区域能源互联网差异化发展模式研究

郭 莉，谈 健，黄俊辉，陈 琛，吴 晨，周小明

（1.国网江苏省电力有限公司 经济技术研究院，南京 210000；2.国网辽宁省电力有限公司，沈阳 110004）

0 引言

近年来，在能源结构转型升级的趋势下，能源互联网应运而生，国家、学术界、能源企业对其内涵和功能形态的认知正在不断的丰富和完善。2016年2月，发改委、能源局、工信部联合发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，阐述了能源互联网建设的基本路线图，提出“能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费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”。2020 年6 月，国家电网公司发布《国家电网战略目标深化研究报告》，提出“能源互联网是以电为中心，以坚强智能电网为基础平台，将先进信息通信技术、控制技术与先进能源技术深度融合应用，支撑能源电力清洁低碳转型和多元主体灵活便捷接入，具有清洁低碳、安全可靠、泛在互联、高效互动、智能开放等特征的智慧能源系统”。

国家对能源互联网的定义侧重产业属性，建设重点侧重能源生产消费基础设施建设、多能协同综合能源网络建设、能源信息通信基础设施深度融合等方面；国家电网作为大型能源互联网企业，承接国家对能源互联网的发展要求，并结合企业自身实际，描述了电网企业如何参与能源互联网的建设，侧重能源互联网的功能属性。

能源互联网是一个整体性、包容性的概念，具有丰富的内涵与外延。在能源互联网建设的具体实现过程中，能源互联网将从概念层面落实到实体层面。区域能源互联网作为能源互联网的重要物理载体，对提高区域内的整体能效水平、新能源消纳水平、能源安全水平具有重要意义。本文按照功能单元的不同，从多个维度阐述了区域能源互联网的内涵、分类，提出差异化区域能源互联网的构建方案，形成了能源战略宏观层次的整体解决方案和思路，为复杂形势下能源互联网战略、规划、政策的科学制定、有序实施、动态调整提供参考。

1 区域能源互联网框架

当前，不同研究主体对各层级能源互联网划分呈现多元化态势，对于“区域”的理解也不同。文献［1］将能源互联网按照规模分为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的区域能源互联网（大区级或省级），由综合能源生产场站、“电/气/热/冷”能源消费园区、城市能源输配系统等构成的城市能源互联网以及由分布式能源生产设备、综合能源消费用户、多能源传输微网等构成的终端能源互联网3 种类型。文献［2］提出区域能源互联网是以省为实体，以智能电网为基础，具备多重能源高效消纳功能，将区域内部电、气、热能源网络生产、传输、存储、消费等有机互联的综合能源网络。文献［3］将区域能源互联网区别于广域能源互联网，认为其是大电网与用户侧交互的一种形式，更注重于用户服务体验，具有多种能源融合和能源信息融合两种表现形式。文献［4］—文献［5］定义区域能源互联网是一种利用多能互补和智慧能源技术为多个建筑物提供冷、热、电的区域级综合能源系统，其技术架构包括多能互补的能源系统和泛在互联的物联网平台。文献［6］提出现阶段能源互联网的总体架构可以分为终端能源互联网、区域能源互联网、广域能源互联网3 个层次，其中区域能源互联网适合城市园区、新区、城镇示范区等。文献［7］详细描述了太原区域能源互联网的建设实践，从多能源系统规划与运行、基于多能源系统的综合需求响应策略设计、区域能源互联网运营与商业模式等角度总结了太原区域能源互联网建设的关键问题和技术路线。

综上，不同学者对能源互联网的理解各有侧重，可分为以下几个层次:①省级区域能源互联网旨在通过能源互联网建设，提高区域能源流交换和保障供应能力，实现省际、省内各区域之间的能源大范围配置，助力本省的能源安全供应与可靠运行，优化能源生产与消费结构，提升单位国内生产总值能耗，促进大规模清洁能源消纳；②城市级区域能源互联网［8］重点通过打造服务于智慧城市建设的新型能源基础设施群，探索能源设施与信息通信、交通等各类其他基础设施的融合发展路径，支撑多元用能设施即插即用，提高能源综合利用效率，为用户提供灵活多样的定制化服务；③终端区域能源互联网［9］的核心在于利用分布式能源、多能互补、节能改造等相关技术，以园区、楼宇等为主体，以提高用能效率与降低用能成本为主要目标，建设小范围的能源生产与消费融合网络。

