張 濤 王培紅

1.東南大學能源與環(huán)境學院

2.江蘇省能源研究會

常規(guī)化石能源的過度消費及其引發(fā)的環(huán)境污染、全球氣候變暖、和海平面上升等問題[1]，不僅成為制約我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素，也成為我國承擔大國責任、構建人類命運共同體必須面對的嚴重挑戰(zhàn)。

實現(xiàn)能源的高效清潔利用包含常規(guī)能源的高效利用、新能源的規(guī)?；煤蜏厥覛怏w的資源化利用等多種途徑，其中，大幅度提升可再生能源的消費比重是實現(xiàn)低碳發(fā)展的主要途徑之一。美國、日本、加拿大以及歐盟分別制定了高比例的可再生能源發(fā)展規(guī)劃，以應對全球減排和控制溫升的目標[2-5]。

可再生能源雖然具有環(huán)境友好等屬性，但普遍具有能量密度低、不穩(wěn)定且受自然條件影響大等特點，同時，大規(guī)模消納可再生能源還面臨著增量成本高、影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等經(jīng)濟和技術制約的問題。

因此，構建新型“智慧+綜合能源服務系統(tǒng)”，通過建立新型協(xié)同機制（既包含供應側傳統(tǒng)能源與新能源等多能源間的協(xié)同供能；又包含供應側與需求側間的協(xié)同供能），并運用現(xiàn)代信息和最優(yōu)化等技術手段，達到能源的高效和清潔利用的目標，具有十分重要的意義。

1 “智慧+”的內涵

隨著大數(shù)據(jù)技術、云計算技術、物聯(lián)網(wǎng)技術和移動通信技術的快速發(fā)展，“智慧+”在不同領域的應用日益廣泛。例如，為滿足日常生活和交通出行的便捷化，“智慧家居[6]”和“智慧交通[7]”應運而生；再如，為滿足城市管理現(xiàn)代化的需要，“智慧城市[8]”也有了不同的實現(xiàn)手段和示范應用。

“智慧+”與各行各業(yè)不同需求相結合的趨勢日益明顯，為此，必須充分理解“智慧+”的具體內涵。

我們認為：“智慧+”是一種基于信息技術最新成果并展現(xiàn)人文精神的創(chuàng)新型服務體系，一般包含“感知”、“協(xié)同”和“優(yōu)化”三個部分。

以人類“智慧”為例，初級的“智慧”幾乎等同于本能，例如，人們可以“感知”溫度，當感覺到“燙”之后，本能的動作是“協(xié)同”肌肉，達到遠離高溫物體的“優(yōu)化”結果。隨著人類的學習與知識積累，“智慧”的程度或等級不斷提升，亦表現(xiàn)為“感知”、“協(xié)同”和“優(yōu)化”等三個方面能力的不斷提升。

此外，“智慧+”的內涵隨行為主體的差異化需求而不同。以“智慧交通”為例，對交通設施的產(chǎn)權單位而言，更多關注的是交通設施的健康識別、維護保養(yǎng)周期優(yōu)化等；對交通管理部門而言，關注的是城市交通的通行效率（如平均車速）及高效疏導交通和快速處理事故等；對于機動車駕駛員而言，關注的是出行道路的優(yōu)選、事故處理和事故救援等?？梢?，不同行為主體對“智慧+”的要求也是不同的。

2 綜合能源服務系統(tǒng)

能源服務是重要的公共服務之一，本文從政府能源管理的角度探討的綜合能源服務。

綜合能源服務系統(tǒng)的服務對象：（1）能源供應商，包括傳統(tǒng)一次能源供應商：如煤炭、石油和天然氣；基于煤炭的電力和熱力等二次能源供應商以及可再生能源供應商，如太陽能光伏電站、風電站、生物質能（含垃圾）發(fā)電廠等；（2）能源消費用戶，包括工業(yè)用戶、交通運輸企業(yè)、大型商業(yè)用戶和教科文衛(wèi)體等大型公用事業(yè)單位用戶、城市居民等；（3）能源輸送企業(yè)，如電力輸配網(wǎng)及相關企業(yè)、熱力管網(wǎng)及相關企業(yè)、天然氣管網(wǎng)及相關企業(yè)等。

綜合能源服務系統(tǒng)的目標：（1）促進全社會非碳能源的規(guī)?；?；（2）提升供能企業(yè)和用能企業(yè)的經(jīng)濟效益；（3）提升全社會的能源利用效率。

綜合能源服務的技術需求：（1）供能側多種能源的協(xié)同保障，包括天然氣（含天然氣分布式能源三聯(lián)供系統(tǒng)）、煤炭和成品油等一次能源的均衡供應，電力、熱水和蒸汽等二次能源的穩(wěn)定及可靠供應，以及光伏電站、風力發(fā)電的就地消納和余電上網(wǎng)；（2）用能側的合理用能與協(xié)同響應，如工業(yè)用戶的分時序均衡用能、大型公建及居民建筑的光伏屋頂?shù)陌l(fā)-用-儲協(xié)同，城市公共交通系統(tǒng)的電氣化以及電池儲能站協(xié)同等；（3）能源網(wǎng)絡中供需側協(xié)同，如電力、熱力和煤氣等能源網(wǎng)絡連接供能側與用戶側，當兩者需求差異過大時，將引起能源網(wǎng)路系統(tǒng)參數(shù)的波動（如電網(wǎng)中的電壓和周波以及熱力和天然氣管網(wǎng)內工質壓力等）。供需側協(xié)同的目標是：在保證能源系統(tǒng)安全的前提下，以犧牲部分能源網(wǎng)絡參數(shù)，換取供需側用能出現(xiàn)短暫不平衡，并擴大系統(tǒng)接納不穩(wěn)定可再生能源的發(fā)電量，同時也可降低供能系統(tǒng)的儲能或者熱備用需求等社會資源的投入。

