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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，產業(yè)轉型升級、經濟高質量發(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過去，為構建綠色低碳、安全高效的能源供給體系，為實現生態(tài)良好、美麗中國目標，中國能源行業(yè)從能源生產、能源基礎設施、能源消費，到能源技術和產業(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、高效已經成為世界能源發(fā)展大勢，新一輪科技革命和產業(yè)變革均聚焦能源領域，主要體現在三個方面：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。

改革開放以來，我國能源生產和消費總量持續(xù)增長，一次能源生產總量從 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750千伏交流主網架，除臺灣外已實現全部省級電網交直流互聯。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和消費總量，還是發(fā)電裝機規(guī)模、電網規(guī)模，均居世界首位。

經歷了大電網、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整。今后較長一段時期內，雖然一次能源稟賦造成的“煤炭依賴”現象難以消除，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)化和數字化城市建設，新一代信息技術、現代生命科學、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，是能源產業(yè)鏈條不長、層次不高，能源生產性服務等配套產業(yè)發(fā)展滯后，產業(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)逐步普及熱電聯產， 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，但未實現能源來源多元化和能源供應多樣化。

之后，在完善的電網、天然氣管網有力支撐下，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，出現了采用熱泵技術、利用多種能源實現區(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、公共衛(wèi)生、污水處理、運輸和廢棄物處理等市政服務設施，建設現代區(qū)域能源系統(tǒng)，協(xié)同生產供應熱量、冷量、熱水和供電。

圖一 聯合國環(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+智慧能源微網工程（包括源網荷儲智能微電網和智能微熱網），實現多能互補，實現能源的梯級利用循環(huán)利用，實現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

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

一是實現環(huán)境優(yōu)先的可持續(xù)發(fā)展。綜合能源通過智能微電網、智能微熱網和儲能技術的應用，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>

二是實現能源供應的可靠安全經濟。綜合能源重視可靠安全經濟的用能策略，改變以往過分依賴或強調某一種能源的做法，根據不同能源的稟賦，按照多能互補、冷熱電氣水一體化的思路，優(yōu)先利用當地可再生能源（城市污廢能源、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)，根據不同能源的稟賦、數量和價格，利用智慧能源微網系統(tǒng)，靈活調整用能策略，實現較高的運行效率，做到安全運行和經濟運行的動態(tài)平衡。

三是實現能源基礎設施的分布網格化布局。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)點的網格化布局，最大程度的接近用能負荷中心，縮短供能距離。網格化的綜合能源系統(tǒng)，既可以單網運行，也能夠多網并行，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。

四是實現多種能源在源、網、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、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），國內外學者將智慧能源技術的機理理解為：多類負荷關聯、耦合元件互補、能源網絡互動、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外研究計劃表（不完全統(tǒng)計）

從目前國內外研究成果看，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)（適應各類能源調度系統(tǒng)需求的支撐平臺）。整個系統(tǒng)軟件由商用數據庫軟件、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，通過數據采集和監(jiān)控、實時建模與狀態(tài)感知、優(yōu)化調度控制、安全分析和預警等軟硬件，實現供能安全保障、多種能源數據監(jiān)測、多種能源耦合管理、綜合能源優(yōu)化調度、經濟效益分配和合同能源管理的目標。

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

相對于單一電力調度管理系統(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，主要特點體現在綜合、智能、安全和創(chuàng)新四個方面。其中，“綜合”體現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，從電源電網能量管理升級為源-網-荷-儲協(xié)同管理 。“智能”體現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，通過提供能源數據服務，提高政府決策的科學性，提升用戶用能體驗和節(jié)能水平。“安全”體現在各類能源統(tǒng)一生產調度和供應，能源數據統(tǒng)一采集、研判、預測、共享，統(tǒng)籌節(jié)能和優(yōu)化供能，實現更高水平、更高效率的安全供能。“創(chuàng)新”體現在緊密結合信息化前沿技術（比如云計算平臺、大數據、“互聯網+”等），以技術創(chuàng)新為基礎實現服務模式創(chuàng)新。

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

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、數據中心和變電站排熱、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，實現城市冷熱電氣水的綜合供給。

以國內某智慧生態(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、智能微熱網為核心，以智慧能源管理為紐帶的多源協(xié)調、多網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業(yè)鏈條不長層次不高、能源生產性服務等配套產業(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、輸送、存儲、應用和服務等全產業(yè)鏈上實現綠色、安全、高效，引領中國能源進入高質量發(fā)展階段。

 i 根據國家統(tǒng)計局、國家能源局、中國電力企業(yè)聯合會公布的統(tǒng)計數據整理。

 ii 聯合國環(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網多元主體行為分析方法》（華北電力大學，2017）。

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

 v 高晗、劉繼春等《全球能源互聯網下輸電走廊規(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）。