發(fā)展清潔能源產(chǎn)業(yè)，推進能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，是黨的“十九大”報告對未來能源發(fā)展方向的定位。推動能源生產(chǎn)和消費革命要求建立多元供應(yīng)體系，不僅指宏觀層面的國內(nèi)外能源資源供應(yīng)體系，也包括滿足終端消費多元化需求的、清潔低碳、節(jié)能高效和安全的供應(yīng)體系。在新一輪工業(yè)革命的條件下，綜合能源系統(tǒng)是滿足多元供應(yīng)體系的具體實現(xiàn)方式，已經(jīng)成為世界各國能源轉(zhuǎn)型爭相發(fā)展的重點。

綜合能源系統(tǒng)能帶來什么

狹義的綜合能源系統(tǒng)指能源系統(tǒng)內(nèi)部的各種能源之間相互鏈接、耦合，讓能源供給更加高效、柔性、多元、互補、安全。從廣義上看，綜合能源系統(tǒng)是將能源系統(tǒng)本身與其他系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù)鏈接起來，實現(xiàn)大系統(tǒng)之間的協(xié)同和交互，在實現(xiàn)效益最大化的同時，不斷提高可再生能源的比例。

綜合能源系統(tǒng)既涉及能源傳輸網(wǎng)絡(luò)，也涉及接駁多種能源的系統(tǒng)，同時也涉及能源系統(tǒng)本身與其他系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)與信息網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。綜合能源系統(tǒng)可以很好地利用潛在和協(xié)同效益，提高能源系統(tǒng)的可靠性，實現(xiàn)不同供能系統(tǒng)間的有機協(xié)調(diào)、優(yōu)化調(diào)度和協(xié)同利用。

有機協(xié)調(diào)，即提高能源供應(yīng)的安全性、靈活性、可靠性。如2008年初我國南方發(fā)生的低溫雨雪冰凍災(zāi)害，最初在電力系統(tǒng)中引發(fā)了多米諾骨牌效應(yīng)，不僅殃及其他供能系統(tǒng)，還引發(fā)了交通、通信、金融等多個部門的故障，暴露出大電網(wǎng)在極端情況下缺乏足夠自愈能力的嚴(yán)重風(fēng)險。相關(guān)研究也表明，單純通過加大某一供能系統(tǒng)(如電力系統(tǒng))的投入來提高其安全性和自愈能力，并不能保證整體系統(tǒng)的安全性。而通過構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)，以實現(xiàn)各供能系統(tǒng)間的有機協(xié)調(diào)，則是解決上述問題的一種有效途徑。

優(yōu)化調(diào)度，提高社會供能系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的利用率。供電、供氣、供熱/冷系統(tǒng)的負(fù)荷需求存在明顯的峰谷交錯特征，目前各供能系統(tǒng)相對獨立運行，只能按自身峰值負(fù)荷進行單獨設(shè)計與建設(shè)，由此不可避免地產(chǎn)生設(shè)備利用率低下的問題。以電力為例，美國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，其供電設(shè)備平均載荷率只有43%，載荷率在95%以上的時段不足5%。設(shè)備利用率低下的問題同樣存在于供氣、供熱/冷系統(tǒng)，加大了各供用能系統(tǒng)的運行維護費用，造成了社會資金的巨大浪費。

綜合能源系統(tǒng)可通過各子系統(tǒng)間的有機協(xié)調(diào)緩解或消除上述問題。如利用供電系統(tǒng)低谷時段過剩電能產(chǎn)生冷/熱能并加以存儲，在電力高峰時段使用;通過供電與供冷/熱系統(tǒng)的有機配合，實現(xiàn)同時提高供電與供冷/熱系統(tǒng)設(shè)備利用率的目的。

協(xié)同利用，即增加生產(chǎn)、輸配、消費、存儲不同環(huán)節(jié)間的時空耦合機制和互補替代性，一方面實現(xiàn)不同品位能源的梯階利用;另一方面還能彌補可再生能源( 如風(fēng)能、太陽能等) 能流密度低、分散性強和間歇性明顯等問題，提高其規(guī)模化開發(fā)利用水平。

