能源利用效率，从需求侧入手，研究了在能源互联网背景下开展综合需求侧响应的内在机理及其重要意义，并从规划、运行、市场三个层面对综合需求侧响应的未来发展进行了初步探究，为促进能源互联网的灵活、安全、经济运行奠定了基础。

关键词：能源互联网;综合需求侧响应;内在机理;重要意义;未来发展

0    引言

能源不仅是人类社会生存和发展的基石，也是社会经济发展的内在动力。根据国际能源署2013年公布的数据，2035年的全球能源需求将会比2011年增加33%，在2011—2035年这段时期世界电力需求的涨幅将会超过66.7%。从全球范围来看，化石能源（煤炭、石油、天然气）仍然是全球能源消费的主要类型，而全球能源需求量急剧增加导致了化石类能源的过快和过度开发。能源需求的快速增长和能源结构不合理之间的矛盾为整个能源行业的未来发展带来了巨大的压力，全球性的能源结构改革刻不容缓。

面对能源供需格局新变化、国际能源发展新趋势，作为高耗能产业的传统电力行业也面临着如何调整电力生产和消费结构的巨大挑战。在第四次工业革命蓬勃兴起的时代，信息物理融合成为新一轮工业革命的重要命题，这也为传统能源行业的未来发展提供了新的方向。“能源互联网”的概念应运而生，其核心是改善能源消费结构，提升能源综合利用效率，推动能源低碳、清洁、高效可持续发展。

事实上，能源互联网的发展不是一蹴而就的，需要打破各个能源行业之间的壁垒，涵盖和协调多类型能源并使之安全稳定高效运行，无论是物理层面还是信息层面都面临着巨大挑战。为推动能源互联网的进一步发展，本文首先阐述能源互联网的基本构架;接着针对能源体系的需求侧，研究适应能源互联网的综合需求侧响应，分别从其内在机理、重要意义和未来发展三个方面逐层展开探究，為未来能源体系的建立奠定基础。

1    能源互联网

“能源互联网”的概念最早见于美国学者杰里米·里夫金的著作《第三次工业革命》，里夫金指出能源互联网应具有以可再生能源为主要一次能源、支持超大规模分布式发电系统与分布式储能系统接入、基于互联网技术实现广域能源共享以及支持交通系统的电气化四大特征。随着第四次工业革命的到来，“能源互联网”这一概念被再次提起，并以信息物理融合为技术基础，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，在物理层面和信息层面打破了能源行业之间的壁垒，推动传统电力行业向多元化、清洁化、高效化、可持续化的方向发展。

从功能上，可将能源互联网划分为能源的供应、输送、转化和消费四个环节。能源供应环节是指电能、天然气、热能等多类型能源的生产供应单位，例如火电、水电、光伏、风电等发电厂、天然气井、热电厂等。能源的传输环节主要包括大规模、远距离的电力输送网络，天然气输送网络。能源转化是指将一种能源转化为另一种能源的设备单元，一般为涵盖燃气轮机、电制气（P2G）、能源存储等设备的能源枢纽。消费环节是指具有电、气、冷、热等多类型能源需求的终端用户，也涵盖分布式能源和小型能源转化设备等。

从规模上，能源互联网可分为跨区能源互联网、区域能源互联网、终端能源互联网。跨区能源互联网是指大区级或省级能源系统，主要由综合能源生产基地、区域能源传输网络、综合能源负荷中心等构成。区域能源互联网是以城市或某一独立区域的配电网为核心，以能源枢纽为系统耦合环节，联合集中供热系统、区域天然气网络等多类型能源网络协同运行，实现分布式供能系统、多能源网络和多能源用户多能互补、供需互动的系统，例如大型工业园区、独立供电区、乡镇和城市等。终端能源互联网直接面向消费电、冷、热、燃气等多类型能源的终端用户，是针对建筑内部或几个建筑群之间的能源协同运行，例如居民楼、写字楼等一个楼宇的集中用户或学校、医院等大用户。

2    综合需求侧响应的内在机理

在能源互联网发展过程中，由于传统电力、天然气等能源行业的封闭性，各类能源运行特性的固有差异以及不可忽视的技术壁垒等原因，短时间内在物理层面上实现多类型能源系统的联合规划和运行较为困难。因此，为了推动能源革命的进程，可从需求侧切入，以价格激励为手段，通过需求侧主动参与系统运行调度来调整供需关系，进而促进能源的综合利用和高效配置。

需求侧的调节能力对缓解电力供需矛盾、提高系统可靠性和经济性具有重要意义，是电力系统中不可忽视的资源。需求侧响应是指通过市场价格和激励政策引导，需求侧电负荷相应改变其用电行为，进而实现电网中供需双向互动。需求侧响应已经成为缓解电网运行压力，提升电网运行效率的有效途径。

随着用户用能种类的不断增加，医院、学校、居民楼、写字楼等集中终端用户逐步转变成为集电、气、热、冷等多能源需求于一体的综合能源负荷，显然传统的需求侧响应已经难以适应多能源需求的现状。因此，有学者提出开展综合需求响应，即电、气、冷、热等多元用户参与需求侧响应，响应多种能源的市场电价进行灵活负荷的平移、削减和转化。可以看出，相较于传统需求侧响应，多能源之间的转化将会增加用户的灵活调节潜力，鼓励电、热、气等多能源需求侧灵活调度，利用能源互补和供需互动进一步挖掘整个系统的灵活调节潜力，这是开展综合需求侧响应的关键。

