摘要

以智慧能源與互聯網技術相結合為特征的能源互聯網已成為國家“十三五”能源領域的重大戰(zhàn)略性新興產業(yè)。多能源系統(tǒng)是實現能源互聯網規(guī)劃建設的物理基礎。文中首先介紹了能源互聯網的三層架構與多能源系統(tǒng)的基本概念，在此基礎上從能源互聯網價值實現的角度闡述了能源互聯網的規(guī)劃優(yōu)化及商業(yè)模式構建的思路。最后，以山西太原區(qū)域能源互聯網的規(guī)劃建設為實例，對太原區(qū)域能源互聯網的建設背景、潛在價值、關鍵問題和難點幾個方面進行了總結和展望。

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引言

互聯網已成為人類發(fā)展獲取信息的主要基礎設施，基于互聯網的創(chuàng)新層出不窮，李克強總理在2015年工作總體部署中提出“互聯網+”，并期待基于互聯網我國能創(chuàng)造出更多的新技術、新模式[1]。作為支撐人類文明發(fā)展的另一種基礎元素—能源，其發(fā)展相對于互聯網而言，在靈活性、開放性、可擴展性等方面都制約了相關創(chuàng)新活動的開展，轉變能源結構、提高能源效率、創(chuàng)新能源消費等都是能源領域改革面臨的巨大挑戰(zhàn)。以可再生能源與互聯網技術結合為手段的能源互聯網的建設成為國家“十三五”能源領域戰(zhàn)略性新興產業(yè)智能電網方向的重大工程[2]。

能源互聯網是以互聯網思維與理念構建的新型信息—能源融合“廣域網”，它以大電網為“主干網”，以微網、分布式能源等能量自治單元為“局域網”，以開放的信息—能源一體化架構最大限度地適應分布式可再生能源的接入，真正實現自底向上的能量對等分享[3]。在關鍵技術突破方面，能源互聯網對現有能源技術提出了更高要求，并提供了能量路由器、儲能、分布式發(fā)電、柔性交/直流輸電技術、電力電子技術、區(qū)塊鏈技術[4]等關鍵技術進一步發(fā)展的綜合應用平臺。在社會影響方面，能源互聯網將推動能源供給體系的變革，推動能源技術革命，促進電力體制改革，支撐社會生產模式轉型，創(chuàng)新商業(yè)模式、創(chuàng)造就業(yè)機會，促進產業(yè)升級、形成新增長點。

能源互聯網在縱向可以劃分為三層，從低層至頂層依次為物理層、信息層和商業(yè)模式層，如圖1所示。能源互聯網通過信息能量深度耦合以及多能源系統(tǒng)的廣泛集成，能夠實現電能、冷、熱能的高效生產、靈活控制以及智能利用，促進可再生能源的大幅接入，實現開放、靈活互動的電能交易形式，能夠深入挖掘用戶需求響應潛力，最終整體提高終端能源的使用效率，降低能源生產成本，減少全社會碳排放量[5]。從能源互聯網運營商的角度而言，通過靈活控制區(qū)內能量生產環(huán)節(jié)、降低傳輸環(huán)節(jié)能耗、增強能源供應可靠性，利用價格信號充分協調不同時間、空間以及能源形式的使用，大幅度提高終端能源生產與利用效率，從而創(chuàng)造額外的商業(yè)價值;對用戶而言，能夠通過合理安排能源利用，降低能源使用費用，進而降低生產成本;從能源互聯網投資商的角度，通過投資能源互聯網中新能源發(fā)電、冷熱電聯供、先進信息以及控制技術，降低了多能源系統(tǒng)的運營成本，實現了充分的收資回報。

我國已經開始啟動城市級/園區(qū)級能源互聯網的建設。為落實《關于推進“互聯網+”智慧能源發(fā)展的指導意見》(發(fā)改能源〔2016〕392號)[6]、《國家能源局關于組織實施“互聯網+”智慧能源(能源互聯網)示范項目的通知》(國能科技〔2016〕200號)[7]等有關要求，國家能源局在2017年6月底公布了首批55個“互聯網+”智慧能源(能源互聯網)示范項目[8]，其中城市能源互聯網綜合示范項目12個、園區(qū)能源互聯網綜合示范項目12個、其他及跨地區(qū)多能協同示范項目5個。多能源系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃是這些示范工程面臨的首要問題。

