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引言

“十三五”以來，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展步入新常態(tài)，電力消費穩(wěn)步增長，用電量增速放緩。由于新舊動能轉(zhuǎn)換還未完全實現(xiàn)，新動力不足以支持電力消費持續(xù)快速增長，2019年全社會用電增長下降至4.5%?！笆奈濉?、“十五五”是我國能源供應與消費結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關鍵期，影響用電總量的直接因素即高耗能傳統(tǒng)行業(yè)用電占比下降，經(jīng)濟發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局的優(yōu)化調(diào)整，以及技術進步都將導致未來電力需求增速逐步回落。

從結(jié)構(gòu)看，我國電力供應結(jié)構(gòu)持續(xù)多元化，形成以水電、火電、核電、風電、太陽能發(fā)電多電源類型的電力供應結(jié)構(gòu)。截止到2019年底，水電、火電、核電、風電、太陽能發(fā)電裝機占比分別為17.7%、59.2%、2.4%、10.4%和10.2%,發(fā)電量占比分別為17.8%、68.9%、4.8%、5.5%和3.1%[1]。雖然煤電在電源結(jié)構(gòu)中份額逐漸降低，無論在裝機還是在發(fā)電量方面，煤電仍然是我國現(xiàn)階段電力供應中的主力電源，并且其主體地位近期內(nèi)不會改變。

從技術看，我國發(fā)電技術進步顯著，新能源發(fā)電成本進一步降低。隨著高參數(shù)、大容量燃煤發(fā)電技術、常規(guī)污染物控制及碳捕獲、利用與封存(CCUS)等清潔高效燃煤發(fā)電技術的發(fā)展和應用，煤炭的清潔高效利用水平不斷提升。目前，最先進的高效燃煤發(fā)電機組發(fā)電效率已超過47%;新能源發(fā)電技術的發(fā)展使得度電成本不斷下降，在過去6年間，陸上風電度電成本年平均下降14%,海上風電度電年平均下降20%,光伏度電成本年平均下降22%。

從體制機制看，我國電力市場逐步開放、資源配置方式發(fā)生改變。國務院印發(fā)的2015年9號文標志著新一輪電力體制改革的開始[2],全國電力市場交易電量逐年快速增加，交易電量已從2016年1萬億kWh增長到2019年28344萬億kWh。資源配置方式從行政配置資源變?yōu)橹鸩睫D(zhuǎn)變?yōu)槭袌雠渲觅Y源模式，用戶側(cè)從被動接受電能變?yōu)榉e極參與電力供需平衡和需求側(cè)響應。

我國電力企業(yè)的角色由能源供應商向能源服務商轉(zhuǎn)換。從屬性看，電力除了不易于儲存這個特點，其余均符合普通商品的屬性，因此作為商品的出售方，電力企業(yè)應適時地從能源供應商向清潔能源服務商角色轉(zhuǎn)變，延長服務鏈條，與需求側(cè)直接對話。在過去的電力供需模式中，電力供應側(cè)更多地被動根據(jù)電網(wǎng)負荷預測供給電能?，F(xiàn)階段，隨著用戶要求從用能數(shù)量向用能質(zhì)量轉(zhuǎn)變，電力企業(yè)需以用戶需求為出發(fā)點，向用戶提供智慧化能源服務，從而提升社會整體的用能效率，建設節(jié)約型社會。

本文從企業(yè)角度出發(fā)，分析了我國電力企業(yè)發(fā)展綜合智慧能源的潛力方向，并從具體實施層面，將開展綜合智慧能源實踐劃分為三個階段，提出企業(yè)實現(xiàn)供能質(zhì)量提升的實現(xiàn)路徑。

1綜合智慧能源的內(nèi)涵

綜合智慧能源，是指針對特定某一區(qū)域內(nèi)的能源用戶，摒棄原有各能源品種、各供應環(huán)節(jié)單獨規(guī)劃、單獨設計、單獨運行的傳統(tǒng)模式，以電為核心，提供電、熱、冷、氣、水等多種不同能源品種的一體化解決方案，實現(xiàn)“源—網(wǎng)—荷—儲—用”能源供應環(huán)節(jié)協(xié)同[3,4]。從廣義上講，能源系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)能源需求智慧化、能源運輸智慧化，還應實現(xiàn)能源生產(chǎn)智慧化。圖1為綜合能源系統(tǒng)示意。