3    综合需求侧响应的重要意义

开展综合能源需求侧响应有利于打破能源行业壁垒，提升能源利用效率。传统能源系统按照能源类型划分，形成了不同能源各自独立规划、运行和管理的运营模式和自身供需平衡的运行原则。近年来飞速发展的经济使得整个能源行业的用能需求增加，在固有的独立运行模式下，各个独立能源系统单纯的纵向延伸已经难以适应逐年增长的用能需求。开展综合能源需求侧响应，利用能源耦合技术削弱能源之间的壁垒，能源供需关系不再是“一对一”，而出现了“一对多” “多对一” “多对多”的情况，不仅实现了多个能源子系统的物理互联，而且不同能源间的供需互动也大大增加了系统的灵活调节空间。

开展综合能源需求侧响应有利于促进能源的绿色、清洁、可持续发展。综合能源系统将风能、太阳能、水能、氢能、生物质能等清洁能源纳入系统中，通过能源之间的协同运行可进行化石能源的清洁化替代，降低化石能源的消耗，从而减少温室气体和污染物的排放，从能源供应侧实现绿色供能。

开展综合能源需求侧响应有利于缓解电网运行压力，提升电网运行的安全性和灵活性。大量新能源的接入和日益增长的负荷需求为电网运行带来了巨大压力，电力系统供需不平衡、新能源弃风弃光严重、电力高峰期电力供应不足、系统调峰困难等问题日益突出。仅仅依靠增加装机容量、传输容量和发电量以满足不断增长且日益复杂的电力需求已经难以满足负荷需求，而开展电力负荷的需求侧响应也因负荷固有的用电习惯使得其调节空间有限。发展综合需求侧响应可通过整合需求侧的电、热、冷、气等资源，从能源耦合和时间转移两个维度充分激发负荷灵活调节能力参与系统的调度运行，从负荷侧进行能源间的削峰填谷，极大地增加了灵活调度空间，促进了电网的安全稳定运行。

4    能源互联网背景下综合需求侧响应的未来发展

在规划层面，区别于单一配电网的规划，在多类型能源高度耦合的能源互联网背景下，单一规划某一能源网络很难保证规划方案的经济性、安全性和可靠性。因此，在电网转型和能源互联的新形势下，开展考虑需求侧响应的终端能源互联网协同规划意义重大，且任重道远。电网规划方面的研究和工程实践已经十分成熟，在此基础上，开展终端能源互聯网规划需要基于需求侧多能协同响应特性，实现终端消费环节与上级配电网、天然气网络、集中供热系统等多类型能源网络的能源交互和转化，充分利用和整合需求侧资源，尽可能满足能源的就地消纳，从需求侧的统筹规划实现能源互联网的供需互动、灵活可靠、经济运行。

在运行层面，要结合信息技术手段，利用价格信号和激励机制引导多能源用户主动调整其用能行为，利用需求侧多能源协同互补和供需双向互动促进系统的经济安全可靠运行。因此，在发展基于综合需求侧响应的系统优化调度时，首先，要深入研究多能源用户的负荷特性，充分挖掘用户的灵活调节潜力，实现针对不同类型用户实施个性化调度策略;其次，需求侧和供应侧的协同互动能力不可忽略，分布式能源的普及成为影响未来电网结构的重要因素，综合需求侧响应可通过其削峰填谷和多能互补促进分布式能源的就地消纳，有利于提升系统运行的灵活性，大大降低系统的运行成本。

在市场层面，在开展综合需求侧响应时，多能源用户根据市场中电、气、热等能源供应和用户侧的能源需求进行联合调度。显然，现有的单一电力市场无法同时为用户传递电能、热能、天然气的价格信号及供需关系，因此建立能源互联网市场是顺利开展综合需求侧响应的基础。该市场依赖信息技术，允许同时开展电能、热能、天然气等多种能源的综合交易，并衍生出多元化和个性化的终端用户综合服务。能源互联网市场还原能源的商品属性，通过市场价格来反映能量供需关系，用户响应市场价格参与市场交易，实现多能源供需双侧调度，利用市场交易调整系统潮流，系统的潮流分布反映于市场价格信号，形成了市场—系统相互融合的闭环调控过程。

5    结语

能源互联网是未来能源发展和转型的主要趋势，为推动能源互联网的进一步发展，提升综合能源利用效率，本文从需求侧入手，研究了如何在能源互联网背景下开展综合需求侧响应，阐述了其内在机理及重要意义，并提出未来发展综合需求侧响应需从以下三个层面着手：

（1）综合能源协同规划、供需互动，促进可再生能源就地消纳;

（2）基于多能源用户的用能特性，利用需求侧的削峰填谷和多能互补，提升能源互联网运行灵活性，降低系统运行成本;

（3）建立能源互联网市场，开展多能源综合市场交易和综合能源服务，实现市场—系统深度融合。

综上，能源互联网不仅仅是一个融合多类型能源网络的物理集成系统，而且涉及信息技术、政策政治、经济发展等多方面因素，因此下一步研究可从上述因素对能源互联网的影响方面展开。

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收稿日期：2020-08-25

作者简介：薛金龙（1981—），男，吉林农安人，硕士，高级工程师，研究方向：营销管理、人力资源管理等。