深度丨實例分析區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化及商業(yè)思路

1、深度|實例分析區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化及商業(yè)思路摘要：以智慧能源與互聯(lián)網(wǎng)技術相結合為特征的能源互聯(lián)網(wǎng)已成為國家“十三五”能源領域的重大 戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。多能源系統(tǒng)是實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃建設的物理基礎。文中首先介紹了能源互聯(lián) 網(wǎng)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(lián)網(wǎng)價值實現(xiàn)的角度闡述了能源互 聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)的規(guī)劃建設為實例， 對太原區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)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。關鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng);多能源系統(tǒng);協(xié)同規(guī)劃;商業(yè)模式;綜合需求響應基金項目：國家自然科學基金重點國際（地區(qū)）合作與交流項目（51

2、620105007）汕西電網(wǎng)公司科技 項目“太原區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術（運營模式）研究與示范應用”。0引言互聯(lián)網(wǎng)已成為人類發(fā)展獲取信息的主要基礎設施，基于互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)+”，并期待基于互聯(lián)網(wǎng)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一能源，其發(fā)展相對于互聯(lián)網(wǎng)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(zhuǎn)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(lián)網(wǎng)技術結合為手段的能源互聯(lián) 網(wǎng)的建設成為國家“十三五”能源領域戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)智能電網(wǎng)方向的

3、重大工程2。能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)思維與理念構建的新型信息一能源融合“廣域網(wǎng)”，它以大電網(wǎng)為“主干網(wǎng)”， 以微網(wǎng)、分布式能源等能量自治單元為“局域網(wǎng)”，以開放的信息一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(xiàn)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(lián)網(wǎng)對現(xiàn)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(lián)網(wǎng)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(chǎn)模式轉(zhuǎn)型，創(chuàng)新商業(yè)模式、創(chuàng)造就業(yè)機會，促進產(chǎn)業(yè)升級、形成新

4、增長點?；鰎用能信息數(shù)抑甘配電膈供JV誨阻貉 N 燃氣回格 口智巷靠源大A 監(jiān)控笛統(tǒng)信息層hi耕怦旄川雁采遙爪世栽沽.冰楊冷黃ji.智能宗屆說榨終期.分布式光橘 14電監(jiān)悴理啤-置、妹偵光抱、倦 宇牛州腿曖系統(tǒng)背瓦燃，迎1 一監(jiān)物H*狀圖1能源互聯(lián)網(wǎng)三層架構Fig. 1 Three-layer framework of energy internet能源互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)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?qū)崿F(xiàn)電能、冷、熱能 的高效生產(chǎn)、靈活控制以及智能利用，促進可再生能源的大幅接入，實現(xiàn)開放、靈活

5、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(chǎn) 成本，減少全社會碳排放量5。從能源互聯(lián)網(wǎng)運營商的角度而言，通過靈活控制區(qū)內(nèi)能量生產(chǎn) 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(xié)調(diào)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(chǎn)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(chǎn)成本；從能源互聯(lián)網(wǎng)投資商的角 度，通過投資能源互聯(lián)網(wǎng)中新能源發(fā)電、冷熱電聯(lián)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(xiàn)了充分的收資回報。我國已經(jīng)開始啟動城市級/園區(qū)級能源互聯(lián)

6、網(wǎng)的建設。為落實關于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展 的指導意見（發(fā)改能源2016392號）6、國家能源局關于組織實施“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（能 源互聯(lián)網(wǎng)）示范項目的通知（國能科技2016200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(lián)網(wǎng)+”智慧能源（能源互聯(lián)網(wǎng)）示范項目8，其中城市能源互聯(lián)網(wǎng)綜合示 范項目12個、園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)綜合示范項目12個、其他及跨地區(qū)多能協(xié)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(lián)網(wǎng)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

7、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(lián)產(chǎn)、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(chǎn)、 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。1能源互聯(lián)網(wǎng)的物理基礎一多能源系統(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(zhuǎn)換、儲備、運輸、調(diào)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(zhuǎn)

