能源互聯(lián)網(wǎng)是解決當前能源系統(tǒng)問題、推動能源系統(tǒng)變革的智慧綜合能源系統(tǒng)，對提高可再生能源比重、促進化石能源清潔高效利用、提升能源綜合效率具有重要意義。

城市是能源變革的主戰(zhàn)場，匯聚了全球50%人口的城市地區(qū)創(chuàng)造了80%的全球GDP、消費了75%的全球自然資源和80%的能源供應(yīng)，產(chǎn)生了約75%的全球碳排放。

從世界范圍內(nèi)來看，智慧城市發(fā)展存在多方面的探索，但就能源角度來看，基本都停留在智慧能源城市即“新能源”城市的認識層面，更深入的城市智慧能源系統(tǒng)研究與設(shè)計基本處于空白。從國內(nèi)來看，中國智慧城市建設(shè)偏重城市的信息化升級，而忽略了作為城市發(fā)展核心基礎(chǔ)的能源子系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)，同時也缺少從城市整體角度去綜合考慮城市能源系統(tǒng)的發(fā)展視角。

從城市智慧能源系統(tǒng)建設(shè)推進細節(jié)來看，整體架構(gòu)、信息化平臺、新業(yè)態(tài)新模式等關(guān)鍵要素及各要素間關(guān)系尚不明確，一定程度上阻礙了能源互聯(lián)網(wǎng)和城市智慧能源系統(tǒng)的建設(shè)推進。本文嘗試對能源變革下城市智慧能源系統(tǒng)的整體概貌和關(guān)鍵要素進行分析展望，以期對未來城市智慧能源系統(tǒng)建設(shè)、升級、改造提供參考。

城市能源變革國際經(jīng)驗與啟示

從世界范圍內(nèi)來看，歐美等發(fā)達經(jīng)濟體在城市能源變革方面進行了初步探索，重點解決城市能源系統(tǒng)自身發(fā)展，能源系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境之間、能源系統(tǒng)與城市升級之間協(xié)調(diào)發(fā)展存在的系列問題(見表1)。

結(jié)合國際經(jīng)驗和中國發(fā)展實際，推進城市能源變革應(yīng)當從八方面著手。

一是加強能源、生態(tài)環(huán)境與城市協(xié)同發(fā)展。將能源規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境規(guī)劃充分納入城市發(fā)展規(guī)劃當中，以統(tǒng)一發(fā)展視角確立城市發(fā)展的目標、模式、路徑等。

二是重視能源系統(tǒng)頂層規(guī)劃與設(shè)計，實現(xiàn)有序發(fā)展。通過專業(yè)資源評估、規(guī)劃等形成科學(xué)發(fā)展基礎(chǔ)，引導(dǎo)可再生能源資源有序開發(fā)，推進源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)發(fā)展。

三是加快能源體制改革，促進互補增效。通過推行PPP、混合所有制等方式，打破能源系統(tǒng)條塊分割局面，以多能互補促進綜合能效提升。

四是積極發(fā)揮市場的高效配置作用，降低需求波動并提升靈活性資源利用水平。建立多層次能源市場，通過靈活的價格實現(xiàn)需求側(cè)高效管理、有效引導(dǎo)靈活性資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié);建立污染權(quán)/碳交易市場，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境約束下的經(jīng)濟高效發(fā)展。

五是以電為核心、電網(wǎng)為平臺，促進可再生能源開發(fā)利用和經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。通過科技、管理、業(yè)態(tài)等創(chuàng)新，提升電網(wǎng)對可再生能源廣泛、高效配置能力;以電氣化增強終端能源的能量密度和穩(wěn)定性，支撐經(jīng)濟持續(xù)增長。

六是重視信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，將綜合能源服務(wù)平臺作為城市能源系統(tǒng)的重要建設(shè)內(nèi)容。通過加強能源數(shù)據(jù)的采集、分析和共享，打通各方參與通道，共同提升能源服務(wù)水平。

七是推行多樣化管理模式，破除發(fā)展慣性。以政策法律為保障，形成合理發(fā)展預(yù)期;以財稅、價格等經(jīng)濟激勵手段打破發(fā)展慣性，加速能源轉(zhuǎn)型;建立和實行強制性/自愿性能效標準，挖掘各方優(yōu)化潛力。

八是創(chuàng)新合作模式，建立能源產(chǎn)業(yè)大生態(tài)。以政府或龍頭企業(yè)為核心，依托“雙創(chuàng)”戰(zhàn)略，推進政產(chǎn)學(xué)研金深度合作，促進技術(shù)、業(yè)態(tài)等創(chuàng)新。

城市智慧能源系統(tǒng)頂層設(shè)計

1、總體圖景描述

(1)以“兩個替代”實現(xiàn)城市能源綠色化和高效化發(fā)展。源端清潔替代，以城市分布式可再生能源就地開發(fā)及遠距離大規(guī)模可再生能源輸入為主，以天然氣、地?zé)帷⑸镔|(zhì)等其他能源形式開發(fā)為輔，清潔能源逐步替代其他能源形式;用端電能替代，以電代油、以電代煤，電能逐步替代其他能源形式。