集成電、氣、熱、冷等不同形式能源的多能源系統(tǒng)是能源互聯網的物理基礎。多能源系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃能夠有效地考慮各個能源系統(tǒng)之間的互補和耦合關系，彌補原來各個能源系統(tǒng)分開單獨規(guī)劃的不足。然而目前，我國的電力、熱力、燃氣等能源系統(tǒng)均處于各自分立管理、單獨規(guī)劃的狀態(tài)。另外，隨著熱電聯產、電熱泵、吸收式制冷機等分布式能源技術的發(fā)展，不同形式的能源在生產、傳輸、消費等各個環(huán)節(jié)的耦合關系越來越復雜、耦合作用越來越強，這也在客觀上迫使業(yè)界對多能源系統(tǒng)展開研究[9-11]。

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能源互聯網的物理基礎—多能源系統(tǒng)

廣義的多能源系統(tǒng)(Multiple Energy Systems，MES)是指煤炭、天然氣、石油、核能、水能、風能、太陽能等多種形式能源的開發(fā)、轉換、儲備、運輸、調度、控制、管理、使用等環(huán)節(jié)所組成的大系統(tǒng)。多能源系統(tǒng)將所有一次能源通過多個環(huán)節(jié)的轉化與傳輸，最終以電、熱/冷、燃料等形式為人類生產與生活提供動力[12]。圖2給出的是一個典型的面向可再生能源消納的多能源系統(tǒng)能量流動示意圖。

電力、熱力、燃氣等多能源系統(tǒng)進行融合與協同優(yōu)化，充分考慮各能源系統(tǒng)的互補特性，對于提升能源利用效率，降低能源開發(fā)與利用對環(huán)境的影響，促進可再生能源消納具有重要意義。在多種能源形式中，電能是應用最廣泛的能源形式，電力系統(tǒng)是智能化程度最高的能源系統(tǒng)，同時承擔著利用水能、風能以及太陽能的任務。為此，以電力為核心，以能源高效清潔利用為目標，以大規(guī)模可再生能源并網消納為背景，研究電力系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)以及天然氣系統(tǒng)組成的多能源系統(tǒng)的集成與協調優(yōu)化是目前的研究熱點。國際上將該問題稱為“能源系統(tǒng)集成”(Energy Systems Integration，ESI)，是應對能源高效清潔利用的有效途徑。

美國國家能源部于2001年提出了能源集成系統(tǒng)(Integrated Energy System，IES)研究計劃，其目標在于保證能源系統(tǒng)運行可靠性的前提下，提高可再生能源在能源系統(tǒng)中的占比，并促進熱電聯產技術等多能源集成技術的應用與推廣[13]。德國政府于2010發(fā)布了《德國能源構想草案》(Draft German Energy Concept)，著重突出了各能源系統(tǒng)之間協調運行的機制設計與技術實現，并于2011年啟動了能源研究方案的制定與實施工作，其中廣泛涉及新能源發(fā)電、儲能等多能源系統(tǒng)集成關鍵技術的研究。丹麥政府大力支持分布式可再生能源的發(fā)展，利用生物質能進行熱電聯產和集中供熱，致力于高比例可再生能源的消納，并試圖通過電網、熱網、氣網和交通網的協調規(guī)劃和運行，設計相應能源市場機制，充分調動需求側響應資源，力爭在2050年之前實現新能源占比100%[14]。國際上的專家學者在2014年成立了能源系統(tǒng)集成國際聯合研究會(The International Institute for Energy Systems Integration，IIESI)，目的是為了解決能源系統(tǒng)的協調與優(yōu)化問題。IIESI目前已經分別在美國、丹麥以及日本召開了三次國際性會議，在國際上迅速發(fā)展。

