能源互联网与智慧城市

清华大学 马君华

1 引言

智慧城市是信息技术与城市生活融合的新形态，它利用物联网、云计算、新型社交网络等技术，使城市的交通、医疗、能源、政务更加智能、高效。能源互联网是互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，能源互联网是构建智慧城市的重要元素，它利用能源技术、信息技术等各种先进技术以及智能化手段，提高能源的优化利用效率，促进生态文明的建设，实现智慧城市低碳、节能、高效、环保的目标，在智慧城市能源和环保体系中，发挥重要的作用。

推进智慧城市能源互联网的建设，从能源生产、能源消费和低碳生活等环节进行规划建设和运营，培育低碳经济模式和文化生活方式，将能源的使用和碳排放指标纳入城区的规划和建设指标体系，从城市管理的角度对各项指标精细化、政策化、制度化；有效地减少碳排放和其他污染物的排放，节约一次能源和二次能源的消耗，降低能源消耗的成本，提高能源的综合利用效率和能源基础设施的利用率，保护生态环境。通过能源互联网的建设，推进智慧城市生态文明和美丽中国的建设。

2 智慧城市与能源互联网的架构体系

智慧城市是在IBM智慧地球的理念之后提出的，世界各国借助于这一开放创新的空间，打造城市的智能化应用服务，提升生活质量。欧盟、美国、新加坡等国家利用物联网技术，将城市的公共资源连接起来，包括水、电、气、油、交通、医疗、教育、政务等，在不同的方面给予用户交互体验，为市民提供智能化的服务。

智慧城市的架构体系分为三层，第一层是基础设施层。能源、交通、水资源、环保、ICT、热力管网是城市运转架构体系中不可缺少的基础设施，各种能源的互联互通高效利用是生态环保的基础，是智慧城市的保障。

智慧城市的架构体系第二层是监视控制层。通过能源互联网对能源信息采集分析和控制，分析城市的能源现状、用能特性、气象水文、用能预测等，结合各种能源使用情况，最大化利用新能源和可再生能源；根据用户用能设备的控制属性，分析并评估用能设备能效情况，提供用能建议，引导低碳环保的生活方式；将电动汽车的信息进行采集分析，实现电网与交通协同控制；利用能源互联网对城市环境进行采集、监控，分析污染源，对风险进行预警并给出治理方案。

智慧城市的架构体系第三层是决策层。利用能源互联网能源、交通、环境的信息，对能源结构、生态环境、市政和居民生活特点进行分析，为城市智能化决策提供支持。能源互联网的建设进一步完善了智慧城市的架构体系，为城市高效运行提供技术支撑。

3 智慧城市能源互联网的建设途径

利用清洁能源生产传输等基础设施，结合储能等调控技术和手段，根据当地的资源禀赋以及能源需求，进行供电、供冷、供热、供气等多能源协同优化建设，提高城市供能系统的综合利用效率，节约能耗，降低用能成本，实现能源的低碳化供应。

从满足冷、热、电等能源需求的角度，对能源资源进行经营管理与能源服务，提高能源消费的经济效益，提高能源利用率的不断升级和生态环境的持续改善。通过能源互联网物理信息系统对能源的生产和使用进行监控管理，对冷、热、电联供的智能控制，保证能源利用的精细化管理，节约能耗，降低用能成本，提高能源利用率和能源基础设施的利用率。

对城市的工商业和居民用能提供指导，通过能效服务和碳排放的管理，以及个性化的能源优化利用方案和节能技术，引导用能方式，培育能源环保理念。

利用智能化技术和手段，为城市的管理者提供污染排放和生态环境监控、应急管理、安全管理工作的技术支撑；引导城市的用能和环保意识，促进生态文明的建设和近零碳城区的建设。

4 智慧城市能源互联网的规划建设

4.1 规划建设能源互联网的基础设施

根据城市的资源和能源需求，考虑能源互联网的主要要素和能量流、信息流以及现金流情况，利用能源互联网新技术，对供电、供冷、供热、供气等能源基础设施进行协调规划和建设。增加新能源的占比，最大化利用可再生能源，通过多种能源互补等手段，提高能源利用效率，减少化石能源的消耗。利用可再生能源发电、分布式冷热电联产、地源热泵等清洁能源，结合储能、电动汽车、需求侧响应和多电源协同等调控手段，使用交直流配网与主网的协同方式，平抑电网运行的波动，与传统电网相比，再次提高能源和设备的利用率，减少化石能源的消耗。用户作为能源的生产者和消费者，利用对需求的敏感和对电网的友好互动参与调峰，进一步深化节能减排。

4.2 规划建设能源互联网体系

组建相应的商业化机构或能源公司，利用能源互联网的基础设施，满足城区用户对冷、热、电等能源的需求。协调能源管理者、生产者和用能者，协调能源政策、能源输送、交易方式，对城市的能源资源进行运营管理。

构建能源互联网运营管理体系，包括能源生产、传输、消费的组织机构和运行管理机制，负责能源调度运行、系统维护和能源交易，协调能源生产计划和业务扩展等业务，实现多种能源的综合供应和智能化管理。不断探索能源互联网运营模式，为用户提供增值服务，降低整体能源消费成本。

构建运营管理系统，为能源运营管理者提供技术支撑。使用各种先进技术，进行系统性建设，对多种能源调度运行、交易、设备维护和管理以及需求侧管理等工作提供技术支撑，形成可推广的能源运营管理模式和技术支撑的系统性成果。