8、化與傳輸，最終以電、熱/冷、燃料等 形式為人類生產(chǎn)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。At天然氣水電w供熱需求供冷需求供氣需求風能 潦I 太陽能電力尚求圖2典型的多能源系統(tǒng)能量流動示意圄Fig. 2 Schematic diagram of energy flows in a電力、熱力、燃氣等多能源系統(tǒng)進行融合與協(xié)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

9、、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)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)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(xié)調(diào)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(lián)產(chǎn)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

10、源構想草案 (Draft German Energy Concept)，著重突出了各能源系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)運行的機制設計與技術實現(xiàn)， 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(zhì)能進行熱電 聯(lián)產(chǎn)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(wǎng)、熱網(wǎng)、氣網(wǎng)和交通網(wǎng)的協(xié) 調(diào)規(guī)劃和運行，設計相應能源市場機制，充分調(diào)動需求側(cè)響應資源，力爭在2050年之前實現(xiàn)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(lián)合研究會(The International In

11、stitute for Energy Systems Integration，IIESI)，目的是為了解決能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào) 與優(yōu)化問題。IIESI目前已經(jīng)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(wǎng)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 輸入一輸出雙端口網(wǎng)絡，認為一個多能源系統(tǒng)內(nèi)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(zhuǎn)換為其他形式的能源，以滿足系

12、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(lián)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(nèi) 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(jīng)開展了詳細的研究18-19。2從價值實現(xiàn)的角度看能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃就是回答能源互聯(lián)網(wǎng)價值來自哪里、怎樣實現(xiàn)、怎樣分配的問題。能源互聯(lián)網(wǎng) 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(lián)網(wǎng)規(guī)劃 的目標;能源互聯(lián)網(wǎng)的價值實現(xiàn)要基于具體的規(guī)劃方法與方案；要實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造價值的合 理分配，則需要合理的商業(yè)模式設計。

13、2.1能源互聯(lián)網(wǎng)的價值來源一多能源系統(tǒng)集成能源互聯(lián)網(wǎng)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)集成現(xiàn)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(xié)調(diào)運行往往不考慮天然氣網(wǎng) 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(chǎn)生影響， 如果燃氣機組同時承擔熱力負荷，那么氣網(wǎng)的運行狀況還會對熱力系統(tǒng)產(chǎn)生影響。因此，在能源 系統(tǒng)集成時，需建立精細化氣網(wǎng)模型，將燃氣的供應能力及天然氣管網(wǎng)的運行狀況考慮進去。C.Unsihuay與J.W.Marangon20建立了天然氣和電力系統(tǒng)的聯(lián)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

14、進化策略算法并結合內(nèi)點法進行求解。伊利諾伊理工大學的 M.Eremia21將天然氣管網(wǎng)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(nèi) 外還有許多關于電熱協(xié)調(diào)運行的研究，分析如何打破“以熱定電”原則，促使熱電聯(lián)產(chǎn)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(lián)產(chǎn)機組和風力發(fā)電機 組節(jié)

15、能優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學模型，并基于我國現(xiàn)行電價和供暖熱價，討論了風電供暖的上網(wǎng)電價問題。 Nuytten等人23分析了加裝儲熱環(huán)節(jié)對熱電聯(lián)產(chǎn)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(lián)產(chǎn)機組與電制熱裝置和儲熱裝置 結合起來，實現(xiàn)電熱解耦，增強熱電機組的調(diào)峰能力，并著重分析了第二種策略的經(jīng)濟效益?？?體而言，國內(nèi)的相關學者更多的著眼于如何在熱電聯(lián)產(chǎn)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(lián)產(chǎn)機組的新能源消納潛力；而國外學者則致力于通過電

16、鍋爐、 集中儲熱環(huán)節(jié)等裝置拓展熱電聯(lián)產(chǎn)機組的運行邊界，實現(xiàn)電熱解耦，以擴展新能源的消納空間。2.2能源互聯(lián)網(wǎng)的價值實現(xiàn)方式一多能源系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃多能源系統(tǒng)規(guī)劃是能源互聯(lián)網(wǎng)價值實現(xiàn)的保證，只有在規(guī)劃層面協(xié)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(lián)網(wǎng)工程才具有經(jīng)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(nèi)各種形式能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、分配和存儲系統(tǒng)，包括 分布式電源、配電系統(tǒng)、燃氣調(diào)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(shù)非線性規(guī)劃(mixe

