智慧城市之碳中和智慧能源系統(tǒng)內(nèi)核

中國電力設(shè)備管理協(xié)會能源物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)委員會常務(wù)副主任兼秘書長 毛 翔

智慧城市經(jīng)常與數(shù)字城市、感知城市、無線城市、智能城市、生態(tài)城市、低碳城市等區(qū)域發(fā)展概念相交叉而混雜。我理解的智慧能源城市重點在于“（智慧+能源）/數(shù)字化基礎(chǔ)”，就是基于數(shù)字化的利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)對能源的生產(chǎn)、存儲、輸送和使用狀況進行實時監(jiān)控、分析，并在大數(shù)據(jù)、云計算的基礎(chǔ)上進行實時檢測、報告和優(yōu)化處理，以形成最佳狀態(tài)的、開放的、透明的、去中心化和廣泛自愿參與的綜合管理系統(tǒng)，并利用這個綜合管理系統(tǒng)獲得的一種新的能源生產(chǎn)及利用形式；逐步從本質(zhì)上把能源的全生命周期內(nèi)的物態(tài)屬性疊加出現(xiàn)數(shù)字化屬性。

例如柯達類基于化學(xué)顯影技術(shù)的紙介質(zhì)照相產(chǎn)業(yè)演變?yōu)槔没谛畔⒓夹g(shù)的數(shù)字化顯示產(chǎn)業(yè)，從而基本消除了原行業(yè)，淘汰了基于化學(xué)顯影技術(shù)的大部分市場，締造實現(xiàn)了節(jié)能及快捷和儲存便捷的成本低廉的顯示數(shù)字存貯產(chǎn)業(yè)，從根本上形成了光學(xué)鏡頭成像加數(shù)字化存貯新產(chǎn)業(yè)，在消除化學(xué)顯影技術(shù)產(chǎn)業(yè)的過程中，手機照相技術(shù)的提升又實現(xiàn)了弱化單反相機的需求，反之又促進了手機照相更加專業(yè)化和精細化發(fā)展的趨勢；從這個邏輯上來看，再下一步的發(fā)展是云存儲和高速信息傳輸及邊緣計算的時代即將來臨；未來，人們在使用手機照相時可在極短時間里將照片同步到云端，云端的照片或視頻可以快速形成短片，最終存貯起來，隨時調(diào)用或?qū)崟r投放到抖音或快手等個人媒體上；甚至于視頻和圖片本身如果載入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，就成為唯一性、排他性和可追溯的本原作品，其本身的價值因區(qū)塊鏈技術(shù)而成為具有其文化價值、歷史價值和商業(yè)價值的載體；這個過程我認為就是數(shù)字化過程；而不是簡單形態(tài)轉(zhuǎn)化，是質(zhì)的數(shù)字屬性的變化，更不是信息化本身，數(shù)字化與信息化有著本質(zhì)的區(qū)別。

智慧能源城市其實就是指基于城市的能源物聯(lián)網(wǎng)，能源物聯(lián)網(wǎng)就是智慧能源實現(xiàn)的組織方式和形態(tài)之一；也是實現(xiàn)碳中和發(fā)展目標的基礎(chǔ)支撐。