(2)能源系統(tǒng)各類元素深度融合互動，以微網(wǎng)形式實現(xiàn)能源按需轉(zhuǎn)換和多能協(xié)調(diào)互補。結(jié)合區(qū)域能源資源及能源需求情況，將分布式可再生能源發(fā)電/制熱、小型冷熱電三聯(lián)供、小型地?zé)帷⑷剂想姵亍2G、儲熱/儲冷/儲氣/儲電、智能家居、智能建筑、充電樁等各要素有機結(jié)合，形成微網(wǎng)并統(tǒng)一控制，實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)電、氣、熱、冷等多種能源形式間的按需轉(zhuǎn)換和協(xié)調(diào)互濟。

(3)跨領(lǐng)域技術(shù)深度集成融合。在多能協(xié)同領(lǐng)域，重點開展能源路由器、虛擬發(fā)電廠、基于新理論和新材料的儲能及可再生能源發(fā)電技術(shù)、多能流能量管理、柔性直流、交直流混聯(lián)等技術(shù)研究;在物理信息融合領(lǐng)域，重點開展NB-IoT、LoRa等低功耗低成本物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、SDN網(wǎng)絡(luò)、確定性網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、智能傳感等技術(shù)研究;在系統(tǒng)運營領(lǐng)域，重點開展人工智能、機器人、大云物移、多能交易、區(qū)塊鏈等技術(shù)研究。

(4)依托已有電網(wǎng)設(shè)施，建立與城市其他子系統(tǒng)間的緊密聯(lián)系，實現(xiàn)能源調(diào)度、數(shù)據(jù)共享、能源交易、應(yīng)用接口、集中展示等功能。升級電網(wǎng)已有設(shè)施，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集源網(wǎng)荷儲全覆蓋和安全可靠傳輸，基于海量數(shù)據(jù)資源池實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、集中展示功能，通過人工智能和大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)能源優(yōu)化調(diào)度。

(5)以用戶為中心，激發(fā)新業(yè)態(tài)、新模式、新應(yīng)用，形成城市能源商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。以市場為導(dǎo)向、客戶為中心，廣聚參與主體，開展商業(yè)模式創(chuàng)新，形成涵蓋能源生產(chǎn)、輸送、交易、利用全鏈條，包含系統(tǒng)優(yōu)化與運維、綜合解決方案提供、數(shù)據(jù)管理、應(yīng)用開發(fā)、金融服務(wù)等關(guān)鍵業(yè)態(tài)的城市能源商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

2、政策機制

城市智慧能源系統(tǒng)作為新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展初期需要創(chuàng)新體制機制，解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的系列問題，扶持產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展。

一是制定差異化的財稅政策，提高企業(yè)參與積極性;二是構(gòu)建市場進入退出機制，對不同層次的能源互聯(lián)網(wǎng)參與主體實行差別化準入機制，保證市場活力并確保能源安全;三是構(gòu)建城市現(xiàn)貨、期貨等能源市場，建立市場價格形成機制，建立“市場主導(dǎo)、政府指導(dǎo)”價格調(diào)節(jié)機制。

除此之外，需要建立雙創(chuàng)、風(fēng)投及產(chǎn)業(yè)基金機制、市政綜合管理機制、政產(chǎn)學(xué)研金用媒協(xié)作機制、數(shù)據(jù)開放共享機制等。

城市智慧能源系統(tǒng)發(fā)展路徑

城市智慧能源系統(tǒng)的發(fā)展大致將經(jīng)歷圖1所示的3個階段。

(1)示范階段。選取新增園區(qū)開展綜合示范工程建設(shè)。依托園區(qū)管委會，引導(dǎo)各方積極參與。以用戶痛點問題為出發(fā)點，制定綜合解決方案，并在此過程中探索切實有效的技術(shù)應(yīng)用方案、管網(wǎng)整合方案、利益分配方案等。

(2)經(jīng)驗推廣階段。總結(jié)增量園區(qū)建設(shè)經(jīng)驗，提煉出面向智慧能源系統(tǒng)的合理規(guī)劃運行方法、組織管理架構(gòu)、投融資模式、政策機制等。主動為存量客戶推介改造方案，以經(jīng)濟效益吸引客戶參與，實現(xiàn)增量帶動存量發(fā)展。同時，在存量改造過程中不斷積累解決存量優(yōu)化問題的新經(jīng)驗。

(3)優(yōu)化完善階段。當園區(qū)級智慧能源系統(tǒng)達到一定規(guī)模后，建立城市綜合能源管理平臺，實現(xiàn)城市級管理。根據(jù)城市發(fā)展定位及特點，確定城市能源變革的分階段目標，同時對城市能源變革所處進程進行量化評估，準確掌握城市能源變革所處的發(fā)展階段，與分階段目標進行對比，對于不符合階段目標定位的城市智慧能源系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整。

圖1 城市能源變革整體路徑示意