“区域”是一类集合的统称，泛指在地理上具有行政、组织、产权、功能等方面的相似性［10］，可将其内部的能源生产、传输、消费等环节进行统一考量的地区。区域能源互联网是能源互联网的具体实现形式，如图1所示，以省、市、镇、园区、楼宇等功能单元为实体，打破能源系统各环节的交互壁垒，实现横向冷、热、电、气多能互补，纵向源、网、荷、储时空互济，促进区域内能源高质量发展。本文从电网企业建设区域能源互联网的角度出发，对省级区域能源互联网、城市级区域能源互联网、终端区域能源互联网进行详细阐述。其中，终端能源互联网为能源互联网的末端单元，包括园区、楼宇、企业、家庭等产能或用能实体；城市级能源互联网通过综合能源站、配电网、交通网络等连接各个终端；省级能源互联网则通过特高压、500 kV 变电站及输电线路、省级调度控制平台等关键节点建设，重点关注能源大范围的配置，担负着解决优化能源结构、提高能源效率、保障能源安全等关键问题的责任。

图1 区域能源互联网整体框架结构Fig.1 Overall framework of regional energy Internet

2 省级区域能源互联网

我国幅员辽阔，地形气候条件复杂，经济发展水平各异，能源禀赋、产业分布、政策约束具有明显的地方特色。由于能源需求丰富多样，不同省份在能源互联网建设实践中面临着复杂多样的问题。各个省份需要通过科学系统的决策分析方法，因地制宜形成具有地方特色的能源互联网建设表述，在复杂的能源技术、商业模式、运营管理模式中创新探索多元化的发展路径，进一步诠释和丰富能源互联网内涵，明晰省级区域能源互联网发展中“变和不变”、“共性和个性”等关键问题，为建设符合当地省情、能情、网情的能源互联网奠定基础。

2.1 省级区域能源互联网的共性基础

省级区域能源互联网的整体框架承接国家电网战略，可分为能源网架、信息支撑、价值创造3 大体系，如图2所示。能源网架体系是以电为中心，以坚强智能电网为基础平台的能源侧基础设施，覆盖包含能源生产与转换、传输与存储、利用与消费等全流程、全环节，支撑各类能源、多元负荷的即插即用、双向互动与灵活转换，贯穿能源生产、转换、储运、消费等全流程，是实现能源互联网各类功能的物质基础；信息支撑体系有效整合信息通信和能源系统的基础设施资源，打破能源流、数据流、业务流的交互壁垒，实现能源互联网的全面运行状态感知、安全态势量化评估、广域智能协同控制、全域自然人机交互，是能源互联网的神经中枢；价值创造体系是指面向能源生产商、服务商、消费者等主体开展的业务活动与价值行为，打造开放共享、合作共赢的能源互联网服务生态圈。

图2 省级区域能源互联网架构Fig.2 Architecture of provincial regional energy Internet

省级能源互联网是能源供应侧与需求侧联接的物理通道，是推动能源互联网相关战略落地的关键。省级区域能源互联网的建设重点是依托全省供需实际，统筹考虑省级层面的省内能源开发、区外能源引入、能源结构优化、主干网架建设、城市间资源优化配置以及省级数据平台部署、业务开发等重点建设内容，提高生产侧清洁化程度、消费侧电气化水平及各环节的利用效率、配置能力和服务水平，保障省级区域能源互联网的整体发展目标顺利实现。

2.2 省级区域能源互联网的差异化发展路径

不同省份在建设区域能源互联网时，除了上述架构与功能方面的共性特征，还面临着技术发展判断、运营模式创新、成效评估体系构建等一系列差异性路径选择。各省能源资源各展其优，通过能源资源的优化配置与互联互补，充分发挥个体优势与互补功能，形成全系统优化提升［9］。关于省级区域能源互联网的分类方法有多种方式、多个维度，如按照国家战略分类，可分为服务长三角一体化、服务京津翼一体化、服务一带一路建设等；按照经济发展水平分类，可分为起步型、发展型、成熟型等。本文按照区域能源禀赋特征及区域定位侧重，将省级区域能源互联网分为送端区域能源互联网与受端区域能源互联网。

送端区域拥有清洁能源或传统能源优势，但本地负荷需求较小。如新疆的煤炭、油气储量均居全国前列，风、光资源充沛，疆电外送范围覆盖全国19个省（直辖市）。该类地区的区域能源互联网建设侧重解决负荷、电量增长与电网装机增长不匹配，新能源消纳与开发困难等矛盾，通过重点研究特高压、大规模新能源并网控制、高精度功率预测、电源侧储能等技术，形成经济可靠的电源汇集送出及电网补强方案，实现本地能源大规模并网与灵活高效互动。

