執(zhí)筆人：劉林、王雪
（國(guó)網(wǎng)能源研究院 能源互聯(lián)網(wǎng)研究所）
一、超大型城市能源系統(tǒng)發(fā)展顯著特點(diǎn)
超大型城市能源系統(tǒng)較普通城市能源系統(tǒng)更加龐大復(fù)雜，未來(lái)隨著超大型城市發(fā)展，其能源系統(tǒng)將“自上而下”由城市大能源系統(tǒng)、區(qū)域能源系統(tǒng)和用戶側(cè)能源系統(tǒng)構(gòu)成。
城市大能源系統(tǒng)，將以低碳能源供需平衡為導(dǎo)向，承擔(dān)城市能源供應(yīng)的核心功能，主要通過特高壓等跨區(qū)互聯(lián)工程將區(qū)外大型清潔能源基地電能輸送至城市電網(wǎng)，滿足大部分城市能源消費(fèi)需求。
區(qū)域能源系統(tǒng)，將以高效和充分利用本地能源為導(dǎo)向，作為城市能源供應(yīng)的有益補(bǔ)充，主要通過源網(wǎng)荷互動(dòng)、多能互補(bǔ)、配電自動(dòng)化等智能電網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各類本地能源的綜合高效利用，促進(jìn)大規(guī)模區(qū)外來(lái)電的合理消納配置。
用戶側(cè)能源系統(tǒng)，將以引導(dǎo)節(jié)能、互動(dòng)的能源消費(fèi)行為為導(dǎo)向，主要通過智能建筑、智能家居、車聯(lián)網(wǎng)、需求側(cè)管理等技術(shù)和手段，引導(dǎo)用戶電氣化、互動(dòng)化的用能習(xí)慣，促進(jìn)節(jié)能，提升用戶生活品質(zhì)。
圖1 超大型城市能源系統(tǒng)發(fā)展示意圖
未來(lái)，超大型城市能源系統(tǒng)發(fā)展將具有以下四個(gè)顯著特點(diǎn)：
一是能源互聯(lián)網(wǎng)核心要素全面集中體現(xiàn)。全面實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)、物理信息融合，支撐服務(wù)多元化。
二是大量同類及各類子系統(tǒng)的復(fù)雜協(xié)同。相較于一般規(guī)模城市中較少的子系統(tǒng)，超大型城市中同類子系統(tǒng)及各類子系統(tǒng)的數(shù)量都十分龐大，規(guī)劃和運(yùn)行協(xié)調(diào)的難度很大。
三是先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用的需求更加迫切。城市是能源創(chuàng)新的主戰(zhàn)場(chǎng)、能源新技術(shù)的主要使用地，為破解超大城市發(fā)展難題，亟需催生能源利用新技術(shù)，誕生能源服務(wù)新模式。
四是綜合能源服務(wù)價(jià)值潛力的更早實(shí)現(xiàn)。得益于超大型城市的領(lǐng)先的經(jīng)濟(jì)水平和理念，可以獲得更加超前的綜合能源服務(wù)開展的良好內(nèi)外部條件，提早兌現(xiàn)增值潛力。
二、超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)的概念內(nèi)涵
城市能源互聯(lián)網(wǎng)在超大型城市部署落地具有重要示范引領(lǐng)作用。在城鎮(zhèn)化、低碳發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的驅(qū)動(dòng)下，以上海、北京為代表的超大型城市，將率先形成清潔、低碳、高效、電氣化的能源系統(tǒng)新格局。超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)是以電為中心，以信息物理一體化融合為基礎(chǔ)，通過環(huán)節(jié)維度的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)、系統(tǒng)維度的多能互補(bǔ)、空間維度的局部與跨區(qū)域優(yōu)化配置，滿足未來(lái)超大型城市各類能源使用需求的“三維一體”綜合能源系統(tǒng)。
在環(huán)節(jié)維度，超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)中系統(tǒng)調(diào)度將以整體最優(yōu)為目標(biāo)，打破源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)不同環(huán)節(jié)間的壁壘，統(tǒng)籌安排各環(huán)節(jié)運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)供需雙向互動(dòng)。隨著波動(dòng)性新能源并網(wǎng)裝機(jī)比例持續(xù)擴(kuò)大，各類電源調(diào)度運(yùn)行方式將產(chǎn)生明顯變化；電網(wǎng)運(yùn)行方式將更加靈活，有力支撐清潔能源高效配置；需求響應(yīng)將更加高頻度地參與供需平衡，提高系統(tǒng)對(duì)新能源的消納能力；儲(chǔ)能將在電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，跟隨新能源波動(dòng)運(yùn)行。超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)將充分發(fā)揮各類資源特點(diǎn)，以靈活高效的方式共同推動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，促進(jìn)清潔能源高效消納。