城市能源物聯(lián)網(wǎng)通過城市能源清潔化、區(qū)域化、智能化和互聯(lián)網(wǎng)化轉(zhuǎn)型升級而實現(xiàn)。

構(gòu)建城市能源物聯(lián)網(wǎng)將解決城市能源電力就地平衡的瓶頸，促進各類能源與電能轉(zhuǎn)換，提高清潔能源在供給側(cè)和電能在消費側(cè)的使用比重，優(yōu)化城市能源結(jié)構(gòu)、提高能源利用效率、促進清潔能源開發(fā)利用，最終實現(xiàn)城市能源消費的低碳化。而其未來的發(fā)展將伴隨著能源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提升，能源屬性將會出現(xiàn)疊加；我認為基于能源物聯(lián)網(wǎng)通信標準的智能光伏、智能水表、智能電表、智能氣表、智能儲能、智能燃機、智能熱表、智能開關(guān)、智能控制柜、智能充電樁等在智能化過程中，因其計量的基礎(chǔ)和數(shù)字化基礎(chǔ)都是基于標準和區(qū)塊鏈，從而電力、熱力、壓力等都會演變?yōu)榱髁?，流量就是?shù)字，數(shù)字的背后就是能源，能源的表現(xiàn)不再是度電或溫度，從數(shù)字化本身去理解就是區(qū)塊和數(shù)據(jù)；能量流變成數(shù)字流，數(shù)字的鏡像就是能量、能量的表達就是數(shù)字，這時能源數(shù)字化才可實現(xiàn)；一旦實現(xiàn)，能源數(shù)字經(jīng)濟的大門就將打開；社會參與度將巨大發(fā)展，能源數(shù)字金融和綠碳數(shù)字及綠碳數(shù)字資產(chǎn)的價值應(yīng)運而生，基于信息化數(shù)字化基礎(chǔ)的智慧加能源的城市智慧能源完整的系統(tǒng)誕生了。

能源是驅(qū)動現(xiàn)代社會發(fā)展的血液，作為社會前進的動力，能源推動新一輪工業(yè)革命。隨著分布式能源的基礎(chǔ)設(shè)施越來越多，能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，隨著城市擴張用戶側(cè)用能曲線也更加動態(tài)，能源數(shù)據(jù)無論是從數(shù)量、類型還是從動態(tài)隨機性上都遠比傳統(tǒng)能源時代要上一個臺階，僅憑人力無法及時、有效、準確地對分布式能源的供需曲線進行判斷和管控，能源的智慧化，利用各類高新科技代替人腦做海量數(shù)據(jù)優(yōu)化、分析、判斷、決策，發(fā)出指令，以及更先進的技術(shù)實現(xiàn)能源管理和能源商業(yè)發(fā)展；在碳中和發(fā)展的強力需求下，更是尤為重要和迫切。在能源物聯(lián)網(wǎng)的世界里，人們可以使用探測系統(tǒng)實時監(jiān)視城市用電數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析通過智能電網(wǎng)自動調(diào)節(jié)電能質(zhì)量；利用由新材料和新設(shè)計技巧所建的智能建筑，結(jié)合數(shù)字化技術(shù)構(gòu)造智能社區(qū)，提高各用能系統(tǒng)的效率，減少能源浪費；屋頂太陽能板、小型風力發(fā)電機、地熱發(fā)電、新能源汽車以及儲能系統(tǒng)構(gòu)建智能微網(wǎng)及城市分布式能源系統(tǒng)，實現(xiàn)新能源自給自足及雙向交易。將實現(xiàn)新能源產(chǎn)業(yè)的革新，將光伏、風電、地熱、生物質(zhì)能等新能源因地制宜地整合到一座城市的能源結(jié)構(gòu)中，利用智能系統(tǒng)加以精準調(diào)配，彌補了新能源隨時間、空間變動的缺點，保障了新能源有效的供應(yīng)，同時為傳統(tǒng)能源的可持續(xù)利用提供了保障。

從智慧能源城市的基礎(chǔ)建設(shè)上來看，我認為其內(nèi)核有幾個內(nèi)容：智慧能源城市的建設(shè)，其技術(shù)范圍包括不限于新能源發(fā)電技術(shù)、先進電力電子技術(shù)、先進儲能技術(shù)、先進信息技術(shù)、需求響應(yīng)技術(shù)、微網(wǎng)技術(shù)、源網(wǎng)荷儲一體化能源管理平臺、碳管理平臺、也包括關(guān)鍵裝備技術(shù)和標準化技術(shù)。

