中電能源情報研究中心 封紅麗

【引言】

隨著社會經濟高速發展、工業生產水平和居民消費水平日益增長，能源需求隨之增大，這也將引發大規模區域性和全球性環境問題。

中電能源情報研究中心 封紅麗｜「1」國外綜合能源服務發展現狀綜述

目前，在國內外尚無綜合能源服務的統一定義。國外使用較多的相關概念包括Multi-carrier　Energy Systems，Multi-vector Energy Systems，Integrated Energy Systems和Energy Systems Integration。綜合能源服務有兩層含義：一是綜合能源，涵蓋多種能源，包括電力、燃氣和冷熱等；二是綜合服務，包括工程服務、投資服務和運營服務。綜合能源服務包含三要素：資金、資源和技術。傳統能源產業（電力企業、電網企業、燃氣企業、設備商、節能服務公司、系統集成商以及專業設計院等）都在策劃綜合能源服務轉型，導致綜合能源服務產業競爭激烈。

（一）各國現狀及經典案例

傳統能源服務產生於二十世紀七十年代中期的美國，主要針對已建項目的節能改造、節能設備推廣等，合同能源管理是其主要商業模式。基於分佈式能源的能源服務，產生於二十世紀七十年代末期的美國，以新建項目居多，推廣熱電聯供、光伏、熱泵、生物質等可再生能源，其融資額度更大，商業模式更加靈活。現如今，互聯網、大數據、雲計算等技術出現，融合清潔能源與可再生能源的區域微網技術的新型綜合能源服務模式開始誕生。綜合能源服務對提升能源利用效率和實現可再生能源規模化開發具有重要支撐作用，因此，世界各國根據自身需求制定了適合自身發展的綜合能源發展戰略。下面主要介紹歐洲主要國家，以及美國和日本的發展情況。

1.美國

在管理機制上，美國能源部（DOE）作為各類能源資源最高主管部門，負責相關能源政策的制定，而美國能源監管機構則主要負責政府能源政策的落實，抑制能源價格的無序波動。在此管理機制下，美國各類能源系統間實現了較好協調配合，同時美國的綜合能源供應商得到了較好發展，如美國太平洋煤氣電力公司、愛迪生電力公司等均屬於典型的綜合能源供應商。

在技術上，美國非常注重與綜合能源相關理論技術的研發。美國能源部在2001年即提出了綜合能源系統（integrated energy system，IES）發展計劃，目標是提高清潔能源供應與利用比重，進一步提高社會供能系統的可靠性和經濟性，而重點是促進對分佈式能源（DER）和冷熱電聯供（CCHP）技術的進步和推廣應用。

2007年12月美國頒佈能源獨立和安全法（EISA），明確要求社會主要供用能環節必須開展綜合能源規劃（integrated resource planning，IRP），並在2007～2012財年追加6.5億美元專項經費支持IRP的研究和實施；奧巴馬總統在第一任期，就將智能電網列入美國國家戰略，以期在電網基礎上，構建一個高效能、低投資、安全可靠、靈活應變的綜合能源系統，以保證美國在未來引領世界能源領域的技術創新與革命。在需求側管理技術上，美國包括加州、紐約州在內的許多地區在新一輪電力改革中，明確把需求側管理提高電力系統靈活性作為重要方向。

案例——OPower公司通過自己的軟件，對公用事業企業的能源數據，以及其他各類第三方數據進行深入分析和挖掘，進而為用戶提供一整套適合於其生活方式的節能建議。截至2015年10月，根據Opower網站上的動態信息，其已累計幫助用戶節省了82.1億千瓦時的電力，節省電費10.3億美元，減排二氧化碳121.1億磅，隨著用戶規模逐漸增大，這些數據均以加速度在增長。（1）提供個性化的賬單服務，清晰顯示電量情況。OPower公司利用雲平臺，結合大數據和行為科學分析，對電力賬單的功能進一步拓展。一方面，具體針對用戶家中製冷、採暖、基礎負荷、其他各類用能等用電情況進行分類列示，通過柱狀圖實現電量信息當月與前期對比，用電信息一目瞭然；另一方面，提供相近區域用戶耗能橫向比較，對比相近區域內最節能的20%用戶耗能數據，即開展鄰里能耗比較。此外，OPower的賬單改變了普通賬單以往單調、刻板的風格，在與用戶溝通界面上印上“笑臉”或“愁容”的圖標，對於有效節能的行為給出鼓勵的態度。其與用戶溝通的方式也十分豐富，通過最傳統的紙質郵件，到短消息、電子郵件、在線平臺等，加強與用戶的交流反饋。（2）基於大數據與雲平臺，提供節能方案。OPower基於可擴展的Hadoop大數據分析平臺搭建其家庭能耗數據分析平臺，通過雲計算技術，實現對用戶各類用電及相關信息的分析，建立每個家庭的能耗檔案，並在與用戶鄰里進行比較的基礎上，形成用戶個性化的節能建議。這種鄰里能耗比較，充分借鑑了行為科學相關理論，將電力賬單引入社交元素，與“微信運動”的模式十分類似，為用戶提供了直觀、衝擊感較強的節能動力。（3）構建各方共贏的商業模式。雖然OPower的目標是為用戶節電，但其自我定位是一家“公用事業雲計算軟件提供商”，其運營模式並不是B2C模式（企業對終端消費者），而是B2B模式（企業對企業）。電力企業選擇OPower，購買相關軟件，並免費提供給其用戶使用。OPower為用戶提供個性化節能建議，同時也為公用電力公司提供需求側數據，幫助電力公司分析用戶電力消費行為，為電力公司改善營銷服務提供決策依據等。