17、d-integer nonlinear programming，MINLP)方法，對一個含 有若干備選型號的熱電聯(lián)產(chǎn)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(xiàn)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(lián)產(chǎn)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

18、 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(lián)產(chǎn)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?shù)妮旊娋W(wǎng)絡與天然氣網(wǎng)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(wǎng)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

19、、輸電線路、燃氣爐和熱電聯(lián)產(chǎn)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(lián)產(chǎn)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(lián)系統(tǒng)的聯(lián)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(shù)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(xiàn)兩個互聯(lián)系統(tǒng)的總體最優(yōu) 規(guī)劃。2.3能源互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式一能源互聯(lián)網(wǎng)的價值分配能源互聯(lián)網(wǎng)的建設需要合理的商業(yè)模式支撐。能源互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)建

20、設必然呈現(xiàn)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(xiàn)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20161430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(wǎng)、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

21、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(zhuǎn)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(wǎng)”的概念35，將燃氣、熱、冷聯(lián)系起來，開發(fā)電熱冷三聯(lián)產(chǎn)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(lián)網(wǎng)背景下的一種重要的商業(yè)模式。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)生實質(zhì)性飛躍，將真正具備能源互聯(lián)網(wǎng)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(cè)互動形式參與能源網(wǎng)運行，與大規(guī)模風電、電

22、動汽車等新能源、新用能設備相協(xié)調(diào)，促進可再生能源、低碳用能設備在能源互聯(lián)網(wǎng)中的大規(guī)模 滲透。為了滿足能源互聯(lián)網(wǎng)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(cè)的智能協(xié)同互補、負荷恢復時段可調(diào)度的用戶側(cè)互動模式，以深入挖掘互動用戶的 移峰能力并實現(xiàn)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(cè)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。3山西太原區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的實踐3.1太原區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)建設背景為貫徹落實國務院的“互聯(lián)網(wǎng)+”行動，山西省政府于2016年1月頒布

23、了山西省關于積極推進“互 聯(lián)網(wǎng)+”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(lián)網(wǎng)+”行動實 施方案37，“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源是兩個文件中一項重要內(nèi)容。實施意見和實施方案中 均強調(diào)了要積極推進能源生產(chǎn)智能化改造，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代互聯(lián)網(wǎng)信息技 術對能源生產(chǎn)、傳輸、配送、消費、市場管理和服務的支持，催生能源生產(chǎn)、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“源一網(wǎng)一荷”協(xié)調(diào)互 動，實現(xiàn)傳統(tǒng)配電網(wǎng)向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)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(chǎn)業(yè)區(qū)，是未來國際性 煤基產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新中

24、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(lián)網(wǎng)的建設應用提出了現(xiàn)實需求。以“能源互聯(lián)網(wǎng)”為主要內(nèi)容將山西科創(chuàng) 城打造成為“智慧低碳新區(qū)”，符合高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)和經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)的標準，能夠享有實施能源互 聯(lián)網(wǎng)的政策支持。圖3山西科技創(chuàng)新城區(qū)位分圖Fig. 3 Zoning map of Shanxi Science and Technology jinovaiiOii Town3.2太原區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的價值分析太原區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的潛在價值可以分為經(jīng)濟價值和社會價值兩方面。

25、3.2.1經(jīng)濟價值充分挖掘現(xiàn)有電力輸配網(wǎng)絡的資產(chǎn)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(xiàn)有以及新增基礎電網(wǎng)設施的利用率，節(jié)約配電網(wǎng)的基礎設施投資。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。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(cè)的 需求響應能力，通過能源互聯(lián)網(wǎng)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(jīng)濟效益。通過構建太原地區(qū)開放、獨立、

