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進入新時代的中國，隨著京津冀協(xié)同發(fā)展和長江經(jīng)濟帶發(fā)展的持續(xù)推進以及粵港澳大灣區(qū)建設的加快，多項國家戰(zhàn)略全面實施，產(chǎn)業(yè)轉型升級、經(jīng)濟高質量發(fā)展相關的一系列政策不斷發(fā)布。

能源是國家戰(zhàn)略實施的基礎。我國能源領域的高強度建設時代已經(jīng)過去，為構建綠色低碳、安全高效的能源供給體系，為實現(xiàn)生態(tài)良好、美麗中國目標，中國能源行業(yè)從能源生產(chǎn)、能源基礎設施、能源消費，到能源技術和產(chǎn)業(yè)導入，都亟需找準能源高質量發(fā)展的新動力源。中咨公司雄安新區(qū)規(guī)劃編制團隊提出的綜合能源（系統(tǒng)）這一新業(yè)態(tài)新模式，被贊許是一種“很先進的理念”，已經(jīng)在雄安新區(qū)能源規(guī)劃和實施方案中全面推行，將成為能源高質量發(fā)展的重要著力點。

一、我國能源發(fā)展的主要方向

清潔、低碳、高效已經(jīng)成為世界能源發(fā)展大勢，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革均聚焦能源領域，主要體現(xiàn)在三個方面：一是發(fā)達國家在高度重視能源安全前提下，紛紛制定能源轉型戰(zhàn)略和低碳政策，發(fā)布更高的能源發(fā)展指標，不斷提高可再生能源占比，逐步降低煤炭占比，持續(xù)提升電氣化水平；二是能源科技創(chuàng)新進入高度活躍期，重點集中在氫能及新一代核能技術研發(fā)、大規(guī)模儲能和智慧能源技術示范、先進分布式能源與智能微電網(wǎng)技術廣泛應用等領域；三是能源供應和服務方式加快轉變，綜合能源系統(tǒng)逐步普及，先進能源設備及關鍵材料不斷涌現(xiàn)。

改革開放以來，我國能源生產(chǎn)和消費總量持續(xù)增長，一次能源生產(chǎn)總量從 6.3億噸標準煤增長到2018年的37.7億噸標準煤，能源消費總量從 5.7億噸標準煤增長到 2018年的46.4億噸標準煤。與能源發(fā)展同步，進入新世紀以來，我國全社會用電量快速增長，2018年全社會用電量達到68449億千瓦時。為滿足電力需求高增長，我國電力裝機規(guī)模不斷擴大。截至2018年底，發(fā)電裝機規(guī)模達到19.0億千瓦，其中火電11.44億千瓦、水電3.52億千瓦、核電4466萬千瓦、風電1.84億千瓦、太陽能發(fā)電1.75億千瓦，實現(xiàn)人均裝機規(guī)模1.36千瓦。我國已形成覆蓋華北、華中、華東、東北、西北、西南、南方等區(qū)域的500千伏和750千伏交流主網(wǎng)架，除臺灣外已實現(xiàn)全部省級電網(wǎng)交直流互聯(lián)。截至2018年底，全國220千伏及以上輸電線路總長度達到73.3萬公里， 220千伏及以上公用變設備容量402255萬千伏安。中國無論是能源生產(chǎn)和消費總量，還是發(fā)電裝機規(guī)模、電網(wǎng)規(guī)模，均居世界首位。

經(jīng)歷了大電網(wǎng)、大電源、大煤礦等的高強度建設后，我國能源結構和布局正在深度調(diào)整。今后較長一段時期內(nèi)，雖然一次能源稟賦造成的“煤炭依賴”現(xiàn)象難以消除，但我國能源結構必將持續(xù)優(yōu)化，煤炭占比將逐步下降，可再生能源消費比重將逐步上升。伴隨城鎮(zhèn)化和數(shù)字化城市建設，新一代信息技術、現(xiàn)代生命科學、生物醫(yī)藥和先進電子材料等戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)對供電強度和質量的更高要求，以及今后軌道和公路交通、居民生活的高度電氣化特征，將使得我國電能占終端能源消費比重大幅提高。

當前我國能源領域存在的主要問題之一，是能源產(chǎn)業(yè)鏈條不長、層次不高，能源生產(chǎn)性服務等配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，產(chǎn)業(yè)體系全但短板較多。在新發(fā)展理念指引下，為深入推進能源供給側結構性改革，我國能源發(fā)展正在由主要依靠資源投入向創(chuàng)新驅動轉變，能源政策注重節(jié)約高效、結構優(yōu)化、清潔替代、創(chuàng)新動能、安全可靠。推動能源向清潔化和智能化方向發(fā)展，積極發(fā)展和培育能源新技術、新業(yè)態(tài)和新模式，創(chuàng)新能源體制機制，已經(jīng)成為能源行業(yè)共識。