2.日本

日本的能源嚴重依賴進口，因此日本成為最早開展綜合能源系統研究的亞洲國家。2009年9月日本政府公佈了其2020、2030和2050年溫室氣體的減排目標，並認為構建覆蓋全國的綜合能源系統，實現能源結構優化和能效提升，同時促進可再生能源規模化開發，是實現這一目標的必由之路。在日本政府的大力推動下，日本主要的能源研究機構都開展了此類研究，並形成了不同的研究方案，如由NEDO於2010年4月發起成立的JSCA（Japan smart community alliance），主要致力於智能社區技術的研究與示範。智能社區類似於加拿大ICES方案，是在社區綜合能源系統（包括:電力、燃氣、熱力、可再生等）基礎上，實現與交通、供水、信息和醫療系統的一體化集成。Tokyo Gas公司則提出更為超前的綜合能源系統解決方案，在傳統綜合供能（電力、燃氣、熱力）系統基礎上，還將建設覆蓋全社會的氫能供應網絡，同時在能源網絡的終端，不同的能源使用設備、能源轉換和存儲單元共同構成了終端綜合能源系統。

案例——日本東京電力公司經營模式（1）根據用戶類型制定差異化的服務策略。將用戶分為大客戶和居民客戶兩類。針對大客戶，服務內容包括：①為客戶提供各種電價方案和電氣設備方案的優化組合；②向客戶提供電力、燃氣、燃油最佳能源組合方案；③提供全方位的節能協助服務，幫助客戶改進設備，實現節能目標；④兼顧包括通訊在內的建築物設備設計、施工、維護等全方位設計服務。針對居民客戶，東京電力公司將其需求定位為：舒適性、節能、環保、安全、經濟。為此，東京電力公司確定了對居民客戶的營銷策略，即推廣IH炊具（一種高效的用電炊具）、節能熱水器等高效電氣產品構成的“全電氣化住宅”。（2）利用多種手段幫助用戶節能。一方面為用戶提供節能服務，提供包括節能診斷、解決方案、維護設備及運營管理等服務。另一方面通過智能電錶、通訊網絡與服務器建立智能用電系統，引導用戶錯峰用電。（3）注重技術研發，提高能源效率。公司設有技術開發研究所，對智能家居、建築節能、電動汽車等開展研究。如在智能家居方面，東京電力公司研究將電動汽車接入智能家居控制系統，根據系統供電負荷情況以及預設方案進行充電或放電。此外，還利用地源熱泵、太陽能發電等技術，並通過儲能和監控設備對室內環境溫度進行調節，電器用電情況及環境狀態也將被納入統一監控，以此實現家居用能的集中調節及優化。

資料來源：Tokyo Gas官網圖1 Tokyo Gas 公司綜合能源系統解決方案

3.歐洲

歐洲是最早提出綜合能源系統概念並最早付諸實施的地區，其投入大，發展也最為迅速。早在歐盟第五框架（FP5）中，儘管綜合能源系統概念尚未被完整提出，但有關能源協同優化的研究被放在顯著位置，如DG TREN（distributed generation transport and energy）項目將可再生能源綜合開發與交通運輸清潔化協調考慮；ENERGIE項目尋求多種能源（傳統能源和可再生能源）協同優化和互補，以實現未來替代或減少核能使用；Microgrid項目研究用戶側綜合能源系統（其概念與美國和加拿大所提IES和ICES類似），目的是實現可再生能源在用戶側的友好開發。在後續第六（FP6）和第七（FP7）框架中，能源協同優化和綜合能源系統的相關研究被進一步深化，Microgrids and More Microgrids（FP6）、Trans-European Networks（FP7）、Intelligent Energy（FP7）等一大批具有國際影響的重要項目相繼實施。