在系統(tǒng)維度，超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)將打破電、熱、冷、氣等不同能源系統(tǒng)間的壁壘，通過多能源品種跨系統(tǒng)耦合互補(bǔ)，提高能源利用效率、提升能源系統(tǒng)可靠性。電、熱（冷）、氣等不同能源系統(tǒng)在可存儲(chǔ)性、時(shí)間慣性、傳輸損耗特性等方面存在一定差異化特征，終端用戶對(duì)不同能源品種的需求峰谷分布特性也有所不同，不同能源品種間協(xié)調(diào)互補(bǔ)潛力巨大。在各能源品類中，電力和熱力都是二次能源，具有多來(lái)源、多去向的特征，且可相互轉(zhuǎn)化，互補(bǔ)空間較大，適合作為超大型城市多能互補(bǔ)的切入點(diǎn)。通過挖掘電-熱互補(bǔ)潛力，利用熱力易存儲(chǔ)、時(shí)間慣性大的特點(diǎn)，補(bǔ)充電力系統(tǒng)靈活性，擴(kuò)大可再生能源利用率。
在空間維度，超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)將打破城市內(nèi)部區(qū)域及不同城市區(qū)域間局地平衡的壁壘，實(shí)現(xiàn)供需動(dòng)態(tài)平衡，促進(jìn)資源大范圍優(yōu)化配置。大型城市內(nèi)部區(qū)域及不同城市地域間在能源資源條件、負(fù)荷需求特性等方面存在一定互補(bǔ)性，特別是在未來(lái)高比例新能源場(chǎng)景下，風(fēng)電、光伏發(fā)電出力具有較強(qiáng)的波動(dòng)性、隨機(jī)性與反調(diào)峰特性，通過擴(kuò)大城市間聯(lián)網(wǎng)范圍，可有效平抑波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)等效調(diào)峰效果。在空間維實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通是各種網(wǎng)絡(luò)的基本屬性，更是超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)的重要屬性。風(fēng)電、光伏發(fā)電以及負(fù)荷需求均具有一定的跨區(qū)域互補(bǔ)效應(yīng)。通過合理安排跨區(qū)域電力配置方案，可有效降低各區(qū)域凈負(fù)荷波動(dòng)。
在信息物理一體化融合方面，超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)將大力推進(jìn)能源系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的深度融合，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對(duì)稱和交易開放等功能。信息物理系統(tǒng)將感知傳輸、計(jì)算處理、決策控制等信息與控制技術(shù)深度融合到物理實(shí)體系統(tǒng)中，通過計(jì)算過程對(duì)物理過程進(jìn)行感知和控制，實(shí)現(xiàn)信息空間與物理世界無(wú)縫結(jié)合。超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)中信息物理一體化融合的核心是加快發(fā)展電力領(lǐng)域信息物理系統(tǒng)一體化融合，其發(fā)展重點(diǎn)包括信息感知、分析處理和智能控制三個(gè)方面，共同組成從物理實(shí)體到數(shù)據(jù)空間再到?jīng)Q策空間的閉環(huán)。未來(lái)超大型城市電力信息物理融合系統(tǒng)將從單元級(jí)、系統(tǒng)級(jí)到系統(tǒng)之系統(tǒng)級(jí)，即從點(diǎn)到線再到面的不斷深化，推動(dòng)城市電網(wǎng)向以新一代電力系統(tǒng)為核心的城市能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí)。
圖2 超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)概念示意圖
電能在超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)中心地位，以集中式與分布式相結(jié)合的方式，通過廣泛互聯(lián)的城市電力輸送系統(tǒng)高效利用清潔可再生能源，結(jié)合蓄冷、蓄熱、蓄電的能量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)城市能源的綜合供給；分布式能源系統(tǒng)是超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)的有益補(bǔ)充，利用區(qū)域內(nèi)光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換、風(fēng)電轉(zhuǎn)換、地?zé)崮苻D(zhuǎn)換等方式，為區(qū)域提供電能、制冷和熱能，實(shí)現(xiàn)多種可再生能源互補(bǔ)利用和優(yōu)化匹配，最終達(dá)到城市能源結(jié)構(gòu)由高碳轉(zhuǎn)向低碳，能源利用由粗放轉(zhuǎn)向集約，能源服務(wù)由單向供給轉(zhuǎn)向智能互動(dòng)。
