摘 要：为发挥综合能源服务对新旧动能转换的关键支撑作用，从政策和产业演进两个方面出发，梳理新旧动能转换的基本框架以及产业演进方向，研究适应新旧动能转换的能源供需新格局，得到综合能源服务的基本架构、运营模式以及关键支撑技术，为大范围开展综合能源服务、支撑新旧动能转换提供思路和模式。
关键词：新旧动能转换；能源供需；综合能源服务；运营模式；关键支撑技术
（来源：中国电力 作者：杨雍琦 1 ，薛万磊 1 ，单葆国 2 ，徐楠 1 ，赵昕 1）
(1. 国网山东省电力公司经济技术研究院；2. 国网能源研究院有限公司)
0 引言
2018 年 1 月，山东被确定为中国首个新旧动能转换综合试验区，新旧动能转换正式从理论层面转向试点实施 [1] 。作为供给侧结构性改革的重要实践途径，新旧动能转换将形成一批新技术、新产业、新业态、新模式，显著推动和加速我国经济社会转型发展。稳定、可靠、优质的能源供应是支撑新旧动能转换的关键，能源行业亟须由以往的单一能源服务模式转换为综合能源服务模式。因此，如何开展综合能源服务，并在保证能源供应稳定可靠的基础上，满足用户日益多样化的能源服务需求，已成为当前的研究热点 [2-3] 。
目前国内外针对综合能源系统、能源互联网方面的研究较多，文献 [4] 通过对自然界的能量循环过程和电力系统中的能量循环过程进行对比分析，指出了能源系统综合规划目标的实现路径；文献 [5] 提出了综合能源系统环境下新能源区域互联消纳能力分析模型，并从满足送受端系统净负荷爬坡需求角度，提出了送受端电网系统灵活性综合评价方法；文献 [6] 从物理层、信息层和服务层 3 个方面分析了城市能源互联网潜在的商业模式。在能源服务方面，国内外相关研究主要集中在能源服务市场分析、产业价值链、服务需求预测方面，文献 [7] 综述了在能源市场交易中用户对能源服务的接受程度，分析开展综合能源服务的现存障碍与激励机制；文献 [8] 分析了能源中介在能源服务中的作用及带来的公共社会效益；文献 [9] 构建了能源服务产业价值网络结构模型，明确了能源服务产业网络的构成要素，并制定了相应的网络运行和约束规则；文献[10]基于中国终端能源消费构成的特点，应用集合模型方法建立了具有饱和水平限制模块的中国能源服务需求预测模型；文献 [11]、[12] 提出了能量耦合、价格耦合、衍生交易“三位一体”的能源互联网交易体系及能源互联网交易的微平衡理论，分析了能源互联网的商业模式的 7 大发展趋势。
从研究现状来看，目前还未有根据新旧动能转换政策要求、产业演进导向、能源供需格局演变来设计综合能源服务模式的相关研究。本文针对上述问题，在对新旧动能转换基本框架进行梳理的基础上，从能源供应、需求、传输 3 个角度分析新旧动能转换背景下的能源供需新格局，以此为依据设计支撑新旧动能转换的综合能源服务模式，并提出关键支撑技术。
1 新旧动能转换基本框架梳理
2016 年政府工作报告提出了新旧动能转换的概念，与供给侧结构性改革同属于政府重大举措 [13] 。
两者联系紧密，供给侧结构性改革是全面推进新旧动能转换的核心主线，而新旧动能转换是供给侧结构性改革在具体实践层面的拓展延伸 [14-15] 。
供给侧结构性改革与新旧动能转换的相互关系详见图 1。
作为新旧动能转换的先行试验区，山东为推动新旧动能转换先后出台了一系列支撑政策。可以概括为“四个一” [16-17] ，如图 2 所示。从产业角度出发，新旧动能转换未来的产业演进导向主要包括淘汰落后产能、培育新动能、传统动能改造 3 个方面 [18] ，并且密集分布在能源行业的上下游产业。能源行业必须优化升级、低碳转型，充分发挥对新旧动能转换的关键支撑作用，具体情况如图 3 所示。
2 新旧动能转换背景下能源供需新格局
