1.2.2　綜合能源系統

如果將能源互聯網類比于包含了一次和二次環節的電力系統，則綜合能源系統就是能源互聯網的“一次”系統，是能源互聯網的物理基礎，是能源互聯網分析、優化、調控乃至服務的重要對象，是推進“源-網-荷-儲”一體化和多能互補的重要手段。

傳統的社會供能系統（如電力、燃氣、熱力）往往單獨規劃、單獨運維、獨立運行，彼此之間存在較少的耦合環節，由此會引發一系列問題。如不同能源之間難以有機配合，造成能源利用效率低下；不同供能環節之間缺乏協調，影響整個社會供能系統的靈活性，且在面對極端天氣或重大災難時，供能系統的自愈恢復能力較差等；這些問題引起了能源領域專家和學者的廣泛重視。為解決上述問題，以提升能源利用效率，促進可再生能源安全高效消納，保證社會供能的安全、靈活和可持續性，構建綜合能源系統、打破不同能源子系統之間的壁壘、實現不同能源的有機協調已成為社會的共識。

在傳統供能體系中，各個能源網絡由不同的組織部門和廠商負責建設、運行和維護，相互之間缺乏互聯與耦合。但隨著能源領域的改革、能源技術的進步，以及人類對生態環境的日益重視，互相獨立的能源結構正在發生轉變。首先在能源側，大量光伏電站、風電場投入使用，燃氣電廠逐步取代燃煤電廠，同時為了提高燃氣利用效率，這些電廠往往會加入余熱鍋爐、吸收式制冷機等設備從而構成冷熱電聯供（CCHP）方式；其次，為提高可再生能源的消納率、提高用戶用能的經濟性和舒適性，大量儲能設備被廣泛應用，既包含集中式的大型儲能電站，也包含用戶側分布式的小型儲能；最后，為了進一步提高各種能源的耦合程度，實現可再生能源的安全消納，電制熱、電制冷、電轉氣等技術受到越來越多的關注。基于上述變化，電、熱、氣、冷不同能源之間的耦合越來越緊密，最終形成了綜合能源系統，如圖1-1所示。

通過上述分析不難看出，綜合能源系統既是人類為解決社會發展所面臨問題的必然選擇，也是社會能源領域技術進步的一種體現。綜合能源系統特指在規劃、建設和運行等過程中，對電、熱、氣、冷、氫等各類能源的生產、傳輸、轉換、存儲、消費和交易等環節進行協調與優化，進而形成能源產、供、銷一體化系統。構建綜合能源系統的目的在于提升能源利用效率，促進可再生能源經濟消納，實現社會能源的可持續供應，并提高整個社會供能系統的安全性、靈活性和經濟性。

綜合能源系統身優勢突出，其逐步成為能源領域世界各國關注的重點技術。由于不同國家經濟發展、生態環境、資源等差別較大，因此對綜合能源系統技術研究的側重點各有不同。

美國于2001年發布了綜合能源系統發展計劃，指出要提升清潔能源在能源利用中的占比，加大對分布式能源（DER）和冷熱電聯供技術（CHP）領域的研究力度，并進行推廣應用；2007年頒布了能源獨立和安全法（EISA），明確要求社會主要供能、用能環節必須開展綜合資源規劃；2009年以后，美國將智能電網列入國家戰略，旨在以電網為基礎，構建一個高效能、低投資、安全可靠、靈活應變的綜合能源系統。

歐洲在綜合能源系統相關領域開展了大量的科學研究與應用推廣，是最早將綜合能源系統理論付諸實踐的地區。在歐盟框架項目的引導下，英國開展了多方面關于綜合能源系統的研究，研究領域包括新能源并網、各能源間的協同、建筑中的能源效率提升，以及能源、交通系統與基礎設施三者互相的影響因素等。除了英國，德國也開展了綜合能源系統的研究，關注點落在通信系統與能源系統之間的耦合與交互，同時通過政策大力驅動可再生能源系統的發展建設及其在綜合能源系統中的應用。

加拿大在2009年國會審議并通過了旨在助推本國綜合能源系統相關研究的報告，隨后在相關文件指導意見中明確指出，要構建覆蓋加拿大全國的社區級綜合能源系統的建設（ICES），將ICES技術研究和工程建設列為2010—2050年的國家能源戰略，并在之后相繼頒布了多項法案，以助推ICES研究、示范和建設。