超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)將立足城市發(fā)展的階段性趨勢(shì)，推動(dòng)城市能源系統(tǒng)從當(dāng)前以化石能源為主向以清潔能源為主轉(zhuǎn)型，是實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造的核心載體。超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)體上承載了豐富的功能，可從根本上破解超大型城市發(fā)展中能源環(huán)境等問題，更是在城市發(fā)展模式、生產(chǎn)生活方式以及居民用能行為中逐步促進(jìn)用能觀念和方式的根本性改變，實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展。
三、超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)的基本特征
從能源供應(yīng)看，超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)將大幅提升清潔能源在未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中的占比，成為支撐城市能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)平臺(tái)。
清潔能源轉(zhuǎn)化為電力是最有效、便捷的利用方式。現(xiàn)階段風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的間歇性、波動(dòng)性以及低能流密度成為制約其在能源供應(yīng)中發(fā)揮主要作用的瓶頸。以智能電網(wǎng)為核心的能源互聯(lián)網(wǎng)通過推動(dòng)電網(wǎng)的智能化發(fā)展、功能升級(jí)，并促進(jìn)多種能源形式的優(yōu)化梯級(jí)利用，將最大程度上適應(yīng)清潔能源發(fā)展的需要。
從體系結(jié)構(gòu)看，超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)將是集中式與分布式相結(jié)合，系統(tǒng)優(yōu)化與局部自治相得益彰的互聯(lián)、分層、融合的城市能源轉(zhuǎn)化和配置網(wǎng)絡(luò)。
以智能電網(wǎng)為核心、具有廣泛互聯(lián)和智能化特征的能源輸送網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)成骨干網(wǎng)架，實(shí)現(xiàn)以電為中心的大范圍余缺互濟(jì)、經(jīng)濟(jì)高效配置和系統(tǒng)級(jí)安全保障；以多種能源分散、梯級(jí)利用為特征的分布式能源系統(tǒng)將構(gòu)成末端節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)能源的集約高效利用。
從技術(shù)特點(diǎn)看，超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)將是信息通信技術(shù)與能源技術(shù)深度融合，信息流即時(shí)通暢、能源流經(jīng)濟(jì)高效、業(yè)務(wù)流多元互動(dòng)的新型城市能源信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。
信息的全面滲透和共享增值既是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高度智能化的技術(shù)保障，也是其充分發(fā)揮價(jià)值作用的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將與新能源、智能電網(wǎng)技術(shù)深度融合，塑造能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)能源網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)屬性。
從功能屬性看，超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)將通過實(shí)現(xiàn)原件即插即用、促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新融合，發(fā)揮市場(chǎng)在能源系統(tǒng)中的基礎(chǔ)性作用，滿足城市用戶多元身份、自主選擇、開放共享的更高訴求。
伴隨互聯(lián)網(wǎng)理念的全面滲透，能源互聯(lián)網(wǎng)將更具開放共享、價(jià)值創(chuàng)新能力。用戶將依托設(shè)備級(jí)無(wú)縫接入、系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化配置、能源信息的雙向互動(dòng)，滿足對(duì)能源提供者和多元使用者的身份訴求，并激發(fā)出更具活力的商業(yè)模式，推動(dòng)能源服務(wù)的可持續(xù)發(fā)展。
因此綜上所述，超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)將具有七個(gè)方面的基本特征，分別是：廣泛互聯(lián)、海量主體即插即用、能流雙向快速變化、主體互動(dòng)、多能協(xié)同、高度市場(chǎng)化、廣泛創(chuàng)新。具體來(lái)講，