二、綜合能源的發(fā)展脈絡、概念和特點

1、綜合能源發(fā)展脈絡

歐美、日本等發(fā)達國家早期發(fā)展階段以及我國十九世紀80年代以來，在城市和開發(fā)區(qū)逐步普及熱電聯(lián)產(chǎn)， 90年代進一步興起分布式發(fā)電供熱，這些能源加工轉換和供應形式基本上是利用單一能源生產(chǎn)熱能向用戶供應。90年代初，北歐、日本開始采用海水源熱泵技術，將低品位的海水能源與高品位的電能結合，向點用戶供熱供冷。2003年，廣州大學城開始進行熱泵技術應用嘗試，開展了區(qū)域集中制冷，但未實現(xiàn)能源來源多元化和能源供應多樣化。

之后，在完善的電網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)有力支撐下，以能源來源從單一轉向多元化、能源供應（供熱）從高溫轉向中低溫為兩個主要技術特征，國際上城市能源供應開始向多元多樣方向發(fā)展。近十幾年，我國能源行業(yè)跟蹤世界能源發(fā)展，把握綠色低碳轉型大勢，開始了綜合能源（系統(tǒng)）的嘗試。2008年，我國哈爾濱、江蘇等地，出現(xiàn)了采用熱泵技術、利用多種能源實現(xiàn)區(qū)域供熱供冷的綜合能源站。在國家推進能源革命大背景下，北京、上海、江蘇、浙江、貴州、青島、雄安等許多城市實施了綜合能源工程和開展相關規(guī)劃，綜合能源這一能源新業(yè)態(tài)新模式開始受到各地重視。

2、綜合能源概念和特點

2015年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提出了區(qū)域能源的概念（圖一），即通過整合能源生產(chǎn)、公共衛(wèi)生、污水處理、運輸和廢棄物處理等市政服務設施，建設現(xiàn)代區(qū)域能源系統(tǒng)，協(xié)同生產(chǎn)供應熱量、冷量、熱水和供電。

圖一 聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提出的區(qū)域能源系統(tǒng)架構示意圖

中咨公司雄安新區(qū)規(guī)劃編制團隊提出的綜合能源概念與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提出的區(qū)域能源概念基本契合。綜合能源（圖二）充分利用屬地低品位能源，以電力、天然氣、氫能等為主供高品位能源，采用智慧能源技術，通過建立綜合能源站工程+智慧能源微網(wǎng)工程（包括源網(wǎng)荷儲智能微電網(wǎng)和智能微熱網(wǎng)），實現(xiàn)多能互補，實現(xiàn)能源的梯級利用循環(huán)利用，實現(xiàn)冷熱電氣水一站式服務。其整體能源利用效率和供能可靠率得以大幅度提高，用戶可享受多種能源套餐式服務，政府可創(chuàng)新能源管理方式，是一種安全先進的城市供能模式。

圖二 綜合能源系統(tǒng)架構示意圖

相較于聯(lián)合國提出的區(qū)域能源概念，綜合能源更強調(diào)能源與城市融合發(fā)展，強調(diào)能源供應和環(huán)境治理相結合，強調(diào)多能互補、梯級利用、循環(huán)利用，強調(diào)源網(wǎng)荷儲協(xié)同聯(lián)動，強調(diào)能源一站式服務，它具有四個鮮明特點：

一是實現(xiàn)環(huán)境優(yōu)先的可持續(xù)發(fā)展。綜合能源通過智能微電網(wǎng)、智能微熱網(wǎng)和儲能技術的應用，最大限度地使用可再生能源。通過統(tǒng)籌規(guī)劃和建設處理城市污廢（包括污水、生活垃圾、餐廚垃圾、污泥等）的市政基礎設施，使能源供應與城市基礎設施相融合，與環(huán)境治理相結合，將城市污廢、余熱等原本廢棄的資源轉變?yōu)榭梢岳玫哪茉础?/p>

二是實現(xiàn)能源供應的可靠安全經(jīng)濟。綜合能源重視可靠安全經(jīng)濟的用能策略，改變以往過分依賴或強調(diào)某一種能源的做法，根據(jù)不同能源的稟賦，按照多能互補、冷熱電氣水一體化的思路，優(yōu)先利用當?shù)乜稍偕茉矗ǔ鞘形蹚U能源、太陽能、淺層地熱能、中深層地熱能等），盡量減少化石能源使用量。綜合能源站工程+智慧能源微網(wǎng)系統(tǒng)采用供熱、供冷、供電、供氣、供水的一體化設計，相較于冷熱電氣水分別建設一套系統(tǒng)，不僅可有效降低設施投資和運維成本，而且可大幅提高能源利用效率。對同一個供能系統(tǒng)，根據(jù)不同能源的稟賦、數(shù)量和價格，利用智慧能源微網(wǎng)系統(tǒng)，靈活調(diào)整用能策略，實現(xiàn)較高的運行效率，做到安全運行和經(jīng)濟運行的動態(tài)平衡。