瑞士于2003年啟動的“未來能源網絡愿景(Vision of Future Energy Networks)”研究項目中首次提出了能量樞紐(energy hub，EH)的概念[15]。能量樞紐的概念將一個多能源系統(tǒng)抽象成為一個輸入—輸出雙端口網絡，認為一個多能源系統(tǒng)內部電、氣、熱、冷等能源之間的耦合關系從系統(tǒng)外部來看，都是輸入的各種形式的能源，最終轉換為其他形式的能源，以滿足系統(tǒng)輸出端的負荷需求。能量樞紐的輸入和輸出通過一個耦合矩陣建立聯系。能量樞紐建模方法具有高度的抽象性，無論多能源系統(tǒng)的規(guī)模大小，都能通過能量樞紐這一模型工具進行規(guī)范化地描述[16-17]。國內外學者對于能量樞紐在多能源系統(tǒng)規(guī)劃、運行中的應用也已經開展了詳細的研究[18-19]。

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從

能源互聯網的規(guī)劃就是回答能源互聯網價值來自哪里、怎樣實現、怎樣分配的問題。能源互聯網價值源于多能源系統(tǒng)的集成、耦合與互補，最大化多能源系統(tǒng)之間的集成效益是能源互聯網規(guī)劃的目標;能源互聯網的價值實現要基于具體的規(guī)劃方法與方案;要實現能源互聯網創(chuàng)造價值的合理分配，則需要合理的商業(yè)模式設計。

2.1 能源互聯網的價值來源—多能源系統(tǒng)集成

能源互聯網的價值來源于多能源系統(tǒng)的集成，包括電力與天然氣系統(tǒng)集成、電力與熱力系統(tǒng)集成等。

現階段中國燃氣機組在電力系統(tǒng)中所占比重較小，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)協調運行往往不考慮天然氣網絡的運行工況。而實際上，天然氣的輸送及供應能力會對電力系統(tǒng)中燃氣機組的運行產生影響，如果燃氣機組同時承擔熱力負荷，那么氣網的運行狀況還會對熱力系統(tǒng)產生影響。因此，在能源系統(tǒng)集成時，需建立精細化氣網模型，將燃氣的供應能力及天然氣管網的運行狀況考慮進去。

C.Unsihuay與J.W.Marangon[20]建立了天然氣和電力系統(tǒng)的聯合優(yōu)化運行模型，模型中考慮了壓氣機與儲氣設施的影響，采用進化策略算法并結合內點法進行求解。伊利諾伊理工大學的M.Eremia[21]將天然氣管網約束加入到機組組合模型中，綜合考慮了燃氣合同以及燃氣管道輸送能力等限制條件。

電力系統(tǒng)與熱力系統(tǒng)的集成，除需保證電力系統(tǒng)自身的安全運行以外，還需滿足熱力系統(tǒng)的相關約束，需要建立熱力系統(tǒng)的運行模型。熱力系統(tǒng)是一個多輸入多輸出系統(tǒng)，其能量傳輸過程具有明顯的延時與損耗，同時，其水力過程與熱力過程相互耦合，使得整個系統(tǒng)較為復雜。目前國內外還有許多關于電熱協調運行的研究，分析如何打破“以熱定電”原則，促使熱電聯產機組靈活運行。龍虹毓等人[22]基于采暖熱水負荷和電力負荷等約束，建立了對熱電聯產機組和風力發(fā)電機組節(jié)能優(yōu)化調度的數學模型，并基于我國現行電價和供暖熱價，討論了風電供暖的上網電價問題。Nuytten等人[23]分析了加裝儲熱環(huán)節(jié)對熱電聯產系統(tǒng)的作用，同時比較了集中式儲熱與分布式儲熱這兩種情況下的效益問題。Lund等人[24]針對丹麥的風電消納問題提出了兩種策略，一種是開拓歐洲市場，將剩余風電售到周邊國家，另一種是將熱電聯產機組與電制熱裝置和儲熱裝置結合起來，實現電熱解耦，增強熱電機組的調峰能力，并著重分析了第二種策略的經濟效益。總體而言，國內的相關學者更多的著眼于如何在熱電聯產機組電熱耦合約束的條件下，通過合理的電、熱負荷分配，充分挖掘熱電聯產機組的新能源消納潛力;而國外學者則致力于通過電鍋爐、集中儲熱環(huán)節(jié)等裝置拓展熱電聯產機組的運行邊界，實現電熱解耦，以擴展新能源的消納空間。

