城市能源數(shù)字化的規(guī)劃方法2023

能源與未來(lái)城市息息相關(guān)。城市建設(shè)、人口集聚、經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開(kāi)能源支撐。工業(yè)革命以來(lái)，電力、天然氣、石油化工等能源已然深刻的嵌入城市生活，影響著人們衣食住行的方方面面。人類正在經(jīng)歷大規(guī)?？焖俪鞘谢?，隨著城市化的日益臨近，巨量的能源消耗帶來(lái)嚴(yán)峻的環(huán)境危機(jī)，威脅到人類在自然中的生存。當(dāng)前，國(guó)際社會(huì)呼吁節(jié)能、減碳的戰(zhàn)略與行動(dòng)，能源系統(tǒng)的變革與轉(zhuǎn)型將對(duì)城市和人類的未來(lái)帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。對(duì)中國(guó)而言，能源革命是生態(tài)文明建設(shè)的重要?jiǎng)恿捅碚?，面向未?lái)城市的能源規(guī)劃是當(dāng)務(wù)之急。以電能與互聯(lián)為核心是能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的重要依托，在國(guó)內(nèi)外的相關(guān)實(shí)踐中，逐漸涌現(xiàn)出了多層級(jí)互聯(lián)的城市能源系能源系統(tǒng)內(nèi)部互聯(lián)能源系統(tǒng)內(nèi)部互聯(lián)以人為核心，通過(guò)聯(lián)動(dòng)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”等多個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)供能、用能和儲(chǔ)能模式。其中，以人為核心不僅是指面向人的需求，更要調(diào)節(jié)人的行為?！霸?網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”聯(lián)動(dòng)則是指電源、電網(wǎng)、負(fù)荷與儲(chǔ)能四部分通過(guò)多種交互手段，更經(jīng)濟(jì)、高效、安全地提高電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡能力。能源系統(tǒng)內(nèi)部互聯(lián)需要充分發(fā)揮人與信息的積極作用。在城市能源系統(tǒng)中，人將在能源生產(chǎn)、儲(chǔ)能和需求側(cè)管理中扮演積極角色，能源網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)由被動(dòng)用戶組成的中央系統(tǒng)向以能源社區(qū)為特色的靈活的主動(dòng)用戶網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變。而信息將助力“即時(shí)預(yù)測(cè)-及時(shí)行動(dòng)”的循環(huán)，通過(guò)用能需求端響應(yīng)、預(yù)測(cè)與管理，以及虛擬電廠綜合能源管理與分配，平衡局域用能需求，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的綜合管理、整體優(yōu)化。能源系統(tǒng)內(nèi)部互聯(lián)能源系統(tǒng)內(nèi)部互聯(lián)在社區(qū)尺度有著廣泛的實(shí)踐。社區(qū)作為城市的基本構(gòu)成單元，能源系統(tǒng)內(nèi)部互聯(lián)需要采取“即時(shí)預(yù)測(cè)–及時(shí)行動(dòng)”的循環(huán)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模式。這是為了應(yīng)對(duì)供用電需求波動(dòng)大、儲(chǔ)能端容量有限等挑戰(zhàn)所提出的解決方案。該模式通過(guò)預(yù)先感知用戶用電行為，進(jìn)而對(duì)用戶用電行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，以此為依據(jù)協(xié)調(diào)能源的管理與分配，平衡用電高峰與低谷，以更好實(shí)現(xiàn)用能需求端的響應(yīng)與能源系統(tǒng)內(nèi)部互聯(lián)在德國(guó)E-Energy聯(lián)合能源計(jì)劃中的Meregio項(xiàng)目中得到較好的體表與交通燈電價(jià)系統(tǒng)兩大舉措，實(shí)現(xiàn)“即時(shí)預(yù)測(cè)-及時(shí)行動(dòng)”的規(guī)劃模式。其中，智能電表通過(guò)用戶實(shí)時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)上傳與統(tǒng)計(jì)分析，建立用戶負(fù)載特性曲線，預(yù)測(cè)用戶用電行為，尋找電力供需不匹配的薄弱節(jié)點(diǎn)加以調(diào)控，并在用戶用電行為異常時(shí)發(fā)送智能提醒。交通燈電價(jià)系統(tǒng)則是以電價(jià)為調(diào)控要素，調(diào)整用戶用電行為，助力電力削峰填谷。