受端区域以工业或服务业为主要负荷，本地能源生产无法满足消费需求，需要从区外送入能源，主要位于我国的中东部地区。如江苏经济规模庞大、基础制造业发达、人均用能基数高，但能源资源禀赋差，能源对外依存度较高。此类区域在发展过程中更加注重能源供应的稳定性与清洁性、社会综合能效的提升及用能成本的下降。因此，受端区域能源互联网在技术上侧重区外能源馈入的稳定分析与潮流控制、源网荷储的协同控制、多目标能源互联网综合经济性优化、多能源协同规划等，业务上偏向综合能源服务、数据增值、共享能源基础设施等新兴业务与商业模式探索。

3 城市级区域能源互联网

从经济发展水平和资源禀赋等维度来看，不同的城市由于其差异化的特点，应选择适合不同城市的能源互联网建设路径［11—13］。对于能源富集的城市，其能源互联网的建设侧重“能源”，而对于能源资源匮乏的城市，其能源互联网的建设可侧重“互联”，包括能源与能源的互联、能源与信息的互联、能源产业上下游的互联等。本节根据城市的某个突出特征对城市进行分类，值得注意的是，大多数城市同时具备多个特征，其能源互联网的建设路径应结合城市的实际定位与自身特点进行详细的论证与研究，进而探索出符合实际的特色发展道路。

3.1 综合型城市

综合型城市，如北京、上海等，是一定区域内社会经济发展的核心及枢纽，具有极强的区域战略先导优势、地理优势、交通优势、人才优势，其发展模式主要为依托其科教智力资源与创新优势，强化科技赋能，打造产业创新中心及高端制造基地与数字经济创新中心。

因此，对于综合型城市能源互联网建设，应深度融合能源技术与信息通信技术，探索能源互联网新兴业务，优化营商环境，将城市的各类优势充分转变为能源产业的创新优势，将人流、物流、商品流、信息流、能源流、资金流转化为数据流、价值流，跨界带动新旧动能转换，通过应用“大云物移智链”等技术，深度挖掘宏观经济、能源禀赋、电网运行、电力用户等关联数据的潜在价值，为社会提供用能评估、生产评估、征信评估、环保评价、城乡协同发展指数等服务，构建开放融合的能源服务支撑体系。如杭州提出建设城市大脑，围绕城市智慧管理、服务社会民生和产业能效新生态等方面开展多场景应用定制，以电力大数据为核心，推出独居老人、低碳入住、假日出行服务等多种智慧型业务，打造“平台+生态”的能源互联网服务生态圈；广州作为能源供应依存度高、自给率低、负荷密集的特大型城市，充分调动能源互联网生态圈内的存量资源，盘活闲散资产，创新推动通信、IT、金融等产业与能源行业的融合发展，探索基于灵活资源的城市能源互联网发展模式，基于闲散储能开展配电网调峰调频服务，基于多元工业用户互动的需求响应服务及基于智能家居和智能楼宇的柔性负荷管理服务等业态模式［14］。

3.2 工业型城市

工业型城市，如苏州、唐山、哈尔滨等，其发展模式主要通过依托城市自身的自然资源或工业基础，带动上下游相关产业的发展，进而促进整个城市经济的发展。其能源消费结构一般以化石能源为主，能耗总量与强度较高，在环保、碳排放等方面承担较大压力，同时由于资源紧张，能源基础设施建设受到城市空间资源制约。传统的由工业革命推动的城市发展道路始终伴随着高能耗、高排放、高污染的问题，因此需深入探索基于碳减排的新型城市低碳发展模式。

因此，对于工业型城市，应充分发挥能源互联网的资源配置作用，针对本地钢铁、化工等高耗能企业与用户，推进用能需求分析及定制化服务，开展企业产品单耗、系统综合能耗、产品能源成本能效分析等业务，采用多能互补、节能改造、能量梯级利用等技术手段提升能源利用效率，平衡工业结构升级、技术更新换代与传统产业转型升级，增强工业型城市发展模式的后继发展动力。如苏州作为一个典型的工业型城市，以同里新能源小镇作为试点，通过编制温室气体清单、排查地区温室气体排放水平及组成结构等手段，寻找城镇减排的切入点，因地制宜地制定优先发展可再生能源，严格限制本地高耗能高排放产业扩张，加快淘汰落后产能等具体举措［15］。

3.3 产业型城市

产业新城是集城乡一体、产城融合、宜居宜业为一体的新型城镇化发展模式，本文所述的产业新城，特指在规划阶段的地区。在该类地区中，包含较多尚未进行开发利用且适宜进行集中城市建设的区域。该发展模式主要以工业园区、经济开发区、高新技术开发区、产业综合体等特定地域为先导，通过“以产兴城、以城带产”，打造新型产业集群，进而实现“产城共融、城乡统筹、共同发展”。如2015年6月27日，国务院批复设立南京江北新区为第13 个国家级新区，重点推动商务金融、医疗教育等高端服务集聚，塑造高品质城市空间，全面提升国家新区的区域服务能力。