2.2 能源互聯網的價值實現方式—多能源系統(tǒng)協同規(guī)劃

多能源系統(tǒng)規(guī)劃是能源互聯網價值實現的保證，只有在規(guī)劃層面協同多個能源系統(tǒng)，充分考慮不同能源形式之間的互補和耦合，建成的能源互聯網工程才具有經濟性上的優(yōu)勢。多能源系統(tǒng)規(guī)劃從空間范圍上可以分為區(qū)域多能源系統(tǒng)規(guī)劃和跨區(qū)多能源系統(tǒng)規(guī)劃兩個大類。

區(qū)域級多能源系統(tǒng)主要指園區(qū)、城市范圍內各種形式能源的生產、轉換、分配和存儲系統(tǒng)，包括分布式電源、配電系統(tǒng)、燃氣調壓柜、換熱站和燃氣、熱水管道等。G. Andersson等人[25]提出了一種混合整數非線性規(guī)劃(mixed-integer nonlinear programming，MINLP)方法，對一個含有若干備選型號的熱電聯產機組(combine heat and power，CHP)、變壓器和燃氣鍋爐的能量樞紐進行規(guī)劃。A.Sheikhi等人[26]提出了一種非線性的規(guī)劃方法，為德黑蘭的一座旅店優(yōu)化CHP、燃氣鍋爐、吸收式制冷機和儲熱裝置的容量和運行模式。Hongbo Ren等人[27]提出了一種規(guī)劃方法，實現了日本一幢含有CHP、儲能裝置和輔助鍋爐的居民樓的年化費用的最小化。P. Arcuri等人[28]闡述了一種冷熱電三聯產系統(tǒng)的設計流程，設計了一座醫(yī)院中的CHP和電熱泵(electric heat pump，EHP)的容量。Ryozo Ooka等人[29]提出了一種基于遺傳算法的方法，為每種樓宇多能源系統(tǒng)結構選擇最優(yōu)的設備容量和運行方案。Pierluigi Mancarella等人[30]在考慮了不同的運行策略的情況下對不同的冷熱電三聯產系統(tǒng)結構進行運行模擬，以此挑選最優(yōu)的系統(tǒng)結構。

跨區(qū)多能源系統(tǒng)往往涉及到能夠遠距離傳輸的輸電網絡與天然氣網絡，與區(qū)域多能源系統(tǒng)的規(guī)劃不同，跨區(qū)多能源系統(tǒng)規(guī)劃需要考慮若干區(qū)域多能源系統(tǒng)之間的網絡連接關系。Xiaping Zhang等人[31]以降低系統(tǒng)建設、運行總成本和提升系統(tǒng)可靠性為優(yōu)化目標，引入能源綜合利用效率、碳排放量等評價指標，對系統(tǒng)中的傳統(tǒng)發(fā)電機組、輸電線路、燃氣爐和熱電聯產機組同時進行規(guī)劃，并對各能源系統(tǒng)分開單獨規(guī)劃、多能源系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃、熱電聯產機組容量事先固定等多種情形進行對比分析，結果表明多能源系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃有利于降低系統(tǒng)建設、運行總成本和提高系統(tǒng)可靠性。Qiu等人[32]提出一種電氣互聯系統(tǒng)的聯合規(guī)劃方案，以降低其總的投資和運維成本，并對目標函數和約束條件中的非線性項進行了線性化，通過迭代求解實現兩個互聯系統(tǒng)的總體最優(yōu)規(guī)劃。