26、多邊接入的互聯(lián)網(wǎng)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，徹底改變現(xiàn)有能源產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構與行業(yè)組織方式，催生出大量新興 的產(chǎn)業(yè)機會和經(jīng)濟增長點，促進地區(qū)的產(chǎn)業(yè)集群與升級。3.2.2社會價值通過建設光伏、光熱、分布式冷熱電三聯(lián)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(chǎn)、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。通過建設配電以及供熱、供冷管網(wǎng)優(yōu)化能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)，科學規(guī)劃配電以及供熱、供冷管網(wǎng)， 提高能量傳

27、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。多能源系統(tǒng)能源控制、智能調(diào)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(xiàn)能源的低碳化供應。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(zhuǎn)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(lián)網(wǎng)構建的關鍵問題和難點圖4太原區(qū)域直官源巨聯(lián)網(wǎng)多官勰素統(tǒng)能量流圖Fig. 4 Energy flow chart of MES in Taiyuan regioni energy i：留tM對國內(nèi)外區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀及山西科創(chuàng)城能源互聯(lián)網(wǎng)項目實際需求進行綜合分析，以下3 個問題是區(qū)域能

28、源互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)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(xiàn)多種能源間協(xié)同互補，提高整體能源利用率。太原區(qū) 域能源互聯(lián)網(wǎng)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。供電：光伏發(fā)電+冷熱電三聯(lián)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(cè)就地平抑用電負荷曲線，削減負荷峰值，實 現(xiàn)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(lián)供機組的發(fā)電調(diào)度計劃，縮減負荷峰 谷差并擴大光伏發(fā)電的消納空間。供暖：區(qū)域外熱網(wǎng)+冷熱電三聯(lián)供+地

29、源熱泵+電采暖(配合儲熱)。價值創(chuàng)造：通過熱電聯(lián)產(chǎn)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(wǎng)供應的剛性需求，提升了熱電廠靈活性，同時配合電采暖聯(lián)合運 行降低供暖成本。供冷：冷熱電三聯(lián)供+電空調(diào)+蓄冷。價值創(chuàng)造：與供暖類似，冷熱電三聯(lián)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(diào)聯(lián)合運行降低供冷成本。生活熱水供應：光熱+冷熱電三聯(lián)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(lián)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)

30、的體系架構和功能應用，在統(tǒng)一的平臺 上實現(xiàn)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(diào)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(diào)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(shù)和二次網(wǎng)絡結構;基于區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式和分布式能源 對能源傳輸網(wǎng)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(diào)度 運行方法。另一方面需要研究基于綜合能源調(diào)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(diào)控層、生產(chǎn)管理層及增

31、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(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)利用智能需求側(cè)管理引導用戶合理用能，實現(xiàn)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(jù)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(cè)管理互 動機制，準確設計綜合需求側(cè)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(xiàn)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)的電一熱/冷、電一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。

32、 另外需要對綜合需求響應資源給電網(wǎng)運行帶來的經(jīng)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(cè)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(wǎng)煤電機組為主的特點，研究綜合需求側(cè)響應對改善火電機組運行能耗的影響， 測算綜合需求側(cè)響應帶來的節(jié)能減排效益。3.3.3區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)運營與商業(yè)模式 區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)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

33、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(diào)研，重點研究國內(nèi)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(cè)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(diào)研太原地區(qū)電、熱、冷、氣能源交易現(xiàn)狀，研究 區(qū)域能源公司在“互聯(lián)網(wǎng)+”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(xié)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(diào)研我國現(xiàn)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

34、來的售電側(cè)“紅利”，研究分布式能源在銷售側(cè)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(jīng)濟效益；對于需求響 應資源種類進行調(diào)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(jù)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(nèi)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

35、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(jīng)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(lián)網(wǎng)創(chuàng)造的價值是實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)的框架之下，電、氣、熱、冷各類能 源及相應技術相互耦合、協(xié)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(lián)網(wǎng)創(chuàng)造的價值。在介紹了 能源互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)價值的創(chuàng)造與 實現(xiàn)途徑以及能源互聯(lián)網(wǎng)價值的分配模式。以山西太原區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)