在交通燈電價(jià)系統(tǒng)中，紅色代表高電價(jià)，黃色代表中等電價(jià)，綠色代表低電價(jià)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，交通燈電價(jià)可有效引導(dǎo)用電習(xí)慣的改變，電力消納問(wèn)題。在實(shí)踐的前3個(gè)月，當(dāng)電價(jià)燈在紅綠轉(zhuǎn)換時(shí)，電力消耗波動(dòng)為月后用戶用電行為得到有效調(diào)整，用電行為逐漸與供電峰谷相契合，達(dá)到穩(wěn)定狀能源系統(tǒng)內(nèi)部互聯(lián)的信號(hào)處理能源系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)多系統(tǒng)信息通信技術(shù)（ICT）的引入，使得能源系統(tǒng)與建筑、交通、環(huán)境等多系統(tǒng)之間的交互聯(lián)動(dòng)更為智能，跨領(lǐng)域協(xié)同能力得到提高。城市能源規(guī)劃需要推動(dòng)多種能源相關(guān)系統(tǒng)在能源生產(chǎn)、傳輸、消耗等環(huán)節(jié)耦合，充分利用不同形式的能源進(jìn)行互濟(jì)互補(bǔ)，以實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的集成聯(lián)動(dòng)，構(gòu)建多種能源優(yōu)化互補(bǔ)、供需互聯(lián)開(kāi)放共享的能源生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、可靠、靈活的城市能源規(guī)劃目標(biāo)。其中，能源相關(guān)系統(tǒng)的內(nèi)涵包含能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型優(yōu)化、工業(yè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)、交通系統(tǒng)清潔發(fā)展、建筑系統(tǒng)能效提升、負(fù)碳技術(shù)開(kāi)發(fā)利用等等。能源系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)多系統(tǒng)德國(guó)柏林歐瑞府能源科技園（EUREF）是能源系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)多系統(tǒng)的典型代表。園區(qū)內(nèi)擁有圍繞新能源和低碳技術(shù)的完整產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，通過(guò)能源、交通、建筑、環(huán)境等系統(tǒng)的協(xié)同，推動(dòng)可持續(xù)園區(qū)建設(shè)與示范。該科技園始建于2008年，占地5.5公頃，早在2014年便已超前實(shí)現(xiàn)了德國(guó)聯(lián)邦政府制定的二氧化碳減排80%的2050年氣候保護(hù)目標(biāo)。這一目標(biāo)主要通過(guò)以下多個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同而實(shí)現(xiàn)1）智能電網(wǎng)建設(shè)。連接建筑、交通、環(huán)境及基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，使得各系統(tǒng)在計(jì)量層面可以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、氣候友好地互聯(lián)2）建筑系統(tǒng)能效提升。園區(qū)內(nèi)樓宇和設(shè)備技術(shù)的建設(shè)以最高能效為首要目標(biāo)，并通過(guò)智能化的能源管理系統(tǒng)集中控制3）交通系統(tǒng)清潔發(fā)展（圖5）。由太陽(yáng)能頂棚、智能電線桿、移動(dòng)電表等設(shè)備向車輛輸送可再生電力，電動(dòng)汽車則作為移動(dòng)儲(chǔ)電設(shè)備接入智能電網(wǎng)，退役汽車的電池還可用作固定電池存儲(chǔ)設(shè)備；（4）氣候中性能源供應(yīng)。建設(shè)能源中心，充分利用沼氣、太陽(yáng)能、風(fēng)能等能源，環(huán)保的發(fā)電發(fā)熱。如熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備燃燒沼氣發(fā)電，余熱用于加熱水，又如在園區(qū)內(nèi)安裝風(fēng)機(jī)與太陽(yáng)能設(shè)備以充分利用風(fēng)光資源，光伏園區(qū)和風(fēng)機(jī)電能產(chǎn)能過(guò)剩時(shí)就會(huì)被報(bào)備在能源中心，將過(guò)剩的電能存在水中。能源系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)多系統(tǒng)在Equigy區(qū)塊鏈電網(wǎng)平臺(tái)也有著較好的展現(xiàn)。Equigy區(qū)塊鏈電網(wǎng)平臺(tái)通過(guò)能源、交通、建筑系統(tǒng)的協(xié)同，應(yīng)對(duì)小規(guī)模的彈性分布式能源統(tǒng)籌運(yùn)營(yíng)問(wèn)題。