“智慧+综合能源服务系统”的探讨梁喆

“智慧+综合能源服务系统”的探讨梁喆

梁喆

关键词：智慧+综合能源服务系统

常规化石能源的过度消费及其引发的环境污染、全球气候变暖、和海平面上升等问题，不仅成为制约我国经济可持续发展的主要制约因素，也成为我国承担大国责任、构建人类命运共同体必须面对的严重挑战。实现能源的高效清洁利用包含常规能源的高效利用、新能源的规模化利用和温室气体的资源化利用等多种途径，其中，大幅度提升可再生能源的消费比重是实现低碳发展的主要途径之一。美国、日本、加拿大以及欧盟分别制定了高比例的可再生能源发展规划，以应对全球减排和控制温升的目标。

可再生能源虽然具有环境友好等属性，但普遍具有能量密度低、不稳定且受自然条件影响大等特点，同时，大规模消纳可再生能源还面临着增量成本高、影响电力系统稳定性等经济和技术制约的问题。因此，构建新型“智慧+综合能源服务系统”，通过建立新型协同机制（既包含供应侧传统能源与新能源等多能源间的协同供能；又包含供应侧与需求侧间的协同供能），并运用现代信息和最优化等技术手段，达到能源的高效和清洁利用的目标，具有十分重要的意义。

1“智慧+”的简述

随着大数据技术、云计算技术、物联网技术和移动通信技术的快速发展，“智慧+”在不同领域的应用日益广泛。例如，为满足日常生活和交通出行的便捷化，“智慧家居”和“智慧交通”应运而生；再如，为满足城市管理现代化的需要，“智慧城市[8]”也有了不同的实现手段和示范应用。“智慧+”与各行各业不同需求相结合的趋势日益明显，为此，必须充分理解“智慧+”的具体内涵。

我们认为：“智慧+”是一种基于信息技术最新成果并展现人文精神的创新型服务体系，一般包含“感知”、“协同”和“优化”三个部分。以人类“智慧”为例，初级的“智慧”几乎等同于本能，例如，人们可以“感知”温度，当感觉到“烫”之后，本能的动作是“协同”肌肉，达到远离高温物体的“优化”结果。随着人类的学习与知识积累，“智慧”的程度或等级不断提升，亦表现为“感知”、“协同”和“优化”等三个方面能力的不断提升。

此外，“智慧+”的内涵随行为主体的差异化需求而不同。以“智慧交通”为例，对交通设施的产权单位而言，更多关注的是交通设施的健康识别、维护保养周期优化等；对交通管理部门而言，关注的是城市交通的通行效率（如平均车速）及高效疏导交通和快速处理事故等；对于机动车驾驶员而言，关注的是出行道路的优选、事故处理和事故救援等。可见，不同行为主体对“智慧+”的要求也是不同的。

2综合能源服务系统分析

2.1综合能源服务系统的服务对象

①能源供应商，包括传统一次能源供应商：如煤炭、石油和天然气；基于煤炭的电力和热力等二次能源供应商以及可再生能源供应商，如太阳能光伏电站、风电站、生物质能（含垃圾）发电厂等；②能源消费用户，包括工业用户、交通运输企业、大型商业用户和教科文卫体等大型公用事业单位用户、城市居民等；③能源输送企业，如电力输配网及相关企业、热力管网及相关企业、天然气管网及相关企业等。

2.2综合能源服务系统的目标

①促进全社会非碳能源的规模化利用；②提升供能企业和用能企业的经济效益；③提升全社会的能源利用效率。

2.3综合能源服务的技术需求

①供能侧多种能源的协同保障，包括天然气（含天然气分布式能源三联供系统）、煤炭和成品油等一次能源的均衡供应，电力、热水和蒸汽等二次能源的稳定及可靠供应，以及光伏电站、风力发电的就地消纳和余电上网；②用能侧的合理用能与协同响应，如工业用户的分时序均衡用能、大型公建及居民建筑的光伏屋顶的发-用-储协同，城市公共交通系统的电气化以及电池储能站协同等；③能源网络中供需侧协同，如电力、热力和煤气等能源网络连接供能侧与用户侧，当两者需求差异过大时，将引起能源网路系统参数的波动（如电网中的电压和周波以及热力和天然气管网内工质压力等）。供需侧协同的目标是：在保证能源系统安全的前提下，以牺牲部分能源网络参数，换取供需侧用能出现短暂不平衡，并扩大系统接纳不稳定可再生能源的发电量，同时也可降低供能系统的储能或者热备用需求等社会资源的投入。

3“智慧+综合能源服务系统”的主要内容

面对综合能源服务的多样化需求，需要构建“智慧+综合能源服务系统”。“智慧+综合能源服务系统”需要“感知”以下多方面的信息：①供应侧信息：煤炭、天然气、成品油等传统一次能源供应信息（品种、数量及其空间和时间分布等信息）；②电力、蒸汽和热水等二次能源信息（品种（含电压等级）、数量及其空间和时间分布等信息）；③可再生能源发电（如风电、光伏发电的时空分布及其并网信息等）；④其他（如天然气分布式三联供系统供能信息、储电能力和储热能力及其时空分布信息等）。

“智慧+综合能源服务系统”的“协同”具有跨区域、跨行业、多尺度、多品种的协同。协同的机制多种多样，有价格政策、财税政策和政府规章等多种形式，这里主要关心其多样性和协同原则。例如：基于能效的协同原则是分布式能源供能优先（含价格激励等）；基于环保的协同原则是可再生能源优先（含绿证制度等）；基于成本的协同原则是低价的谷电优先；基于性能的协同原则是在保证安全的前提下适度牺牲性能的原则，可见，协同原则是体现供能方、用能方或者政府管理者的服务理念与目标。

“智慧+综合能源服务系统”的“优化”是指达成最优目标的行为。往往表现为：兼顾环保、能效和成本的多目标优化及与之对应的运行策略、运行方式、运行参数等优化解。

多目标优化的一般步骤是：①构建优化问题的数学描述。包括各类供用能系统及其设备的响应特性建模、最优化的多目标构建，约束条件的确定等；②优化算法，包括传统的运筹学优化算法和新兴的人工智能优化算法等；③优化解的决策与解析。多目标优化算法可以求解一组满足条件的优化解集，由管理者决策采用最优解。

结语

综上所述，“智慧+”是一种集成创新技术。是基于“大数据”、“云计算”、“物联网”和“移动通信”最新技术成果，并根据实际应用对象的不同需求所进行的一种再创新。“智慧+”具有鲜明的人本主义特征。不同的行为主体有不同的需求和应用内涵，所以有时候相同或相似的名称有非常不同的内涵表征。“智慧+”包含“感知”、“协同”和“优化”等三个环节，其中，“协同”水平是决定“智慧+”应用效果的最重要的因素，也是需要在“智慧+”系统建设中不断完善和改进的环节。

参考文献：

[1]蔡世超.智慧能源多能互补综合能源管理系统研究[J].应用能源技术，2017（10）.

[2]张丹，沙志成，赵龙.综合智慧能源管理系统架构分析与研究[J].中外能源，2017，22（4）：7-12.