36、的規(guī)劃建設為實例，對太 原區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)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。參考文獻李克強.政府工作報告一2015年3月5日在第十二屆全國人民代表大會第三次會議上 Z/OL. HYPERLINK /guowuyuan/2015-03/16/content_2835101.htm /guowuyuan/2015-03/16/content_2835101.htm.國家發(fā)展改革委和國家能源局.能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃 Z/OL. HYPERLINK /zcfb/zcfbtz/201701/t20170117_835278.html /zcfb/zcfbtz/2

37、01701/t20170117_835278.html.董朝陽，趙俊華，文福拴，等.從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng)：基本概念與研究框架J.電力系統(tǒng) 自動化，2014, 38(15)： 1-11.Dong Zhaoyang, Zhao Junhua, Wen Fushuan, et al.From Smart Grid to Energy Internet: Basic Concept and Research FrameworkJ.Automation of Electric Power Systems, 2014,38(15): 1-11(in Chinese).張寧，王毅，康重慶，等.能源互聯(lián)網(wǎng)中

38、的區(qū)塊鏈技術：研究框架與典型應用初探J.中國 電機工程學報，2016，36(15)： 4011-4022.Zhang Ning, Wang Yi, Kang Chongqing, et al.Blockchain Technique in the Energy Internet: Preliminary Research Framework and Typical ApplicationsJ.Proceedings of the CSEE, 2016, 36(15): 4011-4022(in Chinese).孫宏斌，郭慶來，潘昭光.能源互聯(lián)網(wǎng)：理念、架構與前沿展望J.電力系統(tǒng)自動化，201

39、5， 39(19)： 1-8.Sun Hongbin, Guo Qinglai, Pan Zhaoguang.Energy Internet:Concept, Architecture and Frontier Outlook J.Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(19): 1-8(in Chinese).國家發(fā)展改革委，國家能源局和工業(yè)和信息化部.關于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導意 見Z/OL. HYPERLINK /xinwen/2016-03/01/content_5047633.htm /xinwen/2016-03/0

40、1/content_5047633.htm.國家能源局.關于組織實施“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源(能源互聯(lián)網(wǎng))示范項目的通知 Z/OL. HYPERLINK /n1515644/n2022693/c4224604/part/4224605.pdf /n1515644/n2022693/c4224604/part/4224605.pdf.國家能源局.關于公布首批“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源(能源互聯(lián)網(wǎng))示范項目的通知 Z/OL. HYPERLINK /auto83/201707/t20170706_2825.htm /auto83/201707/t20170706_2825.htm.賈宏杰，王丹，徐憲東，等.區(qū)

41、域綜合能源系統(tǒng)若干問題研究J.電力系統(tǒng)自動化，2015, 39(7)： 198-207.Jia Hongjie, Wang Dan, Xu Xiandong, et al.Research on Some Key Problems Related to Integrated Energy SystemsJ.Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(7): 198-207(in Chinese).王毅，張寧，康重慶能源互聯(lián)網(wǎng)中能量樞紐的優(yōu)化規(guī)劃與運行研究綜述及展望J.中國電機 工程學報，2015, 35(22)： 5669-5681.Wang

42、Yi, Zhang Ning, Kang Chongqing.Review and Prospect of Optimal Planning and Operation of Energy Hub in Energy InternetJ.Proceedings of the CSEE, 2015, 35(22):5669-5681(in Chinese).邵成成，王錫凡，王秀麗，等.多能源系統(tǒng)分析規(guī)劃初探J.中國電機工程學報，2016, 36(14)： 3817-3828.Shao Chengcheng, Wang Xifan, Wang Xiuli, et al. Probe into An

43、alysis and Planning of Multi-Energy SystemJ. Proceedings of the CSEE, 2016, 36(14): 3817-3828(in Chinese).楊經(jīng)緯，張寧，王毅，康重慶.面向可再生能源消納的多能源系統(tǒng)：述評與展望J/OL.電力系統(tǒng)自動化，2018. HYPERLINK /aeps/ch/reader/view_abstract.aspx?edit_id=20180110100254905&f /aeps/ch/reader/view_abstract.aspx?edit_id=20180110100254905&f lag=

