6月15日，國家電網(wǎng)公司發(fā)布“數(shù)字新基建”十大重點建設任務，其中，智慧能源綜合服務作為十大重點任務之一，實際上也是全能源行業(yè)企業(yè)關注的焦點。當前，智慧能源綜合能源服務的機遇與挑戰(zhàn)并存。因此，本文就智慧能源綜合服務的新技術(shù)、新模式、新特征進行梳理和辨識，闡述了智慧能源服務的基本內(nèi)涵、外延和分類，歸納了當前智慧能源服務的數(shù)十項新技術(shù)、新業(yè)態(tài)及其新特征。最后，針對智慧能源綜合服務的幾個典型場景，嘗試揭示智慧能源綜合服務的“機遇”及“挑戰(zhàn)”，以供智慧能源綜合服務生態(tài)的參與者在實操中參考。
1. 能源互聯(lián)網(wǎng)下的智慧能源綜合服務內(nèi)涵與外延
現(xiàn)階段，我國社會的主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗣袢找嬖鲩L的美好生活需求和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾，人民的需求已經(jīng)從物質(zhì)性需求逐漸邁向社會性需求和心理性需求。能源作為人類社會的血脈和基礎，處于以人工智能為代表的新一輪工業(yè)革命下的能源服務，就是為生產(chǎn)生活提供更加高效、清潔、經(jīng)濟、智慧、舒適、個性的能源解決方案，“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”（簡稱：能源互聯(lián)網(wǎng)）的理念和技術(shù)已經(jīng)成就上述能源服務特征的路線和途徑。
“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”下的綜合能源服務，可稱為智慧能源綜合服務或叫綜合智慧能源服務，簡稱綜合能源服務（英文可為integrated energy system或 comprehensive energy service），遍及生產(chǎn)生活的方方面面，正體現(xiàn)著云大物移智鏈+5G等數(shù)字技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)賦能能源服務的新智慧。從當前國內(nèi)外智慧能源綜合能源服務的生態(tài)來看，我國綜合能源服務的市場潛力在數(shù)萬億元以上，以智慧能源綜合服務為代表的能源互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)全面進入“實操”的階段，講概念的階段已經(jīng)過去，實操階段講究的是項目規(guī)劃、接入以及運行過程中綜合效益的挖掘和落地。從本次國網(wǎng)公司發(fā)布的數(shù)字新基建——智慧能源綜合服務的重點任務可以看出，國網(wǎng)公司的綜合能源服務已經(jīng)比較聚焦和清晰，基本突出了以電為核心的、以用戶為本的典型場景的能效服務。
全能源服務生態(tài)來看，綜合能源服務可分為圍繞綜合能源系統(tǒng)產(chǎn)生的基本供能服務與多元增值服務，如圖1所示。同時，綜合能源服務也可區(qū)分為廣義綜合能源服務和狹義綜合能源服務。其中，凡是涉及到能源多能互補綜合能源系統(tǒng)“基本能源服務”以及“多元增值服務”其中任一環(huán)節(jié)的，都屬于廣義綜合能源服務的范疇（英文為：comprehensive energy service）。因此，在綜合能源服務的必然發(fā)展趨勢下，與能源投資、工程、服務和平臺相關的企業(yè)都在向綜合能源服務轉(zhuǎn)型。但是，不得不提的是，狹義綜合能源服務（英文為：integrated energy system）在物理上強調(diào)總能系統(tǒng)能的梯級綜合利用、在平臺上強調(diào)信息流改造能量流、在商業(yè)模式上強調(diào)能源的開放共享，總的是以提高能源服務系統(tǒng)全生命周期、能源-經(jīng)濟-環(huán)境多維度綜合效益為目標的綜合能源及能源綜合服務。
大體上，我國綜合能源服務還處于初級階段，多元主體合作與競爭的態(tài)勢明顯。一方面，在綜合能源服務領域，傳統(tǒng)物理機制的能源解決方案正在與數(shù)字驅(qū)動的能源解決方案展開融合，形式多樣化的大大小小的能源信息物理融合系統(tǒng)正在逐步形成；另一方面，一種面向多競爭主體的綜合能源服務共商、共建、共治、共贏的產(chǎn)業(yè)生態(tài)正在不斷迭代，形形色色、包羅萬象的綜合能源解決方案及內(nèi)容提供商正在孵化和角逐。