4.3 规划建设城市低碳节能体系

为用能者提供低碳节能的技术集合，基于移动通信终端对用能监视和节能建议进行发布；对城区能源基础设施进行改造，结合需求侧设备和技术数据，从设备节能、技术节能、管理节能、能源综合利用等维度，建立具有行业和居民生活特征的能效模型。给出低碳能源利用的应用方法，尤其在移动互联技术方面，利用移动终端实现居民用户、工业或者整个区域总体的用能、碳排监控，对于具备节能潜力的设备和用户，进行节能措施方面的互动，用户提供反馈信息，并分享该信息给其他用户，促进区域用户和行业用户之间节能经验的共享，进行节能方式的改进。

4.4 规划建设能源环境监管评估体系

构建能源互联网能效环境评估机制，从能源利用、经济效益、产业发展和生态文明建设多个方面对项目进行跟踪评估，为智慧城市的建设和发展提供支持。对能源互联网的用能可靠性、经济性、安全性进行评估，为能源互联网的运营者提出改进的措施和建议；对能源利用效率进行评估，给出可再生能源和节能技术的应用状况和各项低碳指标，为能源的生产者和消费者提供改进依据；综合产业、能源、生态、人员等因素，对能源效率、生态环境等方面进行综合评估，为政府各项工作提供支撑，包含能源结构调整、环境监视、应急管理、安全管理、政策引导和生态文明建设等多个维度的内容。

5 智慧城市能源互联网的商业运营模式

5.1 能源互联网商业模式

智慧城市分布式能源生产有多种商业模式。业主可以建设可再生能源发电设施，发电自用、余电上网或者给邻域使用，收益于售电和补贴；可以投资建设可再生能源发电设施，然后出租给能源公司，业主收益于能源设施的租金；可以将场地出租给能源公司，由能源公司承建能源生产设施，业主收益于场地租金；可以从批发市场或者发电企业和其他售电企业购电，向用户售电，业主从差价中收益；可以参与需求侧响应，从平抑负荷的贡献中收益。对具备电网的企业，可以通过收取过网费获取收益，或者收取买卖双方的服务费用。

可再生能源生产的商业模式需因地制宜，除了以上各种不同的商业模式，还可以将电能供应与供热、供冷结合，降低单一业务的运营成本。结合电动汽车充电交易，进一步拓宽能源供应范围。

售能公司根据购电需求和市场能源供应，对能源价格做出预测，通过现货、期货、差价合约等多种交易方式，对购电成本进行优化，降低能源投入的风险，提高收益。

5.2 能源互联网服务模式

能源互联网的商业模式需要针对用能客户的类型进行设计，为各类工商业用户提供不同的服务，在满足安全、舒适的基础上，提供节能、环保方面的用能服务。为工商业用户提供各种电价方案，通过分析客户用电情况对工厂生产计划进行调整，实行削峰填谷等调整负荷的行为，引导用户错峰用电，减少电费支出；为工商业用户提供电力、燃气、燃油最佳能源组合方案，通过多能互补的能源使用方式，减少用能费用；为用户提供高可靠性的用能设备和改进设备方案，帮助用户实现节能减排的目标；减少客户的能源设备投资，为用户提供施工、维护、管理方面的能源服务，节约能源类投入。

为居民提供可选的节能方案，通过新型交流方式，与用户进行交流沟通。通过价格机制使居民对能源使用做出响应。为居民客户提供个性化账单，对制冷、供暖、基础负荷分布列出，通过与邻域用能客户比较，提升节能减排意识。

6 智慧城市能源互联网的市场监管

6.1 规范准入条件和退出机制

监管机构规范售能售电的能源公司准入条件，对不同的技术和服务级别给出差异化的资质。从技术能力、服务水平、财务状况和资金实力方面给出不同等级的评估标准，以便于供求双方合理选择。例如，大型工商业用户需要选择高资质的公司提供服务，对于规模以下的用户可以按照需求进行相应的调整。对于能源公司的违规行为，完善处罚机制和退出机制，以规范市场秩序，确保能源市场健康发展。

6.2 服务质量的监管

监管机构给出售电售能服务标准，对供电可靠性、供电质量、安全性给出评价指标，对故障抢修、电话投诉等给出服务指标，对企业形象、不同服务渠道和项目的客户满意度给出人文评价指标。监管机构将掌握的情况及时对用能者发布，使能源公司保证服务质量，以维护用户的利益，提高用户的满意度。

6.3 能源价格和运营成本的监管

监管机构对售电售能公司的价格和运营成本进行监管，根据不同能源技术经济特点，规定价格区间，给出综合标杆价格，以保护用能者的利益，防止售能公司利用对用户的垄断赚取超额利润。

6.4 开放的信息平台

监管机构建立开放的能源信息平台，提供全天候的能源服务和能源交易的商业环境。在平台上提供能源供求信息的发布和搜索，规定供求公司信息披露的内容，对基础电网投入等价格敏感信息进行公开，以便于建立竞争有序的售电售能市场。

7 小结

智慧城市面临着能源和环保的压力，为使能源互联网为智慧城市的建设保驾护航，本文分析了能源互联网在智慧城市架构体系中的作用，给出了智慧城市能源互联网的建设途径，阐述了能源互联网的规划建设内容及其商业模式和能源服务模式，并且提出了能源市场监管的措施，以供读者参考。