能源互聯(lián)網(wǎng)與智慧城市

清華大學 馬君華

1 引言

智慧城市是信息技術(shù)與城市生活融合的新形態(tài)，它利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、新型社交網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，使城市的交通、醫(yī)療、能源、政務(wù)更加智能、高效。能源互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，能源互聯(lián)網(wǎng)是構(gòu)建智慧城市的重要元素，它利用能源技術(shù)、信息技術(shù)等各種先進技術(shù)以及智能化手段，提高能源的優(yōu)化利用效率，促進生態(tài)文明的建設(shè)，實現(xiàn)智慧城市低碳、節(jié)能、高效、環(huán)保的目標，在智慧城市能源和環(huán)保體系中，發(fā)揮重要的作用。

推進智慧城市能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，從能源生產(chǎn)、能源消費和低碳生活等環(huán)節(jié)進行規(guī)劃建設(shè)和運營，培育低碳經(jīng)濟模式和文化生活方式，將能源的使用和碳排放指標納入城區(qū)的規(guī)劃和建設(shè)指標體系，從城市管理的角度對各項指標精細化、政策化、制度化；有效地減少碳排放和其他污染物的排放，節(jié)約一次能源和二次能源的消耗，降低能源消耗的成本，提高能源的綜合利用效率和能源基礎(chǔ)設(shè)施的利用率，保護生態(tài)環(huán)境。通過能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，推進智慧城市生態(tài)文明和美麗中國的建設(shè)。

2 智慧城市與能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系

智慧城市是在IBM智慧地球的理念之后提出的，世界各國借助于這一開放創(chuàng)新的空間，打造城市的智能化應(yīng)用服務(wù)，提升生活質(zhì)量。歐盟、美國、新加坡等國家利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將城市的公共資源連接起來，包括水、電、氣、油、交通、醫(yī)療、教育、政務(wù)等，在不同的方面給予用戶交互體驗，為市民提供智能化的服務(wù)。

智慧城市的架構(gòu)體系分為三層，第一層是基礎(chǔ)設(shè)施層。能源、交通、水資源、環(huán)保、ICT、熱力管網(wǎng)是城市運轉(zhuǎn)架構(gòu)體系中不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施，各種能源的互聯(lián)互通高效利用是生態(tài)環(huán)保的基礎(chǔ)，是智慧城市的保障。

智慧城市的架構(gòu)體系第二層是監(jiān)視控制層。通過能源互聯(lián)網(wǎng)對能源信息采集分析和控制，分析城市的能源現(xiàn)狀、用能特性、氣象水文、用能預測等，結(jié)合各種能源使用情況，最大化利用新能源和可再生能源；根據(jù)用戶用能設(shè)備的控制屬性，分析并評估用能設(shè)備能效情況，提供用能建議，引導低碳環(huán)保的生活方式；將電動汽車的信息進行采集分析，實現(xiàn)電網(wǎng)與交通協(xié)同控制；利用能源互聯(lián)網(wǎng)對城市環(huán)境進行采集、監(jiān)控，分析污染源，對風險進行預警并給出治理方案。

智慧城市的架構(gòu)體系第三層是決策層。利用能源互聯(lián)網(wǎng)能源、交通、環(huán)境的信息，對能源結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境、市政和居民生活特點進行分析，為城市智能化決策提供支持。能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)進一步完善了智慧城市的架構(gòu)體系，為城市高效運行提供技術(shù)支撐。

3 智慧城市能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)途徑

利用清潔能源生產(chǎn)傳輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施，結(jié)合儲能等調(diào)控技術(shù)和手段，根據(jù)當?shù)氐馁Y源稟賦以及能源需求，進行供電、供冷、供熱、供氣等多能源協(xié)同優(yōu)化建設(shè)，提高城市供能系統(tǒng)的綜合利用效率，節(jié)約能耗，降低用能成本，實現(xiàn)能源的低碳化供應(yīng)。

從滿足冷、熱、電等能源需求的角度，對能源資源進行經(jīng)營管理與能源服務(wù)，提高能源消費的經(jīng)濟效益，提高能源利用率的不斷升級和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善。通過能源互聯(lián)網(wǎng)物理信息系統(tǒng)對能源的生產(chǎn)和使用進行監(jiān)控管理，對冷、熱、電聯(lián)供的智能控制，保證能源利用的精細化管理，節(jié)約能耗，降低用能成本，提高能源利用率和能源基礎(chǔ)設(shè)施的利用率。

對城市的工商業(yè)和居民用能提供指導，通過能效服務(wù)和碳排放的管理，以及個性化的能源優(yōu)化利用方案和節(jié)能技術(shù)，引導用能方式，培育能源環(huán)保理念。

利用智能化技術(shù)和手段，為城市的管理者提供污染排放和生態(tài)環(huán)境監(jiān)控、應(yīng)急管理、安全管理工作的技術(shù)支撐；引導城市的用能和環(huán)保意識，促進生態(tài)文明的建設(shè)和近零碳城區(qū)的建設(shè)。

