編者按：2019年9月5～6日，以“多元化布局和產業鏈延伸”為主題的“2019(第十五屆)中國分布式能源國際論壇”在北京召開，本次會議由中國能源研究會分布式能源專業委員會、中國能源網、能源Link主辦。會上，天津大學電氣工程系副教授穆云飛做了《用戶側綜合能源系統研究》的主題發言。

穆云飛：各位專家下午好！主要介紹一下我們在用戶側綜合能源系統的認識，我這次的匯報分為四個部分，首先看一下研究背景和意義，綜合能源系統或者叫能源互聯網在2014年在我們國家就獲得廣泛的關注，中央財經領導小組也提出來要加強能源革命，國務院也制定了能源互聯網+的計劃，本質上要推動綜合能源系統發展。

同時在高校和研究所領域，2015年清華大學發起了能源互聯網的第一屆香山會議，2016年10月份在天津大學基金委的支持下舉辦了新一代綜合能源系統的雙清論壇，2017年11月份清華大學發起了首屆能源互聯網的會議，2018年10月份由天津大學主辦和IAT合作舉辦了一個國際學術期刊。

我們對能源互聯網，或者我們報告主題叫用戶側綜合能源系統有一個簡單理解，我們認為綜合能源系統是傳統的電力、燃氣、熱力三個系統日益緊密耦合形成的以電力系統為核心的綜合能源系統，剛才也有專家講到電力在能源系統里，特別在新能源消納里的核心作用，所以我們初步理解是一個電力系統為核心的綜合能源系統。

我們看到在能源環節中，通過我們燃氣電廠，通過各種P2G，包括我們的蓄熱、熱泵、三聯供等不同的能源轉換裝備將這三個系統有機融合在一起，用戶側從目前階段來看是不同能源形式耦合最為緊密的形式，因為資產歸屬相對統一，相對靈活，目前耦合程度也更為緊密，所以用戶側綜合能源系統是前期一個重要的對象。

我們再比較幾個基本的概念，綜合能源系統我們理解是在規劃、建設和運行過程中對各種能源的生產、傳輸、分配、轉換、存儲、消費、交易等環節實施有機協調和優化而形成的能源的產銷儲一體化的系統，還有一個跟他類似的概念叫能源互聯網，我們認為能源互聯網是更加強調信息環節跟物理環節的融合，是一次的綜合能源系統為物理載體，進一步深度融合各類智能化的信息技術，可以實現不同能源的互通，互濟和互聯網型的能源系統。

我們可以理解綜合能源系統是一次系統，而能源互聯網是一二次融合的系統。國網公司也提出泛在電力物聯網的概念，主要是圍繞電力系統的環節，以電力系統作為主要的載體，充分利用移動互聯、人工智能等現代信息技術，通訊技術來實現人機交互，具有狀態感知，信息高效處理，應用便捷靈活特征的智能能源服務的系統。

我們說綜合能源系統更關注的是未來發展的整體能源系統的形態，而泛在電力物聯網前期主要是關注以電力為核心載體的電力環節應用。我們說從綜合能源系統來看，我們可以看成是未來人類社會的新一代能源系統，智能電網或者是泛在電力物聯網處在一個相對核心的地位，剛才專家也講到電能主要是其他能源生產傳輸必須的能源，很多能源需要轉化為電來利用，就這個發展來講整體可以作為一個載體的形式而存在，所以我們認為我們國家綜合能源系統或者是能源互聯網的建設應該充分利用前期在智能電網的研究成果，在這個基礎上進一步開展研究。

下面看一下構建綜合能源系統的意義，我們說構建綜合能源系統，有助于國家可再生能源的規模化開發，有助于綜合能源利用或者是梯級利用，以后能效的提升，有助于系統能源可持續發展，提高能源利用效率，提高社會供能可持續性和安全性，同時有利于各類分布式的，比如集中式的分布式能源并網的利用。

這個概念全球也獲得了廣泛的關注，比如說美國很早就開展這方面的研究，2007年就頒布了能源獨立安全法，要求供能系統、電力和燃氣環節必須要開展協同規劃，主要是因為美國風電相對比較高，大部分跟風控調頻調峰的電廠主要是燃氣電廠，其中有一個現象是導致我們燃氣網絡的氣壓不斷的抖動，其實他們在研究過程中很關注電力和燃氣的協同規劃。2008年提出來未來可再生能源傳輸與管理系統，我們叫做FREEDM新型電網結構。2009年將智能電網列入國家戰略，終極目標還是我們綜合能源系統。

加拿大有他的地方，地廣人稀，所以更加關注社區級的綜合能源系統，也是通過國會立法把社區級的綜合能源系統上升到國家戰略，也組建了幾個大型的項目。歐洲具有綜合能源系統發展的天然土壤，在歐盟的第五、第六框架，包括地平線2020計劃把綜合能源系統作為一個核心的研究方向，當然美國、丹麥、法國、德國也都結合自己的特點開展相應各具特色的研究。