圍繞能源供應和消費系統(tǒng)智慧化，目前已形成了諸多具象的相關概念，如：

(1)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源是一種互聯(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)[5],通過大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術為用戶提供全流程的監(jiān)測控制、操作運營、能效管理的綜合服務。

(2)能源互聯(lián)網(wǎng)是運用電力電子技術、信息技術和智能管理技術，將由分布式信息采集裝置、能量儲存裝置和各種類型負載構(gòu)成的綜合能源供應網(wǎng)絡的節(jié)點互聯(lián)起來，實現(xiàn)能量流、信息流、業(yè)務流的實時交換、共享與優(yōu)化。

(3)多能互補、集成優(yōu)化能源系統(tǒng)主要有兩種模式[6]:一是面向終端用戶電、熱、冷、氣等多種用能需求，因地制宜、統(tǒng)籌開發(fā)、互補利用傳統(tǒng)能源和新能源，優(yōu)化布局建設一體化集成供能基礎設施，實現(xiàn)多能協(xié)同供應和能源綜合梯級利用；二是利用大型綜合能源基地風能、太陽能、水能、煤炭、天然氣等資源組合優(yōu)勢，推進風光水火儲多能互補系統(tǒng)建設。

(4)智慧電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎，集成先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術，滿足用戶對電力的需求和優(yōu)化資源配置，確保電力供應的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，適應電力市場化發(fā)展，實現(xiàn)對用戶可靠、經(jīng)濟、清潔、互動的電力供應和增值服務。

2綜合智慧能源技術

區(qū)別于傳統(tǒng)能源系統(tǒng)從產(chǎn)業(yè)鏈上游向下游縱向延伸的組織方式，綜合智慧能源系統(tǒng)涉及能源生產(chǎn)技術、能量存儲技術、傳輸技術、用能服務技術以及實現(xiàn)源、網(wǎng)、荷與用戶之間有機聯(lián)結(jié)的系統(tǒng)控制與服務技術，如基于能源互聯(lián)網(wǎng)的智慧能源監(jiān)管技術、用電側(cè)基于能源大數(shù)據(jù)的智慧能源精準需求管理技術等。

2.1綜合智慧能源技術體系框架

綜合智慧能源系統(tǒng)以電力、熱(冷)等能源生產(chǎn)技術為依托，通過能源輸送管廊，向下游終端能源用戶延伸，以系統(tǒng)控制與服務技術為內(nèi)核，以能源存儲技術為輔助，構(gòu)建起智慧化能源服務運行體系。

(1)能源生產(chǎn)技術主要包括燃煤(含背壓機)和燃氣多聯(lián)供、分布式直燃鍋爐、余熱余壓發(fā)電、小型風電、分散式光伏發(fā)電、地熱源與空氣源熱泵、溴化鋰制冷等，應因地制宜地選擇合適的能源生產(chǎn)技術組合。

(2)能源輸送技術通常包括配電網(wǎng)、供熱(冷)網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)、水網(wǎng)及綜合管廊，通過集成信息采集、分析處理等技術，能夠?qū)崿F(xiàn)各種能源品種協(xié)同配送。

(3)根據(jù)能源存儲方式，儲能技術主要包括機械儲能、電磁儲能和電化學儲能等三大類。機械儲能技術有抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等，其中抽水蓄能技術和應用成熟，而受綜合智慧能源地域性限制，適用性不佳。電磁儲能技術有超導儲能、超級電容等，尚處于實驗室研發(fā)階段。電化學儲能技術有鋰離子電池、鈉硫電池、鉛酸電池、液流電池等技術，近年受電動車電池技術的快速發(fā)展，鋰離子電池、鉛酸電池在儲能領域開展小規(guī)模商業(yè)化應用。

除儲電外，能量儲存形式還包括儲熱、儲冷、儲氫等。儲熱技術有熱水蓄熱、固體磚蓄熱、熔融鹽蓄熱，目前前兩種儲熱形式在東北、西北熱電機組的供暖季熱電解耦中得到廣泛應用，熔融鹽蓄熱主要用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。

(4)隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息與控制技術的不斷提升，綜合智慧能源的實現(xiàn)成為可能。在能源生產(chǎn)側(cè)，智慧化能源生產(chǎn)體現(xiàn)在全流程精細化管理、可再生能源精準預測、多能源品種優(yōu)化供應等方面。在能源消費側(cè)，則體現(xiàn)在需求預測、用能優(yōu)化、負荷側(cè)需求響應等其他用戶增值服務。通過信息平臺，實現(xiàn)源、網(wǎng)、荷、用的有效互聯(lián)互動。