44、2&file_no=201710020000004&journal_id=aeps.Yang Jingwei, Zhang Ning, Wang Yi, Kang Chongqing.Review and Prospect of Multiple Energy Systems Towards Renewable Energy AccommodationJ/OL. Automation of Electric PowerSystems,2018. HYPERLINK /aeps/ch/reader/view_abstract.aspx?edit_id=20180110100254905&flag

45、=2 /aeps/ch/reader/view_abstract.aspx?edit_id=20180110100254905&flag=2 &file_no=201710020000004&journal_id=aeps.Quelhas A, Gil E, Mccalley J D, et al.A Multiperiod Generalized Network Flow Model of the U.S.Integrated Energy System: Part IModel DescriptionJ.IEEE Transactions on Power Systems, 2007, 2

46、2(2): 829-836.Meibom P, Hilger K B, Madsen H, et al.Energy Comes Together in Denmark: The Key to a Future Fossil-Free Danish Power SystemJ.IEEE Power & Energy Magazine, 2013,11(5): 46-55.Geidl M, Koeppel G, Favre-Perrod P, et al.Energy Hubs for the FutureJ.Power & Energy Magazine IEEE, 2007, 5(1):24

47、-30.Wang Y, Zhang N, Kang C, et al.Standardized Matrix Modeling of Multiple Energy SystemsJ.IEEE Transactions on Smart Grid, accepted, in press.DOI: 10.1109/TSG.2017.2737662.Chicco G, Mancarella P.Matrix Modelling of Smallscale Trigeneration Systems and Application to Operational OptimizationJ.Energ

48、y, 2009, 34(3): 261-273.Wang Y, Zhang N, Zhuo Z, et al.Mixed-Integer Linear Programming-Based Optimal Configuration Planning for Energy Hub: Starting from ScratchJ.Applied Energy, accepted, in press.DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.08.114.Geidl M, Andersson G.Optimal Power Flow of Multiple Energy Carrie

49、rsJ.IEEE Transactions on Power Systems,2007, 22(1): 145-155.Unsihuay C, Lima J W M, Souza A C Z D.Modeling the Integrated Natural Gas and Electricity Optimal Power FlowC.Power Engineering Society General Meeting.IEEE, 2007: 1-7.Li T, Eremia M, Shahidehpour M.Interdependency of Natural Gas Network an

50、d Power System SecurityJ.IEEE Transactions on Power Systems, 2008, 23(4): 1817-1824.龍虹毓，馬建偉，吳錯，等.含熱電聯(lián)產(chǎn)和風電機組的電網(wǎng)節(jié)能調(diào)度J.電力自動化設備，2011, 31(11)： 18-22.Long Hongyu, Ma Jianwei, Wu Kai, et al.Energy Conservation Dispatch of Power Grid with Mass Cogeneration and Wind TurbinesJ.Electric Power Automation Equipm

51、ent,2011,31(11): 18-22(in Chinese).Nuytten T, Claessens B, Paredis K, et al.Flexibility of a Combined Heat and Power System with Thermal Energy Storage for District HeatingJ.Applied Energy, 2013, 104(4):583-591.Lund H, Clark W W.Management of Fluctuations in Wind Power and CHP Comparing Two Possible

52、 Danish StrategiesJ.Energy, 2002, 27(5): 471-483.Geidl M, Andersson G.Optimal Coupling of Energy InfrastructuresC. Power Tech, 2007 IEEE Lausanne.IEEE,2008: 1398-1403.Sheikhi A, Ranjbar A M, Oraee H.Financial Analysis and Optimal Size and Operation for a Multicarrier Energy SystemJ.Energy & Buildings, 2011,48(1): 71-78.Ren H, Gao W, Ruan Y.Optimal Sizing for Residential CHP SystemM. Challenges of Power Engineering and Environment.Springer Berlin Heidelber