由于當(dāng)前歐洲處于能源轉(zhuǎn)型期，用能狀態(tài)日益多變、分布式能源越定歐洲跨行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立一個(gè)可靠高效的電力系統(tǒng)。Equigy以區(qū)塊鏈技術(shù)為依托，通過(guò)可信賴的信息中心（如家用電池和電動(dòng)汽車的原始設(shè)備制造商、智能電表和充電一端的儲(chǔ)能設(shè)備（如家用電池、電動(dòng)汽車等）接入電網(wǎng)，平衡電網(wǎng)波動(dòng)。這一解決方案讓可再生能源市場(chǎng)中的大小參與者均能加入能源互聯(lián)交易市場(chǎng)，生產(chǎn)和存儲(chǔ)能源，并促進(jìn)利益相關(guān)者之間的數(shù)據(jù)交換。當(dāng)前，Equigy平臺(tái)的應(yīng)用以項(xiàng)目試點(diǎn)為主。以在瑞士的一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目為例，項(xiàng)目目標(biāo)是使用存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)提供能源初級(jí)控制，通過(guò)小型分散能源的支持來(lái)平衡輸電網(wǎng)的短期波動(dòng)。該項(xiàng)目由聚合器的角色，將控制可控資源的技術(shù)聚合器與Swissgrid聯(lián)系起來(lái)。在項(xiàng)目區(qū)域能源多主體協(xié)同在共同目標(biāo)的引導(dǎo)下，城市能源規(guī)劃在區(qū)域?qū)用娴膽?zhàn)略規(guī)劃制定，不可避免地要面對(duì)協(xié)調(diào)較大空間范圍內(nèi)復(fù)雜利益主體的問(wèn)題。區(qū)域能源的核心理念在于區(qū)域范圍內(nèi)的能源集成優(yōu)化，這一理念的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)多主體協(xié)同。在城市能源規(guī)劃實(shí)踐過(guò)程中，任一環(huán)節(jié)的任一主體均有其特色的價(jià)值主張和利益訴求。在此背景下，倘若對(duì)各個(gè)主體顧此失彼，或是缺乏對(duì)能源系統(tǒng)規(guī)劃全生命周期的經(jīng)濟(jì)性與可行性統(tǒng)籌，將直接影響到項(xiàng)目的長(zhǎng)期可持續(xù)運(yùn)營(yíng)。城市能源規(guī)劃在區(qū)域?qū)用嫘枰⒅囟嗄茉淳W(wǎng)絡(luò)耦合、多利益主體協(xié)同，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。通過(guò)持續(xù)更新戰(zhàn)略規(guī)劃，指導(dǎo)能源系統(tǒng)的近期建設(shè)、反思尚待提升的不足之處、向著最終目標(biāo)不斷邁進(jìn)。歐盟的能源規(guī)劃是區(qū)域能源多主體協(xié)同的典型代表。歐盟及泛歐盟地區(qū)具有電網(wǎng)聯(lián)盟的深厚基礎(chǔ)，而電網(wǎng)發(fā)展也是實(shí)現(xiàn)歐洲“2050年零碳”目標(biāo)的核心工具。域規(guī)劃。TYNDP的制定是一個(gè)為期兩年的過(guò)程。首先是構(gòu)建2030年和2040年歐洲電力系統(tǒng)的場(chǎng)景。例如在2022年的場(chǎng)景報(bào)告（ScenarioReport）中便構(gòu)建了三種場(chǎng)景：成優(yōu)化整體系統(tǒng)效率和靈活性，從而更好地協(xié)調(diào)不同的地理范圍的各個(gè)終端和多種能源類型。TYNDP2022的三種場(chǎng)景一環(huán)。一方面，系統(tǒng)需求研究的結(jié)果對(duì)新項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)具有引導(dǎo)作用；另一方面，每?jī)赡暌淮伍_(kāi)展系統(tǒng)需求研究可以及時(shí)更新項(xiàng)目背后的實(shí)際需求。對(duì)歐盟而言，的詳細(xì)投資計(jì)劃與敏感性研究。在前述報(bào)告的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目發(fā)起人發(fā)起項(xiàng)目，TYNDP制定團(tuán)隊(duì)對(duì)收集到的若干項(xiàng)目進(jìn)行成本效益分析，評(píng)估其是否有助于滿足場(chǎng)景及系統(tǒng)需求，并生成該年的T在2020年的主報(bào)告中展示了區(qū)域能源戰(zhàn)略規(guī)劃最終落實(shí)在實(shí)際工程項(xiàng)目中的詳細(xì)4）討論是否將該項(xiàng)目納入國(guó)家發(fā)展計(jì)劃和TYNDP，5）申請(qǐng)歐洲“共同利益項(xiàng)在“2030碳中和與2060碳達(dá)峰”的要求下，我國(guó)的區(qū)域能源協(xié)同同樣需要相關(guān)部門、創(chuàng)新企業(yè)以及社會(huì)公眾的共同協(xié)作，歐盟的能源規(guī)劃方法能夠?qū)Υ蟪?/p>