一是具備廣泛互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，服務(wù)范圍廣、安全可靠性高。超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)中的能源傳輸網(wǎng)絡(luò)具有泛在、多層次結(jié)構(gòu)、不同能源子網(wǎng)間多重耦合的特征，電、熱、冷、氣、儲(chǔ)等多種能源相互耦合，電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)、城市熱網(wǎng)、交通網(wǎng)、信息網(wǎng)、微電網(wǎng)、深度融合。能源流動(dòng)范圍大，服務(wù)充分；能源流動(dòng)路徑多樣，可實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
二是采用標(biāo)準(zhǔn)的接口與協(xié)議，支持海量主體即插即用?？紤]到城市工、商及居民負(fù)荷的差異化特性，能量需求場(chǎng)景復(fù)雜多樣，而不同能量的轉(zhuǎn)換則需要不同的能源耦合設(shè)備，如充電樁等。超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)中能源設(shè)備只要采用標(biāo)準(zhǔn)接口即可低成本物理接入，通過統(tǒng)一端口接納和送出能量的標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)傳輸“協(xié)議”，支撐海量主體即插即用，便捷參與。
三是能量/信息流雙向快速變化，交互頻繁，信息規(guī)模量大。分布式能源大量出現(xiàn)，能源消費(fèi)者轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)消者，加之可再生能源自身波動(dòng)，造成能源流動(dòng)雙向快速變化。由于城市內(nèi)同一時(shí)刻存在大量場(chǎng)景，能量流與信息流頻繁交互，因而產(chǎn)生海量的信息。
四是注重能源/信息的雙向流動(dòng)，激發(fā)主體互動(dòng)。超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)將借能源傳輸雙向化的機(jī)遇，在用戶接收和生產(chǎn)能源（包括實(shí)際生產(chǎn)和可控負(fù)荷減少用電實(shí)現(xiàn)的虛擬生產(chǎn)等）的過程中，調(diào)動(dòng)用戶積極參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)；此外還通過加強(qiáng)信息雙向傳輸，讓用戶及時(shí)傳遞需求信息，讓服務(wù)主體積極傳遞供應(yīng)信息，促進(jìn)供需互動(dòng)。
五是注重多系統(tǒng)間協(xié)同，形成協(xié)同效應(yīng)。多能協(xié)同是超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)的重要特征，它通過發(fā)揮不同能源品種的各自優(yōu)勢(shì)，利用不同能源的特性互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)余缺互濟(jì)，形成協(xié)同效應(yīng)，使能源供應(yīng)更加經(jīng)濟(jì)、高質(zhì)、高效。
六是通過打破信息不對(duì)稱，實(shí)現(xiàn)高度市場(chǎng)化。超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)中各主體間信息廣泛、高效傳播，打破傳統(tǒng)能源系統(tǒng)內(nèi)部的信息壁壘，充分發(fā)揮市場(chǎng)在資源配置中的決定性作用，促進(jìn)價(jià)值發(fā)現(xiàn)和廣泛競(jìng)爭(zhēng)。
七是廣泛創(chuàng)新、高速發(fā)展。超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)將以用戶為中心，緊扣用戶需求，利用各種技術(shù)創(chuàng)新、服務(wù)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新，通過綜合能源服務(wù)推動(dòng)城市能源系統(tǒng)內(nèi)生快速增長(zhǎng)。
四、超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路徑
與一般的城市能源互聯(lián)網(wǎng)相比，超大型城市的能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展有以下特點(diǎn)：
（1）從能源互聯(lián)網(wǎng)的要素來(lái)看，基于超前多元的發(fā)展需求，超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)的要素種類更加豐富、規(guī)模更大，形成的子系統(tǒng)、子平臺(tái)的數(shù)量更大，大量基礎(chǔ)要素和子系統(tǒng)的匯聚產(chǎn)生的不僅僅是疊加的效果，類似科學(xué)計(jì)算中的“維數(shù)災(zāi)”問題，一些傳統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)行方式可能不再適用，需要對(duì)海量設(shè)備終端形成的系統(tǒng)進(jìn)行重新解構(gòu)，引入先進(jìn)技術(shù)，滿足超大型城市能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的需求。