4 智慧城市能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)

4.1 規(guī)劃建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施

根據(jù)城市的資源和能源需求，考慮能源互聯(lián)網(wǎng)的主要要素和能量流、信息流以及現(xiàn)金流情況，利用能源互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，對供電、供冷、供熱、供氣等能源基礎(chǔ)設(shè)施進行協(xié)調(diào)規(guī)劃和建設(shè)。增加新能源的占比，最大化利用可再生能源，通過多種能源互補等手段，提高能源利用效率，減少化石能源的消耗。利用可再生能源發(fā)電、分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)、地源熱泵等清潔能源，結(jié)合儲能、電動汽車、需求側(cè)響應(yīng)和多電源協(xié)同等調(diào)控手段，使用交直流配網(wǎng)與主網(wǎng)的協(xié)同方式，平抑電網(wǎng)運行的波動，與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，再次提高能源和設(shè)備的利用率，減少化石能源的消耗。用戶作為能源的生產(chǎn)者和消費者，利用對需求的敏感和對電網(wǎng)的友好互動參與調(diào)峰，進一步深化節(jié)能減排。

4.2 規(guī)劃建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)體系

組建相應(yīng)的商業(yè)化機構(gòu)或能源公司，利用能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，滿足城區(qū)用戶對冷、熱、電等能源的需求。協(xié)調(diào)能源管理者、生產(chǎn)者和用能者，協(xié)調(diào)能源政策、能源輸送、交易方式，對城市的能源資源進行運營管理。

構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)運營管理體系，包括能源生產(chǎn)、傳輸、消費的組織機構(gòu)和運行管理機制，負責能源調(diào)度運行、系統(tǒng)維護和能源交易，協(xié)調(diào)能源生產(chǎn)計劃和業(yè)務(wù)擴展等業(yè)務(wù)，實現(xiàn)多種能源的綜合供應(yīng)和智能化管理。不斷探索能源互聯(lián)網(wǎng)運營模式，為用戶提供增值服務(wù)，降低整體能源消費成本。

構(gòu)建運營管理系統(tǒng)，為能源運營管理者提供技術(shù)支撐。使用各種先進技術(shù)，進行系統(tǒng)性建設(shè)，對多種能源調(diào)度運行、交易、設(shè)備維護和管理以及需求側(cè)管理等工作提供技術(shù)支撐，形成可推廣的能源運營管理模式和技術(shù)支撐的系統(tǒng)性成果。

4.3 規(guī)劃建設(shè)城市低碳節(jié)能體系

為用能者提供低碳節(jié)能的技術(shù)集合，基于移動通信終端對用能監(jiān)視和節(jié)能建議進行發(fā)布；對城區(qū)能源基礎(chǔ)設(shè)施進行改造，結(jié)合需求側(cè)設(shè)備和技術(shù)數(shù)據(jù)，從設(shè)備節(jié)能、技術(shù)節(jié)能、管理節(jié)能、能源綜合利用等維度，建立具有行業(yè)和居民生活特征的能效模型。給出低碳能源利用的應(yīng)用方法，尤其在移動互聯(lián)技術(shù)方面，利用移動終端實現(xiàn)居民用戶、工業(yè)或者整個區(qū)域總體的用能、碳排監(jiān)控，對于具備節(jié)能潛力的設(shè)備和用戶，進行節(jié)能措施方面的互動，用戶提供反饋信息，并分享該信息給其他用戶，促進區(qū)域用戶和行業(yè)用戶之間節(jié)能經(jīng)驗的共享，進行節(jié)能方式的改進。

4.4 規(guī)劃建設(shè)能源環(huán)境監(jiān)管評估體系

構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)能效環(huán)境評估機制，從能源利用、經(jīng)濟效益、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)多個方面對項目進行跟蹤評估，為智慧城市的建設(shè)和發(fā)展提供支持。對能源互聯(lián)網(wǎng)的用能可靠性、經(jīng)濟性、安全性進行評估，為能源互聯(lián)網(wǎng)的運營者提出改進的措施和建議；對能源利用效率進行評估，給出可再生能源和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用狀況和各項低碳指標，為能源的生產(chǎn)者和消費者提供改進依據(jù)；綜合產(chǎn)業(yè)、能源、生態(tài)、人員等因素，對能源效率、生態(tài)環(huán)境等方面進行綜合評估，為政府各項工作提供支撐，包含能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、環(huán)境監(jiān)視、應(yīng)急管理、安全管理、政策引導和生態(tài)文明建設(shè)等多個維度的內(nèi)容。