先行者的路徑

近年來，發(fā)達國家的能源轉(zhuǎn)型加速進行，在綜合能源系統(tǒng)領(lǐng)域，已經(jīng)取得很多進展，并呈現(xiàn)出各有特點的頂層設(shè)計特征。

歐盟的特征在于明確的目標(biāo)導(dǎo)向型。歐盟于2014年通過了2030年“40-27-27目標(biāo)”升級了原來了2020年“20-20-20目標(biāo)”，即到2030年,實現(xiàn)溫室氣體排放與1990年水平相比至少減少40%，27%的能源消耗來自可再生能源，能源效率比預(yù)期提高27%。在這個目標(biāo)下，歐盟各成員國面臨著前所未有的挑戰(zhàn),正在積極尋求系統(tǒng)層面的解決方案,從而推動了綜合能源系統(tǒng)快速發(fā)展。

英國長期以來一直致力于建立一個安全和可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)，并表現(xiàn)出了明顯的從上至下的特征。除了國家層面的集成電力/燃?xì)庀到y(tǒng),社區(qū)層面的分布式綜合能源系統(tǒng)研究和應(yīng)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(chuàng)新代理機構(gòu)——“創(chuàng)新英國”(Innovate UK，以前稱為TSB)與企業(yè)合作，資助了大量區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的研究和應(yīng)用。2015年4月，“創(chuàng)新英國”在伯明翰成立“能源系統(tǒng)彈射器”(Energy Systems Catapult),每年投入3千萬英鎊，用于支持英國的企業(yè)重點研究和開發(fā)綜合能源系統(tǒng)。

與英國相比，德國更側(cè)重于能源系統(tǒng)和通信信息系統(tǒng)間的集成，其標(biāo)志性項目是E-Energy。這個項目在2008年選擇了6個試點地區(qū)，總投資約1.4億歐元，涉及智能發(fā)電、智能電網(wǎng)、智能消費和智能儲能等方面。該項目旨在推動其他企業(yè)和地區(qū)積極參與建立以新型信息通信技術(shù)(ICT)和系統(tǒng)為基礎(chǔ)的高效能源系統(tǒng)，以最先進的調(diào)控手段來應(yīng)對日益增多的分布式電源與各種復(fù)雜的用戶終端負(fù)荷。通過在智能化區(qū)域用能管理系統(tǒng)、智能家居、儲能設(shè)備、售電網(wǎng)絡(luò)等多平臺開展試點，E-Energy項目實施后最大負(fù)荷和用電量均有一定減少，更主要是，可再生能源消納能力有了明顯提升。此外，在E-Energy項目實施以后，德國政府還推出了IRENE、Peer Energy Cloud、ZESMIT和Future Energy Grid等項目，進一步提高可再生能源消納能力。

在丹麥，對不同能源系統(tǒng)進行整合的重要目的，是為了消納可再生能源，充分開發(fā)各種能源資源。近幾年，丹麥電力系統(tǒng)中風(fēng)電占比已經(jīng)超過40%，熱電聯(lián)產(chǎn)、熱泵、電熱、儲熱等供熱技術(shù)使用廣泛,使得丹麥的電力、供暖和燃?xì)庀到y(tǒng)緊密關(guān)聯(lián)，且互動性日益增強。