（2）從能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程來(lái)看，基于超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性、高約束、高目標(biāo)，其發(fā)展過程更加需要科學(xué)地進(jìn)行頂層路線設(shè)計(jì)?？v觀國(guó)內(nèi)外的城市能源互聯(lián)網(wǎng)，一般規(guī)模較小或者資源條件優(yōu)異，往往是從下而上的發(fā)展，即首先出現(xiàn)區(qū)域或者局域的各類微電網(wǎng)、微能網(wǎng)等終端，在下層發(fā)展到一定程度和規(guī)模后，再進(jìn)行互通和系統(tǒng)集成，開發(fā)上層平臺(tái)。而對(duì)超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)，分散式發(fā)展之后再集成的方式并不適用，更加需要進(jìn)行超前性前瞻性的自上而下的頂層設(shè)計(jì)，來(lái)保證能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。
（3）從能源互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)復(fù)雜度來(lái)看，超大型城市能源互聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)發(fā)展階段：子系統(tǒng)發(fā)展階段、跨系統(tǒng)發(fā)展階段和平臺(tái)級(jí)發(fā)展階段，體現(xiàn)了能源系統(tǒng)不斷演化的規(guī)律，但同時(shí)具有時(shí)序的先后性和并行性，即可能某些子系統(tǒng)在提升發(fā)展，另外的一些子系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了跨系統(tǒng)級(jí)的發(fā)展，具備條件的情況下也可以提前開展平臺(tái)級(jí)建設(shè)。
（一）子系統(tǒng)級(jí)發(fā)展階段
各子系統(tǒng)均朝智能、清潔、高效、可靠的方向發(fā)展；并進(jìn)一步打破規(guī)劃壁壘，實(shí)現(xiàn)多能源協(xié)同規(guī)劃；初步實(shí)現(xiàn)不同能源系統(tǒng)之間的物理連接；各子系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)取得突破；確定搭建基礎(chǔ)物理平臺(tái)需要研制的核心設(shè)備；進(jìn)行城市能源互聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目示范。重點(diǎn)子系統(tǒng)包括：
（1）交直流主動(dòng)配電網(wǎng)：主動(dòng)配電網(wǎng)(active distribution network，ADN)是在主網(wǎng)配網(wǎng)協(xié)同控制基礎(chǔ)上，具有分布式發(fā)電、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車和需求側(cè)響應(yīng)等電源負(fù)荷調(diào)控手段，能夠針對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，以經(jīng)濟(jì)性安全性為控制目標(biāo)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)其網(wǎng)絡(luò)、發(fā)電及負(fù)荷的配電網(wǎng)。在主動(dòng)配電網(wǎng)中，大量分布式發(fā)電從不同節(jié)點(diǎn)接入后將使配電網(wǎng)由輻射狀的網(wǎng)絡(luò)變?yōu)楸椴贾行‰娫春陀脩舻幕ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)，從單純的“配電系統(tǒng)”轉(zhuǎn)化成為一個(gè)“電力交換系統(tǒng)”，由于分布式能源和儲(chǔ)能裝置的特點(diǎn)和負(fù)荷的供電需求，通過交直流的主動(dòng)配電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)將分布式電源在更廣域的潮流范圍內(nèi)調(diào)度，交直流混合配電網(wǎng)是未來(lái)主動(dòng)配電網(wǎng)的重要實(shí)現(xiàn)形式之一；
（2）供冷系統(tǒng)：供冷系統(tǒng)由供冷管網(wǎng)組成，與電—冷轉(zhuǎn)化設(shè)備、地源熱泵、冷熱電聯(lián)供設(shè)備和儲(chǔ)冷裝置相連接，滿足用戶對(duì)供冷的需求；
（3）熱力系統(tǒng)：由熱力管網(wǎng)組成，與冷熱電聯(lián)供機(jī)組、光熱機(jī)組、鍋爐以及儲(chǔ)熱裝置相連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱能的統(tǒng)一匯集與調(diào)配；
（4）燃料系統(tǒng)：包含石油、天然氣等燃料的供應(yīng)管網(wǎng)，是城市能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，通過燃油汽車和燃?xì)馄嚺c交通系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，并分別通過燃?xì)鈾C(jī)組和燃?xì)忮仩t與電力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)；