2.2商業(yè)模式與應用實踐

綜合智慧能源項目實施的前提條件和關鍵要素是商業(yè)運營模式。我國能源企業(yè)紛紛布局能源互聯(lián)網(wǎng)、智慧能源、多能互補、能源微電網(wǎng)等項目，加快向綜合能源服務轉(zhuǎn)型。

綜合智慧能源從應用場景來看，主要涉及大型能源保障基地的多能互補型、智慧城鎮(zhèn)型、產(chǎn)業(yè)園區(qū)型、以及集群樓宇型，圍繞特定用戶群的用能需求，開發(fā)適應性的能源供應體系及用能服務。國家電網(wǎng)公司也積極開展了多項辦公園區(qū)的綜合智慧能源示范項目。

在政策、市場、技術等多重因素作用下，綜合能源服務正由概念導入、項目孵化邁向市場驗證階段，表1中列舉了部分國內(nèi)已投運或規(guī)劃建設的綜合智慧能源項目。

從項目整體設計角度看，運營模式主要可分為統(tǒng)一式開發(fā)和分散式開發(fā)兩種。其中，統(tǒng)一開發(fā)通常適用于規(guī)模較小、用戶分布集中的區(qū)域，項目單位基于用戶需求對區(qū)域能源系統(tǒng)進行統(tǒng)一設計、優(yōu)化和運營管理；分散式開發(fā)通常有多個能源供應商、輸配商、銷售公司等主體共同參與整個能源系統(tǒng)的部分環(huán)節(jié)。由于綜合能源項目設計和運營管理復雜，目前國內(nèi)已投運或規(guī)劃建設的項目多為統(tǒng)一開發(fā)模式。

2.3當前發(fā)展面臨的問題與挑戰(zhàn)

當前發(fā)電企業(yè)開展綜合智慧能源項目面臨體制機制、商業(yè)模式、技術集成等多方面挑戰(zhàn)。

(1)體制機制尚待完善。

綜合智慧能源項目通常涉及電力、熱力、燃氣、輸送管廊等方面內(nèi)容，從發(fā)展規(guī)劃到審批核準分屬不同行政管理部門，為統(tǒng)籌規(guī)劃和頂層設計造成困難。

(2)商業(yè)模式尚不成熟。

綜合智慧能源的核心要義在于以用戶需求為核心，而現(xiàn)有的能源供應模式業(yè)已固化，同時需求側(cè)新增負荷不確定性較大，項目盈利性不明朗；能源供應側(cè)和需求側(cè)對話機制尚未形成，中間環(huán)節(jié)影響系統(tǒng)效率和服務質(zhì)量；在現(xiàn)行價格機制下，綜合智慧能源系統(tǒng)的智能化價值無法合理轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟收益，影響項目投資積極性。

(3)技術優(yōu)化集成需要深入研究。

綜合智慧能源系統(tǒng)通過先進的信息、控制等智能化技術，實現(xiàn)能源供應、輸運、應用等過程的協(xié)調(diào)控制。目前，能源系統(tǒng)全流程智慧化多停留在單一環(huán)節(jié)階段，尚需進一步探索與實踐。

3電力企業(yè)拓展綜合智慧能源潛力方向

我國電力企業(yè)以發(fā)電為核心主營業(yè)務，然而近年隨著電力需求增速下滑、可再生能源快速發(fā)展、電力市場化改革持續(xù)推進，傳統(tǒng)電力企業(yè)特別是燃煤發(fā)電企業(yè)面臨著利用小時數(shù)下滑、上網(wǎng)電價降低、機組運行靈活性要求升高等一系列挑戰(zhàn)，經(jīng)營壓力空前，夾縫求存，亟需拓展和培育新的盈利增長點。

根據(jù)對國內(nèi)部分電力企業(yè)的調(diào)研，發(fā)電企業(yè)結(jié)合區(qū)域用能需求，已開展多元化的能源服務主要包括：(1)燃煤發(fā)電、風電、水電、燃氣發(fā)電、太陽能發(fā)電等其他新能源發(fā)電；(2)以燃煤和燃氣發(fā)電為基礎的供熱、供汽以及管網(wǎng)；(3)售電；(4)增量配電網(wǎng)。