新旧动能转换将是引导能源供需格局演变的重要推动力，主要体现在：（1）直接联系，在政策引导下，能源供应体系将以新能源为主，污染排放显著降低，但供应侧的随机特性、不可控性显著提高；（2）间接联系，能源行业下游产能将向规模体量大、延伸配套性好、支撑带动力强的高精尖现代产业集群集中，用户用能的随机特性没有改变，然而对用能可靠性、稳定性的要求显著提高，同时大部分工业园区希望能由某一个固定的运营商提供包括供热、供水、供电、供气在内的全部能源服务。
综上，新旧动能转换背景下的能源供需格局将出现“双侧随机”问题 [19] 。因此，综合能源服务要以满足用户的综合能源需求为导向，同时兼顾缓解“双侧随机”问题。
新旧动能转换对能源格局的影响可分为能源需求演变、能源供应体系调整、能源传输路径发展 3 方面，厘清这 3 方面的未来发展趋势，是设计综合能源服务模式的关键基础 [20-21] ，其逻辑对应关系见图 4。
2.1 新旧动能转换背景下能源服务需求演变路径在新旧动能转换的推动下，用户对能源服务的要求将发生显著改变，总体上将从传统单一的用能服务需求转向综合能源服务需求，具体演变路径见图 5。
（1）综合能源需求。
随着新旧动能转换的不断深入，大量新型产业示范园区将投入使用，经过整合优化后，园区内的能源需求将从以往单一、割裂的电能需求、天然气需求等转化成为具有多能协调、互补互济特征的综合能源需求。
（2）用能服务需求。
对新旧动能转换的重点行业来说，在综合能源系统、多能互补等新技术和新理念不断推广普及的背景下，用户会要求系统运营商提供包括多能耦合转换、用能诊断、电压稳定优化、频率稳定优化等在内的，更为多元化、多样化、全方位的用能服务 [22-23] 。
（3）市场交易需求。
在新旧动能转换园区内，系统运营商或用户可自主建设分布式能源项目。除了“自发自用、余量上网”的传统模式外，这些分布式能源可参与电力市场交易以及能源金融、能源期货等能源市场交易，因此会产生市场交易需求 [24-25] 。
（4）数据共享需求。
用能模式优化、电量市场化交易的广泛开展需要大范围数据共享支撑，而多能互补协调优化、多品种能源的时空互补、多种能源之间的耦合转换也需要在数据共享的基础上，依托云计算、大数据等先进技术来完成 [26] 。
2.2 支撑新旧动能转换的能源供应体系调整路径支撑新旧动能转换的能源供应体系将向清洁化、低碳化、互补优化的方向发展，具体调整路径见图 6。
（1）时空互补的新能源供应体系。
大规模、集中化的新能源供应将是新旧动能转换背景下能源供应体系的主体。为提供更为优质、稳定、可靠的能源供应，应当充分利用不同新能源基地的资源禀赋，在空间上，实现多个基地之间的有效协同，从而提升能源利用效率、降低损耗；在时间上，发挥不同新能源之间的互补特性，尽可能提高能源供应曲线的稳定性和可预测性 [27] 。
（2）协调可控的传统能源资源体系。
新旧动能转换的能源供应体系以新能源为主，为降低新能源供应的间歇性、随机性、逆负荷特性等问题，应当引导以火电为代表的传统化石能源开发利用方式向可控性高、灵活性好的方向发展，使其成为新能源的重要辅助补充，实现能源供应的相对稳定可控 [28] 。
（3）灵活互动的“供–储–用”体系。
构建在用户侧的分布式能源系统，本身是集能源供应与能源消费于一体的“供–用”系统，加上储能设备的有序充放电，这样的“供–储–用”是引导用户用能需求主动追踪能源供应曲线，将“双侧随机”转变为“双侧协调”的有效补充 [29] 。
2.3 支撑新旧动能转换的能源传输发展路径
在新旧动能转换背景下，能源传输侧不仅要完成能源传输、调度职能，还是实现“双侧协调”的平台具体发展路径见图 7。
（1）大规模远距离能源传输。
考虑到中国能源供需逆向分布的特征，连接中西部能源资源富集区和东部能源需求密集区的远距离、低损耗能源传输方式将是支撑新旧动能转换能源供应的重要保障。
（2）多能互补优化调控体系。