三是實現(xiàn)能源基礎設施的分布網(wǎng)格化布局。綜合能源改變以往能源基礎設施大集中的做法，根據(jù)城市功能和布局以及冷熱負荷分布特點，分區(qū)規(guī)劃和建設能源供應基礎設施，形成以綜合能源站為節(jié)點的網(wǎng)格化布局，最大程度的接近用能負荷中心，縮短供能距離。網(wǎng)格化的綜合能源系統(tǒng)，既可以單網(wǎng)運行，也能夠多網(wǎng)并行，不僅提高整個供能系統(tǒng)安全性，減少冗余，而且可以根據(jù)城市建設布局和進度分塊建設分步運行，降低投資強度。

四是實現(xiàn)多種能源在源、網(wǎng)、荷、儲的緊密互動。為提高能源系統(tǒng)的環(huán)境可持續(xù)性和安全可靠性，并降低能源價格，綜合能源系統(tǒng)的生產(chǎn)、傳輸、存儲和使用，充分利用不斷進步的智慧能源技術，達到規(guī)劃、設計、運行和管理的系統(tǒng)化、集成化和精細化。

三、智慧能源技術是綜合能源的關鍵

綜合能源是一種能源加工轉換方式，是一種新型基礎設施，是一種全新服務模式。綜合能源發(fā)展與智慧能源技術發(fā)展緊密相關。目前智慧能源技術研究和應用還處于起步階段（表一），國內(nèi)外學者將智慧能源技術的機理理解為：多類負荷關聯(lián)、耦合元件互補、能源網(wǎng)絡互動、新型商業(yè)模式、人為干擾因素，完成多種能流耦合互動。

表一 智慧能源技術的國內(nèi)外研究計劃表（不完全統(tǒng)計）

從目前國內(nèi)外研究成果看，智慧能源技術應用，需要建立多種能源信息采集和傳輸設施、智能能源管理系統(tǒng)（適應各類能源調(diào)度系統(tǒng)需求的支撐平臺）。整個系統(tǒng)軟件由商用數(shù)據(jù)庫軟件、系統(tǒng)綜合平臺、應用子系統(tǒng)等部分組成，采用開放式分布應用環(huán)境，通過數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、實時建模與狀態(tài)感知、優(yōu)化調(diào)度控制、安全分析和預警等軟硬件，實現(xiàn)供能安全保障、多種能源數(shù)據(jù)監(jiān)測、多種能源耦合管理、綜合能源優(yōu)化調(diào)度、經(jīng)濟效益分配和合同能源管理的目標。

能源信息采集、傳輸和數(shù)據(jù)處理設施，采用互聯(lián)網(wǎng)、高速寬帶移動通信網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)等技術，建設冷熱電氣水等多種能源信息采集裝置和通訊傳感網(wǎng)絡，構成綜合能源系統(tǒng)運行的中樞神經(jīng)，為智慧能源管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。同時，建設綜合能源數(shù)據(jù)中心，協(xié)同處理多能流數(shù)據(jù)。

相對于單一電力調(diào)度管理系統(tǒng)，智慧能源管理系統(tǒng)為多種能源系統(tǒng)的耦合提供一套完整的智能運行管理解決方案，主要特點體現(xiàn)在綜合、智能、安全和創(chuàng)新四個方面。其中，“綜合”體現(xiàn)在從原來的單一電力能量管理升級為冷、熱、電、氣、水等能源的綜合管理，從電源電網(wǎng)能量管理升級為源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)同管理 。“智能”體現(xiàn)在從人工到自動控制，從離線到在線管理，從粗放到精細的發(fā)展模式，通過提供能源數(shù)據(jù)服務，提高政府決策的科學性，提升用戶用能體驗和節(jié)能水平?！鞍踩斌w現(xiàn)在各類能源統(tǒng)一生產(chǎn)調(diào)度和供應，能源數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集、研判、預測、共享，統(tǒng)籌節(jié)能和優(yōu)化供能，實現(xiàn)更高水平、更高效率的安全供能?！皠?chuàng)新”體現(xiàn)在緊密結合信息化前沿技術（比如云計算平臺、大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等），以技術創(chuàng)新為基礎實現(xiàn)服務模式創(chuàng)新。