可以見得，相對于傳統(tǒng)節(jié)能服務，現(xiàn)階段綜合能源系統(tǒng)既有新的對象的產(chǎn)生，以及相應技術(shù)路徑及商業(yè)模式的探索，也有基于大數(shù)據(jù)技術(shù)對傳統(tǒng)能源服務的升級改造。但是，綜合能源服務的業(yè)態(tài)林林總總，很多綜合能源服務公司仍存在分不清、看不明綜合能源服務的新技術(shù)與新模式的現(xiàn)象，在打造適合自身特色的綜合能源服務關鍵技術(shù)中迷茫。
因此，總結(jié)凝練綜合能源服務當前新技術(shù)、新模式的新特征，辨識當前綜合能源服務關鍵技術(shù)及業(yè)態(tài)，有助于厘清綜合能源服務的內(nèi)涵外延，有助于科學面對當前綜合能源服務的挑戰(zhàn)，有助于企業(yè)精準卡位，避免盲目進入粗糙發(fā)展而形成不良資產(chǎn)，進而實現(xiàn)向智慧能源綜合服務的健康轉(zhuǎn)型，這正是本文的出發(fā)點。
圖1 智慧能源綜合服務的業(yè)態(tài)示意
2. 當前智慧能源綜合服務的新技術(shù)、新模式、新特征
從多目標優(yōu)化的角度來講，能源系統(tǒng)的基本目標就是不斷逼近“滿足支付能力”、“維持安全可靠”、“達到低碳清潔”的能源不可能三角的目標?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+智慧能源”（能源互聯(lián)網(wǎng)）的發(fā)展，深化了本階段我國能源供應與消費的“能源三角目標”，是助推能源“四個革命、一個合作”的重要理念和技術(shù)。如今，我國的能源轉(zhuǎn)型已呈現(xiàn)出電氣化、綠色化、共享化、高效化、產(chǎn)消化、數(shù)字化以及商品化的明顯特征，以滿足人類活動對能源的“社會性需求”和“心理性需求”。
綜合能源服務是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢下的產(chǎn)物，是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要業(yè)態(tài)組成，好比是能源系統(tǒng)最終賦能社會經(jīng)濟發(fā)展的能源服務末端細胞。相較于傳統(tǒng)的節(jié)能服務或能效服務，當前電動汽車的規(guī)?；瘧?、分布式能源的遍地開花、新能源微電網(wǎng)的建設、眾多產(chǎn)消者的出現(xiàn)、儲能技術(shù)發(fā)展、以熱泵技術(shù)為代表的P2X技術(shù)的普及應用，以及云大物移智鏈等互聯(lián)網(wǎng)相關技術(shù)和思維的大眾化趨勢，還有智慧城市和新基建的建設，給當前能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)下，我國綜合能源服務呈現(xiàn)以下新特征，如圖2所示。
如：從單一到綜合、從重資到輕資、從無序到有序、從局部到全局、從單向到雙向、從高位到低位、從單次到梯次、從單調(diào)到多種、從實體到虛擬、從粗放到精細、從壟斷到共享，等等，如表1所示。不得不說的是，上述特征表述也僅試圖從單一維度進行新特征的示意區(qū)分，對于某一的綜合能源服務，以上特征都互有交叉且多重并舉，或僅適用于某種固定場景或業(yè)態(tài)，也是在能源互聯(lián)網(wǎng)新趨勢下對傳統(tǒng)能源服務的繼承與創(chuàng)新。
3. 智慧能源綜合服務——挑戰(zhàn)與機遇并存
總的來看，我國能源互聯(lián)網(wǎng)相關技術(shù)及產(chǎn)業(yè)目前還處于初級階段，作為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要業(yè)態(tài)，綜合能源服務的發(fā)展也是一個需要不斷迭代的過程，離不開自上而下的頂層規(guī)劃與自下而上的產(chǎn)業(yè)探索的相互碰撞。當前，綜合能源服務百花竟放、百家爭鳴的競爭環(huán)境的營造，正是要快速激發(fā)多行業(yè)、全鏈條的融合以及綜合能源的迭代發(fā)展。
最終，綜合能源系統(tǒng)將經(jīng)過市場之手和技術(shù)競爭的優(yōu)勝劣汰，逐漸走向更加成熟的綜合能源服務的高級階段。如圖3所示，目前綜合能源服務生態(tài)圈開放共享，但是綜合能源服務也是一個競爭激烈的戰(zhàn)場。因此，需要從業(yè)者具有敏銳的綜合能源服務的嗅覺、深入現(xiàn)場與用戶打成一片的決心和執(zhí)行力，更需要在綜合能源服務關鍵技術(shù)以及商業(yè)模式上的全面把握與定制化設計。