多能互补协调优化是实现“双侧协调”的关键，而多能耦合转换是多能互补的核心。该体系包括大量能源耦合转换枢纽设备，能够在保证高能效水平、高转换效率的基础上，完成电–气、电–热、气–热、热–冷、电–冷、电–热–气、电–热–气–冷在内的多种能源服务组合转换 [30-31] 。依托上述多能耦合转换体系，在供应侧通过新能源和灵活性较高的传统能源之间的互补协同，搭配储能、分布式能源等辅助资源，形成相对可控的能源供应；在需求侧，通过用能诊断、综合用能管理、用能需求响应等综合能源服务，引导用户用能主动追踪能源供应，达到“双侧协调”的效果。
（3）云端数据集成平台。
系统规划、运行过程中的全部数据都将在该平台上集中，由综合能源服务运营商负责管控，为“双侧协调”提供数据支持，同时实现系统、用户、利益相关方等多方之间的数据共享 [32] 。
（4）多端交易系统。
该系统将是传统中长期能源交易、短期交易、辅助服务交易以及能源期货、碳排放权交易、能源基金等多种能源交易形式的支撑平台，能够发挥市场在资源优化配置方面的关键作用。
3 支撑新旧动能转换的综合能源服务模式研究
3.1 综合能源服务基本架构
“双侧协调”的综合能源服务能够满足用户的多样化综合用能需求，同时降低大量新能源并网带来的不利影响，因此将是未来能源行业的发展导向，也是实现新旧动能转换的有效支撑。
当前在新旧动能转换综合试验区内，已经有系统运营商（以电网公司为代表的）计划为用户开展综合能源服务，其基本架构见图 8。
新旧动能转换背景下，大范围的综合能源服务是系统运营商与能源供应侧对接，经过多能耦合转换与远距离传输，为用户提供包括供水、供电、供热、供气在内的综合能源服务。根据其基本概念，综合能源服务基本架构分为能源供应侧、传输侧和需求侧 3 部分。
在供应侧，能源供应主要以核电、水电、大型可再生能源发电基地（大型风电基地、光伏基地等）为主，清洁煤炭、天然气、石油及其他传统能源资源为辅助，形成以低碳化为导向的、相对可控的能源供应组合 [33-34] 。上述能源供应渠道与能源需求中心距离较远，因此需要通过远距离传输通道进行输送。
在传输侧，主要包括远距离传输通道和微能源网络两部分，远距离传输通道以特高压、天然气输送管道、石油输送管道等为主。微能源网络是在微电网的基础上形成，与远距离传输通道和用户侧的“供–储–用”体系相连，大量的能源耦合转换设备集中架设在微能源网络上，实现风、光、水、电、气、煤炭、石油等多种能源资源之间的耦合转换。对于远距离能源传输而言，微能源网络可视为相对独立的能源供用模块 [35] 。在传输侧需要架设多能互补优化平台、云端数据集成、市场交易系统等，在整个综合试验区系统、区域能源供用等多层次上实现资源优化配置和“双侧协调” [36] 。
在需求侧，通过多能互补优化平台、“供–储–用”体系将需求侧的资源进行整合，将需求侧管理和需求侧响应升级成为综合用能管理和用能需求响应，修正用户的用能需求，配合储能的有序充放电，形成相对可控的、能够主动追踪能源供应曲线的用户用能曲线 [37] 。
上述综合能源服务基本架构适用于大型能源企业，经过政府授权后，此类能源企业能够开展跨行业运营和服务架构建设。其他运营商受资金投入、运营平台等因素影响，无法完成大规模远距离的能源传输，因此只能在较小的范围内开展区域综合能源服务，其范围限制在一个或几个工业园区。对于范围较小的区域综合能源服务，分布式能源是其供应侧的主要组成部分，而传输侧的主体是微能源网络，需求侧主要是用户的综合用能管理、用能需求响应 [38-39] ，其基本结构如图 9所示。综合能源服务包含风、光、电、水、石油、天然气、煤炭等多种能源资源的开发、传输、使用，中国目前尚无机构对上述能源有全权规划、调度与控制权限。未来，可循序渐进地将该权限赋予大型能源企业或其他具有相应资质的企业，允许其在一定范围内开展综合能源服务，同时由政府成立监督机构，对能源企业的相关运营服务进行严格监督。
3.2 综合能源服务运营模式
综合能源服务运营模式主要包括以下 4 个阶段，综合能源服务的运营模式流程见图 10。