歐洲各國除了在歐盟框架下統一開展綜合能源系統相關技術研究外，還根據自身需求開展了大量更為深入的有關綜合能源系統的研究，如英國HDPS（highly distributed power systems）項目關注大量可再生能源與電力網間的協同，HDEF（highly distributed energy future）項目關注智能電網框架下集中式能源系統和分佈式能源系統的協同等；而德國自2011年開始，在環境部和經濟與技術部等機構的統一領導下，每年追加3億歐元，從能源全供應鏈和全產業鏈角度，實施對能源系統的優化協調，近期關注的重點則是可再生能源、能源效率提升、能源儲存、多能源有機協調以提高能源供應安全等方面。

根據Utilities UK集團的市場調研，歐洲已經湧現出上千家能源服務公司。對於歐洲很多國家而言其能源系統間的耦合和互動急劇增強，英國和德國就是典型案例。

英國的企業注重能源系統間能量流的集成。英國作為一個島國，和歐洲大陸的電力和燃氣網絡僅通過相對小容量的高壓直流線路和燃氣管道相連。英國政府和企業長期以來一直致力於建立一個安全和可持續發展的能源系統。除了國家層面的集成的電力燃氣系統，社區層面的分佈式綜合能源系統的研究和應用在英國也得到了巨大的支持。例如英國的能源與氣候變化部DECC和英國的創新代理機構Innovate UK（以前稱為TSB）與企業合作資助了大量區域綜合能源系統的研究和應用。2015年４月創新英國在伯明翰成立“能源系統彈射器”（Energy Systems Catapult），每年投入３千萬英鎊，用於支持英國的企業重點研究和開發綜合能源系統。

與英國相比，德國的企業更側重於能源系統和通信信息系統間的集成，其中Ｅ-Energy是一個標誌性項目，並在2008年選擇了6個試點地區，進行為期4年的E-Energy技術創新促進計劃，總投資約1.4億歐元，包括智能發電、智能電網、智能消費和智能儲能4個方面。該項目旨在推動其他企業和地區積極參與建立以新型信息通信技術（ICT）通訊設備和系統為基礎的高效能源系統，以最先進的調控手段來應付日益增多的分佈式電源與各種複雜的用戶終端負荷。通過智能區域用能管理系統、智能家居、儲能設備、售電網絡平臺等多種形式開展試點，Ｅ-Energy最大負荷和用電量均減少了10%~20%。此外，在E-Energy項目實施以後，德國政府還推進了IRENE、Peer Energy Cloud、ZESMIT和Future Energy Grid等項目。

案例——RegModHarz項目開展於德國的哈慈山區，其基本物理結構為2個光伏電站、2個風電場、1個生物質發電，共86MW發電能力。生產計劃由預測的日前市場和日內盤中市場的電價及備用市場來決定。RegModHarz項目的目標是對分散風力、太陽能、生物質等可再生能源發電設備與抽水蓄能水電站進行協調，令可再生能源聯合循環利用達到最優。其核心示範內容是在用電側整合了儲能設施、電動汽車、可再生能源和智能家用電器的虛擬電站，包含了諸多更貼近現實生活的能源需求元素。RegModHarz項目主要措施有：（1）建立家庭能源管理系統。家電能夠“即插即用”到此係統上，系統根據電價決策家電的運行狀態，根據用戶的負荷也可以追蹤可再生能源的發電量變化，實現負荷和新能源發電的雙向互動。（2）配電網中安裝了10個電源管理單元，用以監測關鍵節點的電壓和頻率等運行指標，定位電網的薄弱環節。（3）光伏、風機、生物質發電、電動汽車和儲能裝置共同構成了虛擬電廠，參與電力市場交易。RegModHarz項目的典型成果也包含3個方面：（1）開發設計了基於Java的開源軟件平臺OGEMA，對外接的電氣設備實行標準化的數據結構和設備服務，可獨立於生廠商支持建築自動化和能效管理， 能夠實現負荷設備在信息傳輸方面的“即插即用”，OGEMA 的軟件架構。（2）虛擬電廠直接參與電力交易，豐富了配電網系統的調節控制手段，為分佈式能源系統參與市場調節提供了參考。（3）基於哈慈地區的水電和儲能設備調節，很好地平抑了風機、光伏等功率輸出的波動性和不穩定性，有效論證了對於可再生能源較為豐富的特區，在區域電力市場範圍內實現100%的清潔能源供能是完全可能實現的。

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