綜合智慧能源根本上是要因地制宜地選擇合適的電力等能源生產(chǎn)方式，通過綜合能源輸送通道，面向終端用戶提供綜合性能源供應服務，以信息技術為內(nèi)核，驅(qū)動能源生產(chǎn)、輸送和供應全流程的質(zhì)量提升。從這個意義出發(fā)，發(fā)電企業(yè)現(xiàn)有電力業(yè)務具備發(fā)展綜合智慧能源的基礎條件和相對優(yōu)勢。

圍繞核心發(fā)電，結(jié)合發(fā)電企業(yè)在電力領域相關業(yè)務，未來發(fā)展綜合智慧能源可以從拓展綜合能源供應、布局分布式發(fā)電、規(guī)劃能源輸送管廊、以及開發(fā)下游其他增值性用能服務等四個方面著手，逐步拓寬現(xiàn)有能源供應服務的邊界和質(zhì)量。

(1)拓展綜合能源供應

以傳統(tǒng)發(fā)電業(yè)務為中心，結(jié)合周邊用戶的采暖、工業(yè)蒸汽、壓縮空氣等其他用能需求，進一步拓展能源生產(chǎn)的邊界。不同于電力生產(chǎn)的是，這些用能需求往往具有明顯的先發(fā)優(yōu)勢，適時進入可先一步搶占市場份額。全國范圍內(nèi)，相當一部分機組已根據(jù)當?shù)赜媚苤饕遣膳?、工業(yè)用汽等需求拓展能源供給品類。

(2)布局分布式發(fā)電

在產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)、工業(yè)園區(qū)等用能需求集中區(qū)域，結(jié)合當?shù)刭Y源條件，發(fā)展多能互補的分布式多聯(lián)供能源系統(tǒng)。

(3)規(guī)劃能源輸送管廊

結(jié)合用戶的用能需求，綜合規(guī)劃能源輸送管廊，包括增量配電網(wǎng)、供冷(熱)網(wǎng)、工業(yè)用汽管網(wǎng)、氣網(wǎng)等，充分利用管道路由。

(4)其他增值性服務

結(jié)合發(fā)電企業(yè)目前已開展的售電業(yè)務，在加深用戶需求了解和增強互動響應的基礎上，為用戶提供用能優(yōu)化、需求響應等增值服務。

4綜合智慧能源的實現(xiàn)路徑

綜合智慧能源作為涵蓋能源生產(chǎn)、輸運和供應全流程、以智慧化為驅(qū)動、以服務質(zhì)量為核心的理想能源系統(tǒng)，電力企業(yè)在多環(huán)節(jié)都具備向外延伸、最終發(fā)展形成綜合智慧能源系統(tǒng)的基礎條件和潛力。

然而，目前我國在綜合智慧能源發(fā)展中還存在諸多障礙，如頂層設計匱乏、行業(yè)標準欠缺、行業(yè)壁壘高筑、價格機制不健全等問題，綜合智慧能源系統(tǒng)的應用受限。因此，現(xiàn)階段電力企業(yè)開展智慧能源實踐應充分結(jié)合現(xiàn)有業(yè)務，分階段逐步實施。按照智慧能源服務范疇，可以分為以下三個層面的內(nèi)容(見圖4):

(1)基于先進信息技術實現(xiàn)智慧化發(fā)電；

(2)以發(fā)電為核心拓展綜合能源供應業(yè)務；

(3)以用戶為中心發(fā)展智慧化能源服務。

根據(jù)調(diào)研，目前國內(nèi)發(fā)電企業(yè)正在逐步開展前兩個層面的工作，包括智慧化電廠和綜合能源供應鏈延伸，同時應適時部署智慧能源服務研究，待市場價格機制、用戶訴求等外部條件逐步成熟，可以以面向用戶的售電業(yè)務為依托，進一步拓展能源服務邊界，最終形成綜合智慧能源體系。

4.1以智慧電廠建設為契機開展存量資產(chǎn)智慧化

能源生產(chǎn)是綜合智慧能源系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，而智慧化發(fā)電實現(xiàn)整體系統(tǒng)的核心任務。發(fā)電企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以智慧決策和人機協(xié)調(diào)為核心，以實時動態(tài)大數(shù)據(jù)為基礎，以強大的計算能力為受端，實現(xiàn)從原料采購、設備運行和營銷的精細化管理。