日本是亞洲最早開展綜合能源系統研究的國家，通過構建國內綜合能源體系，實現能源結構優化和能效提升，并促進可再生能源的規模化開發，緩解國內能源供應的壓力。2009年9月，日本政府公布了2020年、2030年以及2050年的減排戰略目標；2010年，日本國內綜合能源開發機構發起成立了日本智能社區聯盟（JSCA），致力于智能社區綜合能源技術的研究與示范。

綜合能源系統和能源互聯網的現實意義都是為了促進可再生能源的規模化開發以及能源利用效率顯著提升，其最終目的都是解決能源可持續供應、環境污染等問題，但兩者關注點各有側重，存在以下顯著區別。

（1）綜合能源系統主要用于解決能源系統自身發展問題與瓶頸，而能源互聯網則更強調能源系統的互聯以及與信息通信技術的深度融合。

對于能源系統自身而言，隨著社會對各類能源需求增加與傳統化石能源短缺的矛盾逐漸加深，以往不同能源系統各自獨立運行的狀況越來越難以適應未來社會的能源需求，所以能源供給結構需要改革與優化，除了可再生能源的廣泛接入，不同形式能源之間也要加強耦合關聯。從單一能源系統跳出，站在更高層次上對多種能源進行協調優化，以滿足人類日益增長的用能需求，是社會發展的必然結果，也是催生綜合能源系統的內在動力。因此，綜合能源系統更強調能源供給結構的優化，即不同能源間的耦合轉換和協同優化，而不過分倚重網絡互聯和ICT技術，因為即使一個孤立的微網系統，同時采用較為傳統的控制手段，也能通過使用能源耦合設備、儲能設備達到能效提升、滿足用戶多樣性需求的目的。

能源互聯網可看作是互聯網理念向能源系統滲透或對能源系統再造的產物，因此它更強調能源網絡的互聯，追求的目標包含了目前互聯網所具有的諸多特征，如對等開放、即插即用、廣泛分布、雙向傳輸、高度智能、實時響應等，因此它特別強調能源系統與互聯網及信息通信技術與能源系統的深度融合。

（2）綜合能源系統重點關注多種能源間的協調均衡，并不強調何種能源的主導地位，而能源互聯網則更倚重電能。

綜合能源系統追求的是能源系統的協同優化，不同的能源形式在不同應用場合會承擔不同角色，主導能源會隨著應用場景的不同而不同。對于能量的長距離和大容量傳輸，往往需由電力網和天然氣網完成，此時電能和天然氣將占主導地位；對于能量存儲，則會根據品級高低、容量大小、響應速度快慢等因素，選擇電儲能、天然氣儲能或冷/熱儲能，對應的能源形式將在其中起主導作用。

而在微網中，為滿足用戶的電、冷、熱等多樣性用能需求，則可能出現多種組合方式。如可采用單一電力網供能，其他所需的冷、熱能均由電能轉換獲得；也可以是電力+天然氣供能方式，電、冷、熱需求既可來源于電能，也可來源于天然氣；還可以是電力+天然氣+熱力混合供能。三種方式下，電、氣、冷、熱等能源所擔負的角色各不相同，沒有必然的主導能源形式。

而能源互聯網的追求目標，決定了電力網和電能必將在其中起主導作用。這主要源于電力網絡具有能源實時傳輸、自動化程度較高和用戶側已基本實現即插即用等優點，而電能本身也具有易于傳輸、轉換和使用的特點。因此，將智能化的電力網作為骨干網絡或核心平臺，更易于與互聯網和信息通信技術的融合，更利于能源互聯網目標實現。而里夫金在其《第三次工業革命》一書中，更是提出了“智能電網+分布式能源即是能源互聯網”。

（3）綜合能源系統是能源互聯網的物理載體。

能源互聯網盡管被賦予了種種功能與內涵，但歸根結底它是因能源系統而生的，其目的是提升能源的可持續供應。盡管能源互聯網強調電能的核心作用，其最終作用對象仍將是包括電、氣、熱、冷等能源系統的運行性能，滿足人類對于能源的更高需求，并基于各系統之間的互聯實現其功能，而這也正是綜合能源系統的核心所在。因此，綜合能源系統必然是能源互聯網的服務對象和功能載體。