美國非常注重與能源綜合系統(tǒng)相關(guān)理論與技術(shù)的研發(fā)。美國能源部在2001年即提出了綜合能源系統(tǒng)(integrated energy system，IES)發(fā)展計劃，目標(biāo)是提高清潔能源供應(yīng)與利用比重，進一步提高社會供能系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性，而重點是促進對分布式能源(DER)和冷熱電聯(lián)供(CCHP)技術(shù)進步和推廣應(yīng)用。2007年12月，美國頒布能源獨立和安全法(EISA)，明確要求社會主要供用能環(huán)節(jié)必須開展綜合資源規(guī)劃(integrated resource planning，IRP)，并在2007～2012財年追加6.5億美元專項經(jīng)費支持IRP的研究和實施;2009～2013年，美國將智能電網(wǎng)列入國家戰(zhàn)略，旨在以電網(wǎng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建一個高效能、低投資、安全可靠、靈活應(yīng)變的綜合能源系統(tǒng)，以保證美國在未來引領(lǐng)世界能源領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與革命。在需求側(cè)管理技術(shù)上，包括加州、紐約州在內(nèi)的許多地區(qū)在新一輪電力改革中，明確把需求側(cè)管理、提高電力系統(tǒng)靈活性作為重要方向。特朗普上任以來，盡管采取了偏重傳統(tǒng)化石能源的政策，但在未來綜合能源系統(tǒng)、特別是傳統(tǒng)能源與可再生能源融合發(fā)展方面，美國依然投入了大量的人力、物力開展研究。

日本是亞洲最早開展綜合能源系統(tǒng)研究的國家。2009年9月，日本政府公布了其2020、2030和2050年溫室氣體的減排目標(biāo)，并認(rèn)為構(gòu)建覆蓋全國的綜合能源系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和能效提升;而促進可再生能源規(guī)?；_發(fā)，則是實現(xiàn)這一目標(biāo)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(gòu)都開展了此類研究，并形成了不同的研究方案，如由NEDO于2010年4月發(fā)起成立的JSCA(Japan smart community alliance)，主要致力于智能社區(qū)技術(shù)的研究與示范。智能社區(qū)是在社區(qū)綜合能源系統(tǒng)(包括:電力、燃?xì)?、熱力、可再生?的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)與交通、供水、信息和醫(yī)療系統(tǒng)的一體化集成。氫能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)是日本對未來能源系統(tǒng)的一項重要探索。東京燃?xì)夤?Tokyo Gas)則提出了更為超前的綜合能源系統(tǒng)解決方案，在傳統(tǒng)綜合供能(電力、燃?xì)?、熱?系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將建設(shè)覆蓋全社會的氫能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，同時在能源網(wǎng)絡(luò)的終端，不同的能源使用設(shè)備、能源轉(zhuǎn)換和存儲單元共同構(gòu)成了終端綜合能源系統(tǒng)。

中國：亟需宏觀研究

過去幾年，無論在建設(shè)規(guī)模上，還是在投資速度上，我國都在引領(lǐng)全球可再生能源的發(fā)展。隨著一系列政策的出臺，棄風(fēng)、棄光、棄水現(xiàn)象呈好轉(zhuǎn)趨勢，但結(jié)構(gòu)上的改進還存在很大空間。我國現(xiàn)有的能源基礎(chǔ)設(shè)施，在適應(yīng)可再生能源融入的需求、用戶側(cè)的多元能源需求以及提升綜合能源效率的需求，面臨的挑戰(zhàn)不斷加大，能源系統(tǒng)的變革已經(jīng)變得非常迫切，傳統(tǒng)以滿足“電與變動需求”匹配為目標(biāo)的能源基礎(chǔ)設(shè)施，已經(jīng)越來越難以滿足需求。如何使未來能源系統(tǒng)有足夠強大的能力去處理來自供給側(cè)的多元能源供給，特別是可再生能源的強波動性，同時滿足用戶多變的能源需求，同時實現(xiàn)效率最大化，是需要加快研究的問題。

從長遠(yuǎn)看，我國能源基礎(chǔ)設(shè)施向綜合能源服務(wù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一個成本問題，而是一個能否適應(yīng)和推動中國高質(zhì)量發(fā)展的根本性問題，是一個關(guān)乎未來發(fā)展新動力的問題。但同時要充分認(rèn)識到，它也是一個復(fù)雜的、跨界的、系統(tǒng)性的問題，因此，頂層設(shè)計與綜合性的宏觀研究，是當(dāng)下最為迫切的需求。