（5）交通系統(tǒng)：由各種交通形式交通混合組成的系統(tǒng)，通過電動(dòng)汽車和電氣化軌道交通與電力系統(tǒng)互聯(lián)，通過燃油汽車和燃?xì)馄嚺c燃料系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)；
（6）信息網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制系統(tǒng)。是城市能源互聯(lián)網(wǎng)中能源調(diào)控中心的重要構(gòu)成部分，工業(yè)控制過程在電網(wǎng)中相當(dāng)于調(diào)度系統(tǒng)，信息網(wǎng)絡(luò)大多是基于計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，它也是整個(gè)城市能源互聯(lián)網(wǎng)得以正常、高效地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)保證。
圖3 子系統(tǒng)發(fā)展階段示意圖
（二）跨系統(tǒng)級(jí)發(fā)展階段
基本打破能源系統(tǒng)之間的物理壁壘，通過各種能量之間的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)城市能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部的能量流通；通過多樣化能源系統(tǒng)中的量測(cè)設(shè)備、通信轉(zhuǎn)化協(xié)議、信息挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析技術(shù)等實(shí)現(xiàn)城市能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的信息共享，構(gòu)建城市能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理融合系統(tǒng)；對(duì)示范項(xiàng)目進(jìn)行推廣應(yīng)用。
（1）物理信息一體化融合基本實(shí)現(xiàn)：物理信息融合是城市智慧能源系統(tǒng)智慧化的基礎(chǔ)，能源裝置與信息采集設(shè)備的融合標(biāo)準(zhǔn)、能源網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計(jì)是物理信息一體化的關(guān)鍵。
（2）能源交通一體化基本實(shí)現(xiàn)：能源系統(tǒng)和交通系統(tǒng)是城市的關(guān)鍵子系統(tǒng)，充電樁布局、電動(dòng)汽車充放電量控制和交通流量控制之間的匹配是能源交通一體化規(guī)劃的核心。
（3）覆蓋新模式新業(yè)態(tài)的能源交易子系統(tǒng)：能源交易子系統(tǒng)主要提供多樣化的能源交易方式，可以滿足用戶和企業(yè)的多元化的能源交易需求，如 B2C的互動(dòng)交易和價(jià)格套餐、B2B的雙邊合約、集中撮合、標(biāo)準(zhǔn)合約、電子拍賣等。能源交易協(xié)議生效與調(diào)控指令生成聯(lián)動(dòng)，滿足多主體間多能源品種的高效交易。
（4）綜合能源大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)：采用大數(shù)據(jù)處理與挖掘分析、智能應(yīng)用、智能消息推送、社會(huì)化協(xié)作、服務(wù)化架構(gòu)等云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)，把能源互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)成為全新一代的松耦合、高效和高可用、高度可伸展、安全可靠的應(yīng)用服務(wù)支撐平臺(tái)，為各種規(guī)模和各種類型的云應(yīng)用，提供統(tǒng)一的開發(fā)、運(yùn)行和管理服務(wù)。
圖4 跨系統(tǒng)發(fā)展階段示意圖
（三）平臺(tái)級(jí)發(fā)展階段
城市能源互聯(lián)網(wǎng)綜合平臺(tái)及各類子平臺(tái)建立；打破市場(chǎng)壁壘，能源資源高效配置?；趨^(qū)塊鏈等各種新興技術(shù)和能源市場(chǎng)的價(jià)格響應(yīng)機(jī)制，各方都能主動(dòng)地參與到能量流的優(yōu)化中，實(shí)現(xiàn)能量流、信息流和價(jià)值流的統(tǒng)一。