3 “智慧+綜合能源服務系統(tǒng)”的主要內容

面對綜合能源服務的多樣化需求，需要構建“智慧+綜合能源服務系統(tǒng)”。

“智慧+綜合能源服務系統(tǒng)”需要“感知”以下多方面的信息：（1）供應側信息：煤炭、天然氣、成品油等傳統(tǒng)一次能源供應信息（品種、數(shù)量及其空間和時間分布等信息）；（2）電力、蒸汽和熱水等二次能源信息（品種（含電壓等級）、數(shù)量及其空間和時間分布等信息）；（3）可再生能源發(fā)電（如風電、光伏發(fā)電的時空分布及其并網(wǎng)信息等）；（4）其他（如天然氣分布式三聯(lián)供系統(tǒng)供能信息、儲電能力和儲熱能力及其時空分布信息等）。

“智慧+綜合能源服務系統(tǒng)”的“協(xié)同”具有跨區(qū)域、跨行業(yè)、多尺度、多品種的協(xié)同。協(xié)同的機制多種多樣，有價格政策、財稅政策和政府規(guī)章等多種形式，這里主要關心其多樣性和協(xié)同原則。例如：基于能效的協(xié)同原則是分布式能源供能優(yōu)先（含價格激勵等）；基于環(huán)保的協(xié)同原則是可再生能源優(yōu)先（含綠證制度等）；基于成本的協(xié)同原則是低價的谷電優(yōu)先；基于性能的協(xié)同原則是在保證安全的前提下適度犧牲性能的原則……可見，協(xié)同原則是體現(xiàn)供能方、用能方或者政府管理者的服務理念與目標。

“智慧+綜合能源服務系統(tǒng)”的“優(yōu)化”是指達成最優(yōu)目標的行為。往往表現(xiàn)為：兼顧環(huán)保、能效和成本的多目標優(yōu)化及與之對應的運行策略、運行方式、運行參數(shù)等優(yōu)化解。

多目標優(yōu)化的一般步驟是：（1）構建優(yōu)化問題的數(shù)學描述。包括各類供用能系統(tǒng)及其設備的響應特性建模、最優(yōu)化的多目標構建，約束條件的確定等；（2）優(yōu)化算法，包括傳統(tǒng)的運籌學優(yōu)化算法和新興的人工智能優(yōu)化算法等；（3）優(yōu)化解的決策與解析。多目標優(yōu)化算法可以求解一組滿足條件的優(yōu)化解集，由管理者決策采用最優(yōu)解。

4 結論

（1）“智慧+”是一種集成創(chuàng)新技術。是基于“大數(shù)據(jù)”、“云計算”、“物聯(lián)網(wǎng)”和“移動通信”最新技術成果，并根據(jù)實際應用對象的不同需求所進行的一種再創(chuàng)新。

（2）“智慧+”具有鮮明的人本主義特征。不同的行為主體有不同的需求和應用內涵，所以有時候相同或相似的名稱有非常不同的內涵表征。

（3）“智慧+”包含“感知”、“協(xié)同”和“優(yōu)化”等三個環(huán)節(jié)，其中，“協(xié)同”水平是決定“智慧+”應用效果的最重要的因素，也是需要在“智慧+”系統(tǒng)建設中不斷完善和改進的環(huán)節(jié)。

1. 白建華, 辛頌旭, 劉俊,等. 中國實現(xiàn)高比例可再生能源發(fā)展路徑研究[J]. 中國電機工程學報, 2015, 35(14)：3699-3705.

2. NREL. Renewable electricity futures study [EB/OL]. USA： Golden C O,2012[2012-06-19]. http：//www.nrel.gov.

3. NEB. Canada’s energy future 2013： Energy supply and demand projections to 2035 [EB/OL]. Canada： NEB, 2013. http：//www.neb-one.ga.ca.

4. 新華網(wǎng).日本公布可再生能源發(fā)展新戰(zhàn)略[EB/OL].新華網(wǎng), 2012[2012-08-31]. http：//news.xinhuanet.com/world/2012-08/31/c_112919092.htm．

5. European Commission．Energy for the future： renewable resources of energy white paper for a community strategy and action plan[EB/OL]. Brussels： European Commission, 1997[1997-11-26]. http：// www.economicsweb institute.org．

6. 智慧家居時代[J]. 現(xiàn)代商業(yè),2017,(19)：10-16.

7. 曹小曙, 楊文越, 黃曉燕. 基于智慧交通的可達性與交通出行碳排放——理論與實證[J]. 地理科學進展, 2015, 34(4)：418-429.

8. 甄峰, 秦蕭. 智慧城市頂層設計總體框架研究[J]. 現(xiàn)代城市研究,2014(10)：7-12.