5 智慧城市能源互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)運營模式

5.1 能源互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式

智慧城市分布式能源生產(chǎn)有多種商業(yè)模式。業(yè)主可以建設(shè)可再生能源發(fā)電設(shè)施，發(fā)電自用、余電上網(wǎng)或者給鄰域使用，收益于售電和補貼；可以投資建設(shè)可再生能源發(fā)電設(shè)施，然后出租給能源公司，業(yè)主收益于能源設(shè)施的租金；可以將場地出租給能源公司，由能源公司承建能源生產(chǎn)設(shè)施，業(yè)主收益于場地租金；可以從批發(fā)市場或者發(fā)電企業(yè)和其他售電企業(yè)購電，向用戶售電，業(yè)主從差價中收益；可以參與需求側(cè)響應(yīng)，從平抑負荷的貢獻中收益。對具備電網(wǎng)的企業(yè)，可以通過收取過網(wǎng)費獲取收益，或者收取買賣雙方的服務(wù)費用。

可再生能源生產(chǎn)的商業(yè)模式需因地制宜，除了以上各種不同的商業(yè)模式，還可以將電能供應(yīng)與供熱、供冷結(jié)合，降低單一業(yè)務(wù)的運營成本。結(jié)合電動汽車充電交易，進一步拓寬能源供應(yīng)范圍。

售能公司根據(jù)購電需求和市場能源供應(yīng)，對能源價格做出預測，通過現(xiàn)貨、期貨、差價合約等多種交易方式，對購電成本進行優(yōu)化，降低能源投入的風險，提高收益。

5.2 能源互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模式

能源互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式需要針對用能客戶的類型進行設(shè)計，為各類工商業(yè)用戶提供不同的服務(wù)，在滿足安全、舒適的基礎(chǔ)上，提供節(jié)能、環(huán)保方面的用能服務(wù)。為工商業(yè)用戶提供各種電價方案，通過分析客戶用電情況對工廠生產(chǎn)計劃進行調(diào)整，實行削峰填谷等調(diào)整負荷的行為，引導用戶錯峰用電，減少電費支出；為工商業(yè)用戶提供電力、燃氣、燃油最佳能源組合方案，通過多能互補的能源使用方式，減少用能費用；為用戶提供高可靠性的用能設(shè)備和改進設(shè)備方案，幫助用戶實現(xiàn)節(jié)能減排的目標；減少客戶的能源設(shè)備投資，為用戶提供施工、維護、管理方面的能源服務(wù)，節(jié)約能源類投入。

為居民提供可選的節(jié)能方案，通過新型交流方式，與用戶進行交流溝通。通過價格機制使居民對能源使用做出響應(yīng)。為居民客戶提供個性化賬單，對制冷、供暖、基礎(chǔ)負荷分布列出，通過與鄰域用能客戶比較，提升節(jié)能減排意識。

6 智慧城市能源互聯(lián)網(wǎng)的市場監(jiān)管

6.1 規(guī)范準入條件和退出機制

監(jiān)管機構(gòu)規(guī)范售能售電的能源公司準入條件，對不同的技術(shù)和服務(wù)級別給出差異化的資質(zhì)。從技術(shù)能力、服務(wù)水平、財務(wù)狀況和資金實力方面給出不同等級的評估標準，以便于供求雙方合理選擇。例如，大型工商業(yè)用戶需要選擇高資質(zhì)的公司提供服務(wù)，對于規(guī)模以下的用戶可以按照需求進行相應(yīng)的調(diào)整。對于能源公司的違規(guī)行為，完善處罰機制和退出機制，以規(guī)范市場秩序，確保能源市場健康發(fā)展。

6.2 服務(wù)質(zhì)量的監(jiān)管

監(jiān)管機構(gòu)給出售電售能服務(wù)標準，對供電可靠性、供電質(zhì)量、安全性給出評價指標，對故障搶修、電話投訴等給出服務(wù)指標，對企業(yè)形象、不同服務(wù)渠道和項目的客戶滿意度給出人文評價指標。監(jiān)管機構(gòu)將掌握的情況及時對用能者發(fā)布，使能源公司保證服務(wù)質(zhì)量，以維護用戶的利益，提高用戶的滿意度。

6.3 能源價格和運營成本的監(jiān)管

監(jiān)管機構(gòu)對售電售能公司的價格和運營成本進行監(jiān)管，根據(jù)不同能源技術(shù)經(jīng)濟特點，規(guī)定價格區(qū)間，給出綜合標桿價格，以保護用能者的利益，防止售能公司利用對用戶的壟斷賺取超額利潤。

6.4 開放的信息平臺

監(jiān)管機構(gòu)建立開放的能源信息平臺，提供全天候的能源服務(wù)和能源交易的商業(yè)環(huán)境。在平臺上提供能源供求信息的發(fā)布和搜索，規(guī)定供求公司信息披露的內(nèi)容，對基礎(chǔ)電網(wǎng)投入等價格敏感信息進行公開，以便于建立競爭有序的售電售能市場。

7 小結(jié)

智慧城市面臨著能源和環(huán)保的壓力，為使能源互聯(lián)網(wǎng)為智慧城市的建設(shè)保駕護航，本文分析了能源互聯(lián)網(wǎng)在智慧城市架構(gòu)體系中的作用，給出了智慧城市能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)途徑，闡述了能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)內(nèi)容及其商業(yè)模式和能源服務(wù)模式，并且提出了能源市場監(jiān)管的措施，以供讀者參考。