下面我介紹一下綜合能源系統研究中面臨的挑戰，第一個是思想觀念上的挑戰，最早手機操作系統，塞班在應用很廣的時候，安卓系統其實效果還不太好，但是一旦起來以后，我們說這個趨勢就很難阻擋，包括我們現在互聯網模式下的美團、快遞，其實也是發展的很快。當傳統能源企業如果還覺得商業模式不成熟的情況下再發展綜合能源系統不可行的情況下，其實轉變是會非常快的，所以對綜合能源系統發展我們要有一個思想觀念上的轉變。

第二是體制上的挑戰，剛才專家也有提到，我們國家體制下電力、燃氣、供熱、石油、煤炭都有行業的獅子和老虎，他們缺乏合作的動力，由此也限制了國家綜合能源系統的發展。所以構建綜合能源服務商，不同能源企業之間走向合作也是綜合能源系統發展一個非常重要的助推。

第三是技術上的挑戰，我們說對我們單一能源系統的控制，包括建模、運行、分析、控制相對來講比較成熟，但是不同能源形式，不同品類，不同時間尺度的能源混雜在一起，形態究竟是什么樣子，模型怎么去構建，怎么進行系統分析，怎么樣進行規劃，怎么樣進行控制，其實也是有很多問題在里面，像一開始黃院長講的，如果沒有良好的系統設計，預測不準，其實這個系統很難達到一個盈利的狀態。

第四個是各類風險因素的挑戰，剛才也有專家提到，我們說我們要投資一個用戶側綜合能源系統，其實會面臨著很多風險因素，技術因素，比如說我們的設備國產化，特別是燃氣機等設備的國產化，實際上對我們成本的降低有非常重要的影響。另外新技術的引入，我們發現一個新技術的引入可能會帶來一個新的產業，甚至是顛覆另外一個產業，所以在投資建設的時候，我們說技術因素一定要得到深入的考慮。第二個是政策因素，我們國家雖然出臺了很多指導性的意見，但是很多細則相對不太明朗，包括公司合作的模式不太健全，能源價格體制的管制不太健全，比如說我們光伏補貼的取消，實際上對我們整個行業的影響是非常大的，包括我們未來能源價值的波動，國際局勢的變化會導致燃氣價格的波動，對我們整個投資回收都會產生一個非常重要的影響。在有就是能源體制和項目運營等等，這里面有很多因素，所以中期建設規劃和后期運維，怎么把這些因素綜合考慮決定了我們投資的成功和失敗。

未來對于用戶側綜合能源系統服務商面對上游能源企業的管控下，只能在狹窄的區間內獲得利潤空間，所以建設和規劃運營階段怎么樣考慮風險因素是一個值得關注的非常重要的問題。

下面看一下從研究角度，我們有一些關注的點，我就快速地簡單說一下，第一個關鍵技術就是綜合能源系統未來的形態會發生一個什么樣的變化，究竟是一個怎么樣的能源系統，這里面分為三個層次，第一個是未來智能電網，或者泛在電力物聯網的形態特征及演化規律，現在對電網本身有一個非常大的沖擊，從配電而言這個圖我們可以看出來，會轉變為一種用戶側集成了各種能源，網絡層有各種互聯，包括未來的虛擬電廠的應用，所以不確定性非常強，各個分區可以互濟的模式可能未來是比較主流的發展方式。

第二個層次是電網和其他系統的融合比如說電氣和冷熱系統的演化規律是什么，比如說涉及到不同分區的冷熱互聯，不同能源的融合都會對未來綜合能源系統產生一個非常重要的影響。

第三個層次，我們要突破單一能源系統的概念，從更高的角度去看這個問題，能源系統融合以后會產生大量的能源大數據，舉幾個簡單的例子，能源大數據對整個城市系統的發展有非常重要的支撐，比如說對政府企業的角色，對我們用戶服務水平提升，其實都會有非常重要的作用，所以綜合能源系統未來演化的過程中，我們要站在一個更高的角度去理解這個問題，要打破能源系統的界限。

第二個關鍵技術，適用于綜合能源系統研究的建模和綜合仿真技術，就要研究時間復雜性，還有空間復雜性，比如說單一能源系統內部的，不同能源系統之間的，還有行為的復雜性，現在有很多專家提到人的行為在整個能源系統里怎么建模分析，再加上能源系統本身的復雜性，其實問題會變得異常的復雜。

第三個關鍵技術，我們說能源系統的評估指標體系和評估方法，這里面實際上無論是建設階段，規劃階段系統的設計，包括我們運行策略的評價，實際上通過評價反饋到我們系統的各個環節，實際上都有著非常重要的作用。

第四個關鍵技術，我們規劃的時候不僅要滿足我們用戶多樣化的需求，還要實現通過我們綜合能源系統引入的多能互補的能力，通過這樣的能力來支撐我們系統運行，往往來講綜合能源系統的一次投資往往是非常高的，但是我們盈利往往是期望在后期運行階段更快地通過節能把我們的成本給收回來，所以規劃過程中我們要實現能源維度，時空維度和指標維度的統一，通過這三個維度下，通過取優找到最優的規劃設計方案。