（1）基础条件综合分析。
在该阶段，系统运营商需根据政府的规划要求和运营要求，对目标用户区域开展现场调研。
主要调研用户综合能源需求、能源服务需求、历史用能情况等，分析用户的用能需求未来发展趋势；调研目标地区风、光、地热等资源禀赋，用户侧分布式和储能现状；大规模远距离能源传输通道落点及接入情况；微能源网络基础条件及规划建设条件；大型能源供应基地信息及能源供应历史情况。
（2）规划建设。
根据基础分析所得信息，在供应侧、传输侧、需求侧开展规划建设工作，以满足用户的综合用能需求、开展综合能源服务为导向，设计大规模远距离传输通道接入方案、微能源网络规划方案、分布式能源系统规划方案、储能规划方案、多能互补耦合枢纽规划方案，通过模拟仿真得到不同规划方案实际运行的结果参数，选取最优规划方案。同时提出多能互补优化平台、云平台、大数据平台的基本功能模块和模型内核。将规划方案提交政府审批，审批通过后依照方案开展系统、平台建设。
（3）服务运营。
以用户需求为导向开展综合能源服务。在供应侧和传输侧，依托多能源耦合转换枢纽，为用户提供多种能源转换和供应，实现能源数据在多主体间的互联共享。在需求侧，通过综合用能管理和用能需求响应机制，实现用户侧用能需求的可控、可调度。针对不同能源特性提供多种类能源服务，如能效提升、能源定制、用能诊断、能源金融、交易辅助等。依托多能互补优化调控体系，实现系统的“双侧协调”。
（4）循环优化。
根据每日、月、季度、年度的实际运行情况，构建科学合理的综合评价模型，对实际运营结果开展包括经济效益、社会效益、环保效益在内的综合评价，根据评价结果进一步优化规划方案和运营方案，形成多角度、多时间尺度的循环优化体系。
4 支撑新旧动能转换的综合能源服务关键技术
6 项关键技术与运营模式的对应关系如图 11所示。
（1）系统优化规划技术及模拟仿真技术。
主要应用于规划建设阶段，通过对多个规划方案进行模拟仿真，求解得到各个规划方案的实际运营效果，选择最优规划方案并开展建设 [40] 。
（2）多端接入市场交易技术。
主要应用于服务运营阶段，将传统的电力交易平台进一步扩大为多品种能源交易平台，实现市场资源优化配置作用的广泛化。
（3）基于多能互补的双侧协调调度运营技术。
主要应用于服务运营阶段，是实现“双侧协调”的核心。该技术主要依据优化后的用户综合用能需求曲线，对风、光、水、电、气、煤、石油等多种能源资源进行优化组合，形成相对可控的能源供应体系，满足用户的用能需求 [41] 。
（4）高效率多能耦合转换技术。
主要应用在服务运营阶段，以能耗低、效率高为导向，实现多种类能源之间的相互转换，是“双侧协调”的综合能源服务的关键支撑。
（5）云存储决策优化技术。
应用在综合能源服务的全部 4 个阶段，具体整合了云采集、云计算、云存储等云技术，将系统规划、运营过程中的数据汇集到云端，优化系统规划方案和运营方案，辅助实现“双侧协调”过程。
（6）能量携带信息及数据共享技术。
能量携带信息技术是将数据信息赋予能源能量的一种先进技术，可实现能源传输网络和信息通信网络的结合，在能源传递的同时完成信息传递和数据共享，主要应用于服务运营和循环优化阶段。
5 结语
本文以研究分析支撑新旧动能转换的综合能源服务模式为主要目标，梳理了新旧动能转换的“四个一”政策体系，分析了新旧动能转换与能源供需格局的相互联系，得出能源需求演变、能源供应体系调整、能源传输路径发展 3 方面未来发展趋势。在此基础上，本文从供应侧、传输侧、需求侧 3 个方面入手，重点研究了以“双侧协调”为指导思想的综合能源服务基本架构，设计了包含基础条件综合分析、规划方案制定、服务运营、循环优化在内的运营模式，提出了其关键支撑技术。该运营模式能够为在全国范围内开展新旧动能转换提供更为稳定、优质的综合能源服务，未来可因地制宜、循序渐进地在各新旧动能转换示范区推广应用。