2.3 能源互聯網的商業(yè)模式—能源互聯網的價值分配

能源互聯網的建設需要合理的商業(yè)模式支撐。能源互聯網橫跨多個能源領域，除了能源基礎設施投資外，還包括信息平臺以及能源服務商等多個跨行業(yè)要素，因此能源互聯網建設必然呈現多元投資、多主體參與運營的形態(tài)，需要創(chuàng)新的商業(yè)模式，實現其創(chuàng)造價值在多投資主體和用戶之間進行合理分配。

國家發(fā)改委和國家能源局于2016年7月發(fā)布了《關于推進多能互補集成優(yōu)化示范工程建設的實施意見》(發(fā)改能源〔2016〕1430號)[33]，其中明確提出要“創(chuàng)新終端一體化集成供能系統(tǒng)商業(yè)模式，鼓勵采取電網、燃氣、熱力公司控股或參股等方式組建綜合能源服務公司從事市場化供能、售電等業(yè)務，積極推行合同能源管理、綜合節(jié)能服務等市場化機制”。英國的許多能源供應商不僅向家庭用戶提供電力，還向家庭用戶提供天然氣，比如EDF Energy公司。美國的綜合能源供應商也發(fā)展得較好，如美國太平洋煤氣電力公司和愛迪生電力公司等均屬于典型的綜合能源供應公司[34]。我國的一些企業(yè)也初步開始嘗試向綜合能源供應商轉變，如原先主要開展城市燃氣業(yè)務的新奧集團提出了“泛能網”的概念[35]，將燃氣、熱、冷聯系起來，開發(fā)電熱冷三聯產項目，將電、熱、冷、氣同時向用戶進行銷售。

綜合能源需求響應也是能源互聯網背景下的一種重要的商業(yè)模式。隨著能源互聯網建設的深入推進，多表合一設備、雙向通信技術、蓄能技術為需求響應的進一步發(fā)展提供了堅實的技術支撐，需求響應的綜合性、靈活性、可控性、規(guī)模性將產生實質性飛躍，將真正具備能源互聯網愿景中所描述的互動性特征。需求響應也將發(fā)展為用戶側互動形式參與能源網運行，與大規(guī)模風電、電動汽車等新能源、新用能設備相協調，促進可再生能源、低碳用能設備在能源互聯網中的大規(guī)模滲透。為了滿足能源互聯網環(huán)境下多能互補、按需互動、精準移峰的需求，有必要進一步研究多能源在負荷側的智能協同互補、負荷恢復時段可調度的用戶側互動模式，以深入挖掘互動用戶的移峰能力并實現多源互動負荷與系統(tǒng)供能資源的最優(yōu)配合。如何設計合理的多時空尺度綜合需求響應互動機制，如何構建清晰流暢的用戶側參與能源供應互動的操作流程，如何評估綜合需求響應互動機制均是目前需要研究探索的關鍵問題。

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山西太原區(qū)域能源互聯網的實踐

3.1 太原區(qū)域能源互聯網建設背景

為貫徹落實國務院的“互聯網+”行動，山西省政府于2016年1月頒布了《山西省關于積極推進“互聯網+”行動的實施意見》[36]，太原市政府于2016年6月下發(fā)了《太原市推進“互聯網+”行動實施方案》[37]，“互聯網+”智慧能源是兩個文件中一項重要內容。《實施意見》和《實施方案》中均強調了要積極推進能源生產智能化改造，實現物聯網、大數據、云計算等新一代互聯網信息技術對能源生產、傳輸、配送、消費、市場管理和服務的支持，催生能源生產、消費、服務的新業(yè)態(tài)和商業(yè)新模式。大力推進分布式能源和電動汽車等多元化負荷發(fā)展，促進“源—網—荷”協調互動，實現傳統(tǒng)配電網向智能電網轉型升級。