第五個關鍵技術，涉及到運行層面，一個是穩態的運行優化，要實現橫向不同能源之間的互補，還關系到安全穩定情況下，異常態下或者故障態下怎么進行緊急控制也是我們要解決的非常重要的問題，這里面涉及到一個非常復雜的建模過程，實際上這些問題都有待于突破。

第六個關鍵技術，涉及到能源系統和信息系統的協同優化，通過人工智能、大數據、信息物理融合已經成為現在學術圈新一輪的研究熱點，所以我們的融合怎么樣來保證他們之間的協調來提升系統的效率，其實也是關注的重點。

第七個關鍵技術，剛才也講了我們在分析能源系統的時候要跳開能源系統的局限，把它進一步上升到城市或者是更大范圍的層面，來實現能源系統和城市基礎設施協同發展的技術研究，這個其實也是非常值得深思的，現在包括電力公司也建很多綜合能源大數據的平臺，通過這些平臺支撐政府決策，支撐用戶的服務，其實已經有了一些應用。

結合會議的主題，綜合能源系統對電能質量，包括電能的影響，這里面的技術挑戰剛才也說到了，包括可再生能源，多能互補，電動汽車，用戶角色轉變等因素，用戶側的綜合能源系統正在發生著顯著變化，怎么把充滿沖擊性的對象在我們綜合能源系統的環境下有效的平抑，這是一個有效的問題。

還有一個政策上的挑戰，包括前面專家所講到的能源主體，用能主體，參與主體之間的動態博弈，以及負荷的動態變化，實際上做分析的時候一定要考慮不同主體，不同能源之間的滾動優化博弈的分析方法。

后面我快速介紹一下天大做的一點工作，我們的對象目前主要以用戶端為主，因為是好落地，好實現的前期對象，我們有一些建模方法，分析方法，還有一些運行優化的方法，我們提出來一個綜合能源系統的動態模型的方法，可以把我們系統運行過程中的參數，我們運行狀態的變化考慮出來，這樣的話來實現我們系統運行狀態和我們數字系統分析時候的有機融合，這樣的話我們的運行策略就會更加精準。

第二個，我們考慮多能互補之后一個典型的創造性概念就是多態虛擬儲能的概念，我們通過熱泵和建筑體的結合，利用延遲熱惰性參與系統的需求響應，這是建筑層面的。

第三個，怎么樣利用電動洗車集群實現我們跟系統的互動響應，也提出來相應的模型和一些運行的方法。

第四個，從系統分析層面我們提出來綜合能源系統電氣冷熱多能流靜態分析模型，比如說多能流的可靠性分析的方法，其實也是我們研究的一個重點，還包括一些電氣冷熱綜合系統的動態仿真算法，包括考慮時滯穩定性的研究，包括多能流系統可靠性分析的研究，我們團隊都有不同的方向在一起共同研究，具體技術部分就簡單地說一下。

我們參與了一些大量的示范工程，有的是我們配合能源企業來做的，有的是我們自己構建的，第一個我們天大有一個小的綜合能源微網的實驗室，我們也剛剛地對它進行了改造和裝修，如果各位專家感興趣，我們非常歡迎各位專家到我們那兒給我們一些指導，是典型的微網結構，這里面包括了各式各樣的儲能系統，還有一個三聯供系統，還有各類的交直流負荷，種類也是非常全，這是我們實驗室具體設備的照片。我們天大簽署了一個863項目，我們做了一個天大濱海工業研究院微網的項目，最終指標是可再生能源利用率大于70%，也是通過了科技部的驗收。

會議組織方面，天大在智能電網最早開展了第一屆智能電網學術論壇，另外跟中瑞之間有一個中瑞合作的項目，2012年天大召開了亞太地區第一屆智能電網的國際會議，2014年王老師在這方面做的非常成熟，我們召開了微網的一個國際論壇，也是中美，包括世界各國來了很多專家，這個就是我剛才說的比較重要的是基金委的雙清論壇，是2016年召開的，當時有40多個院士、長江、杰青、優青參加了我們的會議，同時我們跟國際期刊應用能源結合，我們在天津召開了應用能源微網的國際會議，2018年我們開了一個國際供用電會議。我們天大跟瑞典的大學合作成立了一個聯合實驗室，目標就是在分布式能源和微網領域的實驗室，像伯克利，包括英國卡迪夫，帝國理工等都在我們這里面做一個聯合的實驗，這是在天大召開的第一屆會議的情況。

天大還主辦了一個IET的雜志，是王老師做期刊的主編，未來想沖擊一下，因為是個新刊，未來想沖擊一下SCI的檢索，也歡迎各位專家賜稿。我們的成果，前期主要在電網和綜合能源結合領域，特別是在配電網規劃層面涉及到400多個城市，八千余項工程，工程資金超過萬億。

最后做一個總結，我們是搞電氣工程的，我們希望在智能電網的基礎上構建這樣一個綜合能源系統，實現不同能源的互通、互濟和即插即用，提高能源利用效率，實現可再生能源規模化發展，我的匯報到此結束，謝謝各位專家。