對發(fā)電企業(yè)而言，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的影響不僅限于燃料、效率、管理和安全領域。通過數(shù)字化運營，發(fā)電企業(yè)實現(xiàn)以先進分析技術來提高最低和最高負荷，從而提升機組運行靈活性；通過引入傳感器連續(xù)監(jiān)測污染物排放，以自動控制技術調(diào)整催化劑輸入，提升環(huán)境效益；采用基于數(shù)字化技術的精細化運營，有助于發(fā)電企業(yè)控制物流支出，優(yōu)化水處理和排放控制等。

4.2以發(fā)電業(yè)務為核心拓展綜合能源供給系統(tǒng)

4.2.1以煤電機組為核心的供熱、供汽、供氣、蓄熱、蓄電

近年受煤價波動、電價下行和設備利用率低等方面的影響，發(fā)電企業(yè)尤其是煤電企業(yè)為緩解發(fā)電業(yè)務運營壓力，在對周邊用戶需求調(diào)研的基礎上，積極拓展以供熱、供汽、調(diào)峰調(diào)頻等形式的能源服務。

4.2.2以有條件的產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)為中心開展天然氣分布式發(fā)電

在產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)、工業(yè)園區(qū)、商業(yè)中心等用能場景中，用戶除電外，通常還有熱、冷、壓縮空氣等其他形式的能源需求。受嚴控煤電新增產(chǎn)能和環(huán)保政策影響，尤其是在中東部地區(qū)，燃氣分布式冷熱電多聯(lián)供能源系統(tǒng)更符合地方發(fā)展規(guī)劃與趨勢。

4.2.3探索開展增量配電網(wǎng)

配電網(wǎng)的核心價值在于可以此為依托，打造集售電服務、用電咨詢、能源運維、節(jié)能服務、金融服務、分布式能源服務、綜合能源規(guī)劃于一體的配售電運營供應體系。

4.2.4以負荷中心的風光建設為契機布局綜合智慧能源

隨著風電、太陽能發(fā)電發(fā)展重心逐漸向位于負荷中心的中東南部地區(qū)轉(zhuǎn)移，傳統(tǒng)集中開發(fā)模式不再適用，相比而言，分布式可再生能源發(fā)電更適宜這些地區(qū)人口稠密、土地稀缺的現(xiàn)實情況。發(fā)電企業(yè)可以在用電負荷中心，以新能源建設為契機，綜合周邊其他用能需求，統(tǒng)籌規(guī)劃設計智慧能源體系。

4.3以用戶為中心發(fā)展綜合智慧能源系統(tǒng)

以用戶需求為出發(fā)點，通過集成儲能，提升能源供應的靈活性和穩(wěn)定性；通過信息平臺和大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)負荷精準預測和負荷側(cè)需求響應，幫助用戶執(zhí)行用能診斷和評估、制定用能品種、優(yōu)化分時用能方案、實現(xiàn)負荷監(jiān)控與管理。

5結(jié)論

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展由高速轉(zhuǎn)為中高速、整體電力供應由短缺轉(zhuǎn)為過剩，電力企業(yè)面臨嚴峻的經(jīng)營生存壓力。同時，電力消費側(cè)也對電力系統(tǒng)提出更高的要求，從過去單一地要求保障供應數(shù)量向要求提高供應質(zhì)量轉(zhuǎn)變。綜合智慧能源系統(tǒng)概念的提出，為夾縫求生的電力企業(yè)提供了未來的發(fā)展思路和方向。結(jié)合當前現(xiàn)有發(fā)電業(yè)務，發(fā)電企業(yè)可以圍繞多品種能源供應、布局分布式發(fā)電、規(guī)劃能源輸送管廊、開發(fā)下游增值用能服務，逐步拓寬現(xiàn)有能源供應服務的邊界，提升能源供應的質(zhì)量。在具體實施層面，開展智慧能源實踐應充分結(jié)合現(xiàn)有業(yè)務分階段逐步進行，第一階段是基于先進信息技術實現(xiàn)智慧化發(fā)電，第二階段是以發(fā)電為核心拓展綜合能源供應業(yè)務，第三階段是以用戶為中心發(fā)展智慧化能源服務，最終形成真正意義上的綜合智慧能源體系。