2016年3月30日，山西科技創(chuàng)新城被山西省政府批復為省級高新技術產業(yè)區(qū)，是未來國際性煤基產業(yè)科技創(chuàng)新中心、組織中心和技術服務中心，山西省新型城鎮(zhèn)化和城市示范區(qū)，山西省新型城鎮(zhèn)化和綠色、低碳、生態(tài)、智慧城市示范區(qū)。圖3是山西科技創(chuàng)新城的區(qū)位劃分圖。山西科創(chuàng)城的建設為能源互聯網的建設應用提出了現實需求。以“能源互聯網”為主要內容將山西科創(chuàng)城打造成為“智慧低碳新區(qū)”，符合高新產業(yè)園區(qū)和經濟技術開發(fā)區(qū)的標準，能夠享有實施能源互聯網的政策支持。

3.2 太原區(qū)域能源互聯網的價值分析

太原區(qū)域能源互聯網的潛在價值可以分為經濟價值和社會價值兩方面。

3.2.1 經濟價值

(1)充分挖掘現有電力輸配網絡的資產利用潛力，通過智能的傳感、通訊以及分析技術，提高對于山西太原地區(qū)現有以及新增基礎電網設施的利用率，節(jié)約配電網的基礎設施投資。

(2)通過分布式發(fā)電、能量路由器、多能源系統(tǒng)能源與控制新技術的引進，提高整個山西太原地區(qū)供能系統(tǒng)的整體利用效率、節(jié)約能耗、降低山西太原地區(qū)商業(yè)用戶的用電、用熱、用冷、用氣成本。

(3)通過靈活互動的機制創(chuàng)新、智能化的通訊控制技術，激活山西太原地區(qū)工業(yè)與居民用戶側的需求響應能力，通過能源互聯網把能源的供應與消費“鏈接”起來，促進形成更加友好、高效的能源消費行為，使用戶能夠通過改進用能行為而獲得經濟效益。

徹底改變現有能源產業(yè)的產業(yè)結構與行業(yè)組織方式，催生出大量新興的產業(yè)機會和經濟增長點，促進地區(qū)的產業(yè)集群與升級

(4)通過構建太原地區(qū)開放、獨立、多邊接入的互聯網式的能源交易運營平臺，在能源的供應、消費體系中建設一個能源交易、共享的平臺，撬動社會各界對于分布式能源的高效利用，激活第三方資本與民間力量參與，。

3.2.2 社會價值

(1)通過建設光伏、光熱、分布式冷熱電三聯供、冰蓄冷裝置、電動汽車充(放)電樁、智能家居系統(tǒng)等清潔能源生產、消費、存儲設備，能夠提高整個山西太原地區(qū)供能系統(tǒng)的整體利用效率、降低污染排放，有助于太原及周邊地區(qū)環(huán)境改善。

(2)通過建設配電以及供熱、供冷管網優(yōu)化能源生產環(huán)節(jié)，科學規(guī)劃配電以及供熱、供冷管網，提高能量傳輸效率以及傳輸環(huán)節(jié)基礎設施的利用效率，降低能源設施對土地以及其他社會資源的消耗。

(3)多能源系統(tǒng)能源控制、智能調度等新技術的引進，可以提高整個供能系統(tǒng)的整體利用效率、節(jié)約能耗、降低用能成本，實現能源的低碳化供應。

(4)多能源系統(tǒng)能量管理控制系統(tǒng)將對周邊地區(qū)能源結構轉型研究探討提供充分的示范效益。

3.3 太原區(qū)域能源互聯網構建的關鍵問題和難點

對國內外區(qū)域能源互聯網研究現狀及山西科創(chuàng)城能源互聯網項目實際需求進行綜合分析，以下3個問題是區(qū)域能源互聯網規(guī)劃建設運營中存在的關鍵問題和難點。

3.3.1 多能源系統(tǒng)規(guī)劃與運行

圖4是山西太原科技創(chuàng)新城多能源系統(tǒng)能量流圖。區(qū)域能源互聯網綜合了電、氣、熱、冷各類能源，融合了各類新能源、新技術，以實現多種能源間協同互補，提高整體能源利用率。太原區(qū)域能源互聯網多能源系統(tǒng)中電、熱、冷、生活熱水的供應渠道及相應的價值創(chuàng)造如下。