可以看出，智慧能源技術與綜合能源高度相關，是綜合能源實現(xiàn)智能化（或智慧化）的關鍵所在，是能源服務和能源管理現(xiàn)代化的關鍵所在。

四、綜合能源的基本構成和規(guī)劃示例

一般來講，綜合能源充分利用屬地污水和中水能、垃圾焚燒處理余熱、數(shù)據(jù)中心和變電站排熱、太陽能、地熱能、空氣能、河水海水能等低品位能源，以電力、天然氣、氫能等為主供高品位能源，主要通過建設綜合能源站工程+智慧能源微網(wǎng)工程，利用先進熱泵、微型燃機等技術對能源進行加工轉換，實現(xiàn)城市冷熱電氣水的綜合供給。

以國內(nèi)某智慧生態(tài)小鎮(zhèn)的綜合能源規(guī)劃為例，基于“綠色、節(jié)能、循環(huán)、智慧”的小鎮(zhèn)規(guī)劃定位，能源供給考慮能源與城市融合發(fā)展，充分挖掘城市自身潛藏能量，耦合城鎮(zhèn)環(huán)境治理、水環(huán)境及海綿城市建設，消納城市污廢，打造未來城市新型基礎設施的樣板，在滿足小鎮(zhèn)能源需求的同時實現(xiàn)生態(tài)和諧（表二）。

表二 生態(tài)智慧小鎮(zhèn)用能策略規(guī)劃

系統(tǒng)構成從需求側出發(fā)，按照多能互補、梯級利用形式，建設以能源中心（綜合能源站）、智能微電網(wǎng)、智能微熱網(wǎng)為核心，以智慧能源管理為紐帶的多源協(xié)調(diào)、多網(wǎng)融合的綜合能源系統(tǒng)（圖三）。

圖三 某智慧生態(tài)小鎮(zhèn)綜合能源規(guī)劃布局示意圖

與冷熱電氣水分開供應的城市傳統(tǒng)供能模式相比較，智慧生態(tài)小鎮(zhèn)綜合能源的規(guī)劃能源消耗總量減少10%，人均二氧化碳排放量減少30%，規(guī)劃的整體能源利用效率可提高70%以上（達80%左右）；規(guī)劃的投資、成本和電力消耗可節(jié)約10%以上，并大量節(jié)約耗水量和用地量；由于采用多能互補方式，可提高小鎮(zhèn)能源供應可靠度，實現(xiàn)城市供能不中斷，規(guī)劃供電可靠率大于99.99%；政府依托綜合能源系統(tǒng)創(chuàng)新管理方式，推動能源體制機制創(chuàng)新，用戶享受多種能源套餐式服務、冷熱電氣水一站式服務。

規(guī)劃設計的商業(yè)模式是采用使用者付費PPP模式，通過政府授予特許經(jīng)營權，向用戶收取配套費及能源使用費的方式獲得收益。

五、綜合能源是能源高質量發(fā)展的有力抓手

縱觀世界能源發(fā)展趨勢，得益于智慧能源技術發(fā)展的助力，能源生產(chǎn)與消費的邊界將逐漸模糊，能源消費側和供給側趨近“見面”。為重點解決我國能源產(chǎn)業(yè)鏈條不長層次不高、能源生產(chǎn)性服務等配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后、能源與城市融合發(fā)展方面基本空白的問題，未來應以推廣能源新技術新業(yè)態(tài)新模式為主要抓手。

為推動質量變革、效率變革、動力變革，為大力開發(fā)可再生能源、打好安全高效利用可再生能源的基礎條件，能源行業(yè)的轉型升級和創(chuàng)新發(fā)展必須注入新活力。從目前的研究和規(guī)劃成果看，在城市和開發(fā)區(qū)廣泛布局綜合能源這一新型能源基礎設施，推廣綜合能源利用服務體系和運管系統(tǒng)，制定和不斷完善各種類、各區(qū)域、各層級的綜合能源系統(tǒng)數(shù)字化標準體系，配套出臺綜合能源管理辦法和體制機制創(chuàng)新措施，將助力提升我國能源與城市融合發(fā)展水平，大幅提高能源利用效率和服務水平，有利于在能源生產(chǎn)、輸送、存儲、應用和服務等全產(chǎn)業(yè)鏈上實現(xiàn)綠色、安全、高效，引領中國能源進入高質量發(fā)展階段。

 i 根據(jù)國家統(tǒng)計局、國家能源局、中國電力企業(yè)聯(lián)合會公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)整理。

 ii 聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署《城市區(qū)域能源：充分激發(fā)能源效率和可再生能源的潛力》（2015）。

 iii 潘明明 《基于非合作博弈的能源互聯(lián)網(wǎng)多元主體行為分析方法》（華北電力大學，2017）。

 iv 李炳森、吳凡《能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢研究》（《智能計算機與應用》，2017）。

 v 高晗、劉繼春等《全球能源互聯(lián)網(wǎng)下輸電走廊規(guī)劃分析研究》（《四川電力技術》，2017）。

 vi 中國國際工程咨詢有限公司《基礎設施高質量發(fā)展研究》（2019）。