新能源發(fā)電包括風能、太陽能和生物質(zhì)能等可再生能源發(fā)電，新能源發(fā)電技術(shù)包括各種高效發(fā)電技術(shù)、運行控制技術(shù)、能量轉(zhuǎn)換技術(shù)等。也包括微型燃氣輪機分布式電源技術(shù)，以及燃料電池功率調(diào)節(jié)技術(shù)、諧波抑制技術(shù)、高精度新能源發(fā)電預(yù)測技術(shù)、新能源電力系統(tǒng)保護技術(shù)；研究動力與能源轉(zhuǎn)換設(shè)備、資源深度利用技術(shù)、智能控制與群控優(yōu)化技術(shù)和綜合優(yōu)化技術(shù)。在具體運用場景上上通常有：地面光伏電站、屋頂分布式光伏電站、分布式風力電站、BIPV一體化、光伏車棚、風光火儲一體化、燃氣發(fā)電、水源熱泵、地源熱泵、空氣源熱泵、天然氣三聯(lián)供、太陽能供熱、光熱發(fā)電、綠色建筑、儲能系統(tǒng)、電動汽車充電設(shè)施、配電系統(tǒng)、冰蓄冷系統(tǒng)、壓縮空氣儲能、LED照明系統(tǒng)、管廊、生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)、智慧燈桿系統(tǒng)、配套設(shè)施及配套管線及監(jiān)控等。

先進電力電子技術(shù)包括高電壓、大容量或小容量、低損耗電力電子器件技術(shù)、控制技術(shù)及新型裝備技術(shù)。

先進儲能技術(shù)包括壓縮空氣儲能、飛輪儲能、電池儲能、超導(dǎo)儲能、超級電容器儲能、冰蓄冷熱、氫存儲、P2G等儲能技術(shù)。從物理形態(tài)上講，包括可用于大電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務(wù)的儲能裝備，也包括用于家庭、樓宇、園區(qū)級的儲能模塊。風電、光伏等可再生能源發(fā)電設(shè)備的輸出功率會隨環(huán)境因素變化，儲能裝置可及時地進行能量的儲存和釋放，保證供電的持續(xù)性和可靠性。超導(dǎo)儲能和超級電容儲能系統(tǒng)能有效改善風電輸出功率及系統(tǒng)的頻率波動；通過對飛輪儲能系統(tǒng)的充放電控制，實現(xiàn)平滑風電輸出功率、參與電網(wǎng)頻率控制的雙重目標；壓縮空氣儲能是一項能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模和長時間電能存儲的儲能技術(shù)。儲能技術(shù)及新型節(jié)能材料在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用將在發(fā)、輸、配、用電的各個環(huán)節(jié)給傳統(tǒng)電力系統(tǒng)帶來根本性的影響，是電工技術(shù)研發(fā)的重點方向，也是城市智慧能源系統(tǒng)的靈魂之一。

先進信息技術(shù)由智能感知、云計算和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等構(gòu)成代表能源領(lǐng)域信息技術(shù)的發(fā)展方向。能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是利用云計算和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)構(gòu)建的開放式管理及服務(wù)軟件平臺，實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、管理、分析及互動服務(wù)功能，支持電能交易、新能源配額交易、分布式電源及電動汽車充電設(shè)施監(jiān)測與運維、節(jié)能服務(wù)、互動用電、需求響應(yīng)等多種新型業(yè)務(wù)。

基于數(shù)字化的智慧+能源系統(tǒng)核心部分就是通訊技術(shù)和信息化數(shù)字化技術(shù)的支撐，細分市場可以理解為數(shù)字化測量技術(shù)、基于邊緣計算的云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等。

數(shù)字化測量技術(shù)。智能感知技術(shù)包括數(shù)據(jù)感知、采集、傳輸、處理、服務(wù)等技術(shù)。智能傳感器獲取能源物聯(lián)網(wǎng)中輸配電網(wǎng)、電氣化交通網(wǎng)、信息通信網(wǎng)、天然氣網(wǎng)、熱網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)及用戶側(cè)各類聯(lián)網(wǎng)用能設(shè)備、分布式電源及微網(wǎng)的運行狀態(tài)參數(shù)，傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過處理、聚集、分析并提供改進的控制策略?；谀茉次锫?lián)網(wǎng)通訊標準，使用植入商密密碼的能源物聯(lián)網(wǎng)終端模組作為數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)妮d體；利用基于IPV6的開放式多服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系，支持端到端的業(yè)務(wù)，實現(xiàn)用戶與微網(wǎng)及電網(wǎng)之間的互動，而且可實現(xiàn)各種智能設(shè)備的即插即用，除了智能電能表以外，還支持其他各種非電表設(shè)備的無縫接入。