（1）城市能源綜合服務(wù)平臺(tái)建成。作為集系統(tǒng)調(diào)控、市政協(xié)調(diào)、市場(chǎng)交易、數(shù)據(jù)共享、應(yīng)用接口等功能為一身的綜合體，是城市智慧能源系統(tǒng)的大腦，也是其“智慧”的根本所在。城市能源綜合服務(wù)平臺(tái)一方面要保證城市能源系統(tǒng)自身的安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行和開放的能源交易，另一方面也需要與城市其他子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)互動(dòng)，形成城市功能的有機(jī)體。同時(shí)，需要通過數(shù)據(jù)開放共享的方式吸引、激勵(lì)相關(guān)機(jī)構(gòu)參與城市能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)并催生新業(yè)態(tài)、新應(yīng)用。此外，要實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)中多主體間的能源交易。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，平臺(tái)還將具有能源應(yīng)用的植入接口和倉(cāng)儲(chǔ)功能，實(shí)現(xiàn)微能網(wǎng)和用戶層面應(yīng)用的加載使用。
（2）多能統(tǒng)一的能源系統(tǒng)調(diào)控子平臺(tái)。能源系統(tǒng)調(diào)控子平臺(tái)的主要功能是實(shí)現(xiàn)多能統(tǒng)一調(diào)度。通過建立網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)性和隨機(jī)性的平抑策略和風(fēng)險(xiǎn)控制策略，充分考慮集群性負(fù)荷響應(yīng)特性和多能之間的轉(zhuǎn)換替代，發(fā)揮儲(chǔ)能在平衡能源時(shí)空差異方面的作用進(jìn)行多能統(tǒng)一調(diào)控。同時(shí)，為了保證整個(gè)城市能源系統(tǒng)的安全統(tǒng)一調(diào)度，能源系統(tǒng)調(diào)控子平臺(tái)的調(diào)度優(yōu)先級(jí)高于能源配網(wǎng)各能源品種自身的調(diào)度。多源協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行決策的核心內(nèi)容是對(duì)整個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)中的可控資源進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，既包括常規(guī)電能，也包括冷、熱、氣等資源的調(diào)度。
（3）市政交互子平臺(tái)。利用遍布整個(gè)城市的能源基礎(chǔ)設(shè)施，支撐其他子系統(tǒng)的高效運(yùn)行。利用能源負(fù)荷特性與用戶行為之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系支撐其他子系統(tǒng)的運(yùn)行，如負(fù)荷特性異常突變對(duì)城市防災(zāi)系統(tǒng)、應(yīng)急系統(tǒng)定位的協(xié)助等。城市區(qū)域用能優(yōu)先保障，當(dāng)城市各子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通過對(duì)能源系統(tǒng)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域用能優(yōu)先保障等。
（4）多源大數(shù)據(jù)平臺(tái)。能源互聯(lián)網(wǎng)包含多種能源形式，單以一家企業(yè)難以管理和運(yùn)營(yíng)，需要打通各方的數(shù)據(jù)通路。依托大數(shù)據(jù)技術(shù)，多源大數(shù)據(jù)平臺(tái)可以整合多方的數(shù)據(jù)源，進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理，包括：1）系統(tǒng)類數(shù)據(jù)，包括調(diào)度自動(dòng)化、配網(wǎng)自動(dòng)化、用電管理、智能電表(AMI)、地理信息系統(tǒng)等；2）設(shè)備類數(shù)據(jù)，包括用能終端的采集設(shè)備、燃?xì)饩W(wǎng)、熱力網(wǎng)等，如儲(chǔ)能、微燃機(jī)、空氣源熱泵、太陽(yáng)能熱、生物質(zhì)能、電動(dòng)汽車充電樁等信息；3）宏觀經(jīng)濟(jì)政策與環(huán)境、氣候等數(shù)據(jù)；4）其他來(lái)源數(shù)據(jù)。
圖5 平臺(tái)級(jí)發(fā)展階段示意圖
作者介紹
劉林，國(guó)網(wǎng)能源研究院能源互聯(lián)網(wǎng)研究所主任工程師。電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)博士，高級(jí)工程師、管理咨詢師、注冊(cè)咨詢師，國(guó)家電網(wǎng)公司優(yōu)秀專家人才。主要從事能源互聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、商業(yè)模式創(chuàng)新、國(guó)際能源等研究。曾參與編寫起草國(guó)家促進(jìn)智能電網(wǎng)發(fā)展指導(dǎo)意見、國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)十二五及十三五規(guī)劃、配電網(wǎng)發(fā)展十三五規(guī)劃等；主筆編寫出版《世界能源清潔發(fā)展與互聯(lián)互通評(píng)估藍(lán)皮書》等著作；多次獲得國(guó)家能源局軟科學(xué)成果獎(jiǎng)、國(guó)家電網(wǎng)公司科技進(jìn)步獎(jiǎng)、國(guó)家電網(wǎng)公司軟科學(xué)成果獎(jiǎng)等。