(1)供電：光伏發(fā)電+冷熱電三聯供+市電+儲能。

價值創(chuàng)造：光伏發(fā)電采取“自發(fā)自用”模式，在需求側就地平抑用電負荷曲線，削減負荷峰值，實現容量電費的節(jié)省;通過儲能以及需求響應配合冷熱電三聯供機組的發(fā)電調度計劃，縮減負荷峰谷差并擴大光伏發(fā)電的消納空間。

(2)供暖：區(qū)域外熱網+冷熱電三聯供+地源熱泵+電采暖(配合儲熱)。

價值創(chuàng)造：通過熱電聯產提升熱能的利用效率;儲熱作為電力系統(tǒng)的部分“虛擬儲能”為電力系統(tǒng)提供了靈活性，降低對區(qū)域外熱網供應的剛性需求，提升了熱電廠靈活性，同時配合電采暖聯合運行降低供暖成本。

(3)供冷：冷熱電三聯供+電空調+蓄冷。

價值創(chuàng)造：與供暖類似，冷熱電三聯供提升了制冷效率，冰蓄冷為電力系統(tǒng)提供靈活性，同時配合電空調聯合運行降低供冷成本。

(4)生活熱水供應：光熱+冷熱電三聯供+燃氣熱水+電熱水。

價值創(chuàng)造：充分利用可再生能源降低熱水供應成本，冷熱電三聯供充分利用了低品位的熱源，燃氣熱水和電熱水為生活熱水的供應提供靈活性。

在多能源系統(tǒng)的物理基礎上，需要提出綜合能源監(jiān)控系統(tǒng)的體系架構和功能應用，在統(tǒng)一的平臺上實現電、氣、熱、冷等多能源的集中信息采集，實時監(jiān)測控制，統(tǒng)一調度運行，并延伸為用戶提供增值服務是需要研究的難點及關鍵點。針對這個關鍵點，一方面需要研究面向調度運行、分析決策、交易結算等不同業(yè)務，面向用戶、運營商等不同對象的監(jiān)控系統(tǒng)自動化、信息化、智能化功能架構、信息體系、設備參數和二次網絡結構;基于區(qū)域能源互聯網商業(yè)模式和分布式能源對能源傳輸網絡影響的定性、定量分析，研究含分布式能源的電、氣、熱、冷等多能源綜合調度運行方法。另一方面需要研究基于綜合能源調度運行與監(jiān)控系統(tǒng)的區(qū)域能源控制中心總體構架和主要功能，提出包含交易層、調控層、生產管理層及增值服務層等多層次的綜合能量管理控制系統(tǒng)工作機制和應用流程;研究區(qū)域能源互聯網信息安全體系。

3.3.2 基于多能源系統(tǒng)的綜合需求響應策略設計

區(qū)域能源互聯網利用智能需求側管理引導用戶合理用能，實現對能源負荷進行削峰填谷，降低能源備用、能源設備投資。根據太原地區(qū)的實際情況，如何基于多能源系統(tǒng)制定智能需求側管理互動機制，準確設計綜合需求側響應的市場交易機制是需要研究的關鍵點，如何對需求響應資源的互動效益進行評估是需要研究的難點。

針對目前綜合需求響應研究較少的現狀，需要研究綜合需求響應的基礎理論和基本模型，建立基于多能源系統(tǒng)的電—熱/冷、電—氣需求響應彈性計算模型，提出綜合需求響應潛力評估模型。另外需要對綜合需求響應資源給電網運行帶來的經濟效益與社會效益進行全方位分析，建立綜合需求響應資源互動效益計算模型，評價不同類型需求側響應對售電公司售電利潤的影響，在此基礎上針對山西電網煤電機組為主的特點，研究綜合需求側響應對改善火電機組運行能耗的影響，測算綜合需求側響應帶來的節(jié)能減排效益。