基于邊緣計算的云計算技術(shù)。邊緣計算就是基于分布式城市微小站點（每個集裝箱9～18個機柜）的輕量級計算中心的算力，與用戶最近，以最短的時間和最低的能源消耗利用特殊的組網(wǎng)方式和算法而實現(xiàn)的一種云計算。云計算是一種能夠通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地、按需方式、便捷地獲取計算資源(包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用和服務(wù)等)并提高其可用性的模式，實現(xiàn)隨時、隨地、隨身的高性能計算。能源物聯(lián)網(wǎng)將利用互聯(lián)網(wǎng)強大的互聯(lián)互通能力，支持發(fā)電商(含分布式電源與微網(wǎng)經(jīng)營者)、網(wǎng)絡(luò)運營商、用戶、批發(fā)或零售型售電公司等多種市場主體任何時間、任何地點的交易活動。

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。大數(shù)據(jù)是指無法在一定時間內(nèi)用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具對其內(nèi)容進行提取、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。能源物聯(lián)網(wǎng)中管網(wǎng)安全監(jiān)控、經(jīng)濟運行、能源交易和用戶電能計量、燃氣計量及分布式電源、電動汽車等新型負荷數(shù)據(jù)的接入，其數(shù)據(jù)量將較智能電能表數(shù)據(jù)量大得多。從大數(shù)據(jù)的處理過程來看，大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)包括大數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)存儲及管理、大數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)展現(xiàn)和應(yīng)用大數(shù)據(jù)檢索、大數(shù)據(jù)可視化、大數(shù)據(jù)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)安全等。

需求響應(yīng)也是重點部署的一個部分，需求響應(yīng)是指用戶對電價或其他激勵做出響應(yīng)改變用電方式。通過實施需求響應(yīng)，既可減少短時間內(nèi)的負荷需求，也能調(diào)整未來一定時間內(nèi)的負荷實現(xiàn)移峰填谷。這種技術(shù)除需要相應(yīng)的技術(shù)支撐外，還需要制定相應(yīng)的電價政策和市場機制。一般建立需求響應(yīng)系統(tǒng)包括主站系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、智能終端，依照開放互聯(lián)協(xié)議實現(xiàn)電價激勵信號、用戶選擇及執(zhí)行信息等雙向交互，達到用戶負荷自主可控的目的。在能源物聯(lián)網(wǎng)中，多種用戶側(cè)需求響應(yīng)資源的優(yōu)化調(diào)度將提高能源綜合利用效率，在實現(xiàn)削峰填谷需求上將大顯身手，巨大化地降低尖峰時刻的備用電力需求及地區(qū)限電的機率，從而減少巨大的投資。

微能源網(wǎng)是智慧能源城市的核心靈魂，微網(wǎng)是指一個城鄉(xiāng)社區(qū)或園區(qū)、工廠、學(xué)校等可與公共能源網(wǎng)絡(luò)連接，又可獨立運行的微型能源網(wǎng)絡(luò)。微能源網(wǎng)是實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)工業(yè)、商業(yè)、居民用戶主要或全部使用可再生清潔能源發(fā)電、靈活便利的充電設(shè)施，太陽能、生物質(zhì)發(fā)電或氫能、水能、熱能等可再生能源及傳統(tǒng)能源通過能源路由器接入微能源網(wǎng)。各種能源及可再生能源發(fā)電可由個人、企業(yè)以多種方式建設(shè)、運營，微能源網(wǎng)主體實現(xiàn)了用能、產(chǎn)能、售能等業(yè)務(wù)的融合。微能源網(wǎng)將可能為綠色城鎮(zhèn)化和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)樹立典范。微能源網(wǎng)主要技術(shù)包括多能源協(xié)調(diào)規(guī)劃、多能源轉(zhuǎn)換、優(yōu)化協(xié)調(diào)控制與管理、分布式發(fā)電產(chǎn)能預(yù)測等技術(shù)。