对于产业新城，应充分利用后发优势，将能源规划深度融入城市规划、空间规划、产业规划，衔接平衡各类能源发展目标，实现能源资源的优化配置和合理利用。同时从源头预留规划站址和通道路径，并将规划成果在城市规划中固化落实，随市政道路同步建设供电、供能管网，实现能源发展与新区发展同频共振，以能源高质量发展引领新区产业高质量发展。

3.4 资源型城市

资源型城市，如乌鲁木齐、盐城等，集中在我国西部、北部及沿海地区，具有丰富的煤、天然气等传统化石能源资源或风能、太阳能等清洁能源，但本地消纳能力有限，需要通过各类能源通道将过剩能源资源外送。

对于资源型城市，应当充分发挥当地资源禀赋优势，一方面应通过生产力提升将资源优势转换为产业优势、创新优势，有效融合产业结构优化与能源结构升级，加快产业链向中下游延伸，促进价值链从低端向高端攀升，增强本地资源消纳能力，打造资源型产业创新中心及资源要素配置中心；另一方面应加强外送通道建设，探索风光电储多能并举的绿色能源供应模式，为周边城市能源发展提供支撑。如张家口把握京津冀协同发展、绿色低碳冬奥会等区位机遇，依托其丰富的可再生能源资源，探索以可再生能源稳定送出为特色的城市能源互联网发展新模式。

4 终端区域能源互联网

终端区域能源互联网是能源互联网建设的主战场，当前国家及各地的示范项目大多集中于产业园区、商务园区、商业综合体、数据中心、智能楼宇、智慧小区、智能家居等领域，是能源互联网的终端形态。多元丰富的区域能源互联网终端要素，长距离能源输送通道，大规模能源生产基地等物理网络与各类感知、控制、调度系统及不同类型的应用实践、商业模式一起，共同构成了能源互联网的呈现形式。

终端区域能源互联网重点通过整合冷、热、电、气等能源的生产、传输、转换、存储等环节与用户灵活交互，增强能源之间的耦合与互补，平抑高渗透率可再生能源引起的波动，提高可再生能源消纳能力和用户的用能品质。通过挖掘低品位能源对高品位能源的替代作用，实现多品质能源的阶梯性利用，降低多能用户的综合用能成本；同时通过智能化能源管理方式，提升能源全环节、全流程管理水平，进而提高能源利用效率，降低综合用能成本。

终端区域能源互联网的业务发展呈现多元化发展趋势，具体可分为传统业务转型及新兴业务拓展两大类。

（1）传统业务转型

最典型的传统业务转型即从传统的供电业务向综合能源供应转型［16—17］。通过综合分析终端区域用能需求，以能源禀赋、政策机制、市场价格等因素为边界，构建目标最优的供需平衡策略，通过建设冷热电三联供电厂、分布式能源站、地源热泵、水源或污水源热泵、工业余热回收、储能、充电站等措施引导并不断优化能源网络布局，为用户提供经济可靠的能源供应。

（2）新兴业务拓展

依托“大云物移智链”等先进技术，深度融合“互联网+”、“智能+”、“共享经济”等新业态，开展个性化的能源增值业务。如依托电力大数据为园区、楼宇用户提供电力征信、用能分析、能效管理等服务，实现用户用能行为数据、用能数据可视化及用能服务定制化；通过合同能源管理［18］、智慧运维承包等新型服务方式，为用户提供一站式能源服务；终端区域中可调节负荷通过参与辅助服务、现货交易提升用户综合能效等。

5 结束语

区域能源互联网建设模式各异，省、市、终端等不同层级的区域能源互联网建设侧重点不同，而同一层级、不同类型的区域能源互联网发展路径同样各具特色。在对不同类型的区域能源互联网进行规划设计时，应首先明确其建设目标，根据经济发展水平与趋势、产业结构、能源禀赋、能源结构、能源效率等数据明晰发展问题，再根据建设目标与现状之间的差距，分析能源供需平衡，设计绿色、安全、高效、经济等多目标体系的优化策略，最终得出具体的建设路径与建设举措。

随着能源互联网的持续发展，能源互联网的规模将不断扩大，形态特征也将越来越丰富，能源互联网的发展模式也将逐渐区别于电网的发展模式，电网的规划边界条件将成为能源互联网的规划内容；能源互联网的发展除考虑各级电网之间的衔接外，更多要考虑电网与其他能源网络、能源网络与信息网络、交通网络、价值链、政策体系之间的衔接；能源互联网的建设目标也将站在整个社会系统的角度，综合考虑清洁能源消纳、社会综合能效、用能成本等能源宏观指标。因此，在未来的多元化区域能源互联网场景下，需要探索更科学、更全面的区域能源互联网发展模式。