3.3.3 區(qū)域能源互聯網運營與商業(yè)模式

區(qū)域能源互聯網的投資建設及運營需要社會各方的參與。面對新一輪電力體制改革，供電公司作為區(qū)域能源互聯網主體運營商，該制定何種運營和商業(yè)模式是需要研究的難點及關鍵點。

針對這個關鍵點，需要對主體運營商的運營與商業(yè)模式、分布式能源和綜合需求響應的商業(yè)模式與效益、考慮傳輸容量約束的多能源系統(tǒng)運行方法三個方面進行分析與研究。

首先，針對區(qū)域能源公司的運營與商業(yè)模式進行調研，重點研究國內外區(qū)域電、氣、熱、冷綜合供應商的運營模式。在此基礎上，研究新一輪電改中關于售電側的市場機制和國家政策，以掌握區(qū)域能源公司運營的政策背景。在此背景下，調研太原地區(qū)電、熱、冷、氣能源交易現狀，研究區(qū)域能源公司在“互聯網+”背景下的購售電、個性化服務等商業(yè)模式，并研究支撐這些商業(yè)模式的市場交易機制。研究能夠協同能源購售、第三方分布式能源、分布式儲能、以及用戶互動的區(qū)域能源公司運營模式。

其次，調研我國現行分布式能源補貼政策以及太原地區(qū)終端電價、熱價、氣價信息，結合新一輪電改帶來的售電側“紅利”，研究分布式能源在銷售側市場放開情況下的盈利空間，給出不同情境下的盈利范圍。采用運行模擬的方法，分析不同投資機制下分布式能源的經濟效益;對于需求響應資源種類進行調研，按照不同的參照標準對于需求響應資源進行分類，分析不同類型的需求響應資源的響應特點，分析每種需求響應資源能夠發(fā)揮的潛在效益，在此基礎上設計基于多能源系統(tǒng)的綜合需求管理商業(yè)模式。

最后，根據山西科創(chuàng)城的規(guī)劃情況，選取合理的負荷指標及動態(tài)模型，對園區(qū)的電、熱、冷負荷需求進行動態(tài)預測分析，繪制區(qū)域內不同季節(jié)典型日的逐時負荷曲線及年負荷曲線。綜合以上結果，設計區(qū)域能源公司運營效益最大化、考慮傳輸容量約束的多能源系統(tǒng)運行方法。特別是針對不同季節(jié)太原地區(qū)對電、熱、冷、氣需求量的差異，設計經濟效益最大化的多種運行方式。

4

結語

明晰與界定區(qū)域能源互聯網創(chuàng)造的價值是實現能源互聯網價值創(chuàng)造以及將創(chuàng)造的價值在多方投資主體和用戶之間進行合理分配的前提。在區(qū)域能源互聯網的框架之下，電、氣、熱、冷各類能源及相應技術相互耦合、協同互補，形成了區(qū)別于傳統(tǒng)分立能源系統(tǒng)的多能源系統(tǒng)，提高了能源利用效率，降低了整個能源供應系統(tǒng)的運營成本，這便是區(qū)域能源互聯網創(chuàng)造的價值。在介紹了能源互聯網的三層架構與多能源系統(tǒng)的基本概念的基礎上，本文闡述了能源互聯網價值的創(chuàng)造與實現途徑以及能源互聯網價值的分配模式。以山西太原區(qū)域能源互聯網的規(guī)劃建設為實例，對太原區(qū)域能源互聯網的建設背景、潛在價值、關鍵問題和難點以及技術路線幾個方面進行了總結和展望。

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黃武靖

作者簡介：黃武靖(1995)，男，博士研究生，主要從事多能源系統(tǒng)的建模、運行和規(guī)劃的研究工作，E-mail：hwj17@mails.tsinghua.edu.cn。

張寧(1985)，男，副教授，主要從事新能源、電力系統(tǒng)規(guī)劃及運行、多能源系統(tǒng)的研究工作，E-mail：ningzhang@tsinghua.edu.cn。

董瑞彪(1967)，男，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)規(guī)劃與運行、區(qū)域能源互聯網的研究工作，E-mail：tydrb214@163.com。