源網(wǎng)荷儲一體化能源管理平臺的建設(shè)要充分滿足城市或園區(qū)能源體系的變化和能源轉(zhuǎn)型的調(diào)整需求，繼承原有的能源管理運行中心系統(tǒng)，構(gòu)建縱向貫通、橫向互聯(lián)的源網(wǎng)荷儲能源管理平臺，統(tǒng)一支撐多種能源的運行、檢修、交易、需求側(cè)管理和能效管理等業(yè)務(wù)，避免未來二級部門業(yè)務(wù)工具分散，數(shù)據(jù)不能共享、流程不能融合、數(shù)據(jù)重復(fù)錄入等問題，實現(xiàn)統(tǒng)一技術(shù)支撐平臺、多種業(yè)務(wù)應(yīng)用、統(tǒng)一的可視化門戶展現(xiàn)的目標，同時具有能源交易系統(tǒng)。打造“網(wǎng)供能源+清潔分布式能源+儲能”的能源消費新模式，積極開展電交易、熱交易、碳交易、需求響應(yīng)等能源交易服務(wù)，著力推進清潔能源市場化交易。以能源管理平臺為核心，打造互惠共贏生態(tài)圈。

碳管理平臺應(yīng)用融合前沿技術(shù)、結(jié)合城市或園區(qū)實際需求，建設(shè)以城市經(jīng)濟運行、資源循環(huán)利用、能源與碳排放管理、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等主題目標的綠色低碳循環(huán)信息管理與服務(wù)平臺，為城市或園區(qū)管理者及企業(yè)等提供數(shù)據(jù)化、可視化、統(tǒng)一化的全方位服務(wù)。通過能源數(shù)據(jù)、污染數(shù)據(jù)、經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)采集、分析、應(yīng)用智能分析系統(tǒng)予以達到碳達峰管理及能源治理。通過碳報告管理、碳資產(chǎn)管理、CCER項目管理、碳交易管理，以及通過碳價格預(yù)測、預(yù)警分析、市場價格查詢、履約分析以達到碳達峰和碳中和治理的目的，其中利用多個類型的預(yù)測模型分析得到排放數(shù)據(jù)、碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)，降低履約風險數(shù)據(jù)、節(jié)約成本數(shù)據(jù)，優(yōu)化交易策略、節(jié)能減排策略等。

能源物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根本支撐是基于標準的，在標準方面，除已出現(xiàn)了工信部有關(guān)部門推出的能源物聯(lián)網(wǎng)通信標準外，中國電力設(shè)備管理協(xié)會協(xié)同工信部電信終端產(chǎn)業(yè)協(xié)會于6月15日簽署合作協(xié)議，共同推動能源物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標準的發(fā)展和制定，共同推動有關(guān)基于標準的終端認證的工作，能源物聯(lián)網(wǎng)標準體系可由規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)運行、運維管理、交易服務(wù)等標準構(gòu)成。目前，能源系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)通信標準正在陸續(xù)以系列標準方式推出，中國移動、中國電信、中國聯(lián)通及多家能源央企和部分能源運營機構(gòu)將陸續(xù)開展和進行互認互通工作，一旦達成完整的互認互通機制，智慧能源城市的基礎(chǔ)建設(shè)將會大幅度減少投資，最大化提供能源使用效率，更快地實現(xiàn)能源數(shù)字化：即只要獲取認證的能源物聯(lián)網(wǎng)終端及涉及的眾多設(shè)備，不管什么品牌，一旦接入系統(tǒng)便可自動無縫連接、參與能源運營的多環(huán)節(jié)及涉及多種能源的轉(zhuǎn)換、交易、服務(wù)和多元市場主體。

我相信，在實現(xiàn)碳中和發(fā)展目標過程中將會很快出現(xiàn)“城市級智慧能源系統(tǒng)”，將會實現(xiàn)聚焦清潔供電、多能供應(yīng)、能效升級、智能配電、儲能、氫能、智慧能源、能源數(shù)字化等領(lǐng)域，實現(xiàn)清潔能源替代、電氣化替代，構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，推動城市碳中和、形成綠色低碳生產(chǎn)生活方式；促進城市綠色低碳高質(zhì)量轉(zhuǎn)型，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，加速節(jié)能降碳，全面落實黨中央碳達峰碳中和重大決策，建設(shè)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化城市。