實際上，能源行業(yè)具有較高的門檻，能源的商品化面臨著體制機制以及專業(yè)壁壘的強大障礙。同時，基于綜合能源系統(tǒng)多專業(yè)交叉的綜合能源服務必然難度更大，綜合能源服務也不是簡單地把某個技術(shù)從場景A搬到場景B，綜合能源系統(tǒng)也面臨諸多挑戰(zhàn)，如表1所示。比如：
1）多能互補集成優(yōu)化綜合能源系統(tǒng)理論上具有很好的熱經(jīng)濟性，但其頂層設計或系統(tǒng)優(yōu)化實際上是很復雜的、門檻也較高的，需要在負荷預測、邊界條件、政策解讀以及多專業(yè)協(xié)調(diào)都比較恰當?shù)幕A上，離不開智能算法、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)對多變量、非線性、強耦合問題的求解。如圖4所示，我國在該領域的一些還是商業(yè)軟件還比較少，很多高校和科研單位也正在努力開發(fā)，這也是當前能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化求解的熱點之一。而且，如果沒有對用戶現(xiàn)場特征以及系統(tǒng)各設備單元能量轉(zhuǎn)換特性以及運行約束的充分把握，所得系統(tǒng)架構(gòu)及配置的最優(yōu)理論策略存在很多的不確定性，要么導致理論策略難以與工程實際配合，進而設備利用率低以及經(jīng)濟性差；要么因為數(shù)據(jù)感知和調(diào)控的缺陷，工程落地后綜合能源系統(tǒng)管控平臺不能實現(xiàn)預期功能，造成各設備或能源子系統(tǒng)孤島式運行，發(fā)揮不了多元互動的全局優(yōu)化潛力。因此，綜合能源系統(tǒng)的設計不是一蹴而就的，需要綜合能源系統(tǒng)頂層設計與工程設計的多輪迭代，這種多行業(yè)融合的規(guī)劃、設計、優(yōu)化的難度目前還是比較大的。
圖3 智慧能源綜合服務的發(fā)展趨勢示意
2）綜合能源服務的一個趨勢就是借助信息流改造能量流，或稱為信息技術(shù)給能量系統(tǒng)賦能，是基于能源大數(shù)據(jù)技術(shù)的。除了海量歷史數(shù)據(jù)的支撐外，大數(shù)據(jù)最明顯的特征就是需要面向用戶的個性化設計，并不能想當然地照搬一些工程設計或者經(jīng)驗范式，直接給用戶上能源管控平臺（即所謂的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺），并沒有搞清楚平臺的管控落地各末端設備調(diào)控約束條件以及數(shù)據(jù)感知質(zhì)量的問題，導致不能管理和控制的綜合能源服務失效的結(jié)局，更不要說能源增值服務了。另外，能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的全息感知、精準調(diào)控的傳感器、變頻或調(diào)解設備以及管控平臺未必見到很“便宜”，有的項目往往這塊還是投資的大頭。因此，需要在做好用戶畫像的基礎上，綜合運用物理驅(qū)動專業(yè)技術(shù)團隊和數(shù)據(jù)驅(qū)動的大數(shù)據(jù)學習技術(shù)，抓住主要變量和主要矛盾，或許分層、分塊到全局管控，才能為用戶做好一個合格的定制化綜合能源服務，不然會導致綜合能源服務解決方案全鏈條的失靈。
3）工業(yè)余熱動力回收作為一個常見的綜合能源服務的領域，余熱余壓回收的TRT技術(shù)和余熱鍋爐汽輪發(fā)電技術(shù)在玻璃、鋼鐵、水泥、化工中高溫余熱回收上發(fā)展已經(jīng)比較成熟，而如今的余熱動力回收領域的綜合能源服務實際上面臨更低品位余熱回收與利用的挑戰(zhàn)。根據(jù)卡諾循環(huán)基本原理，驅(qū)動熱源溫度越低，動力循環(huán)的平均蒸發(fā)溫度越低，在余熱酸露點的下限約束下，余熱回收動力循環(huán)的效率和節(jié)能空間是很小的（即輸出功率降低），加上中低溫余熱動力循環(huán)受膨脹機的技術(shù)約束（比如小功率有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)高效低成本長壽命的膨脹機還不成熟），相對于中高溫余熱回收，當前中低溫余熱動力回收設備的投資是比較高昂的，導致綜合能源服務轉(zhuǎn)型商給出的中低溫余熱回收的技術(shù)路線的熱經(jīng)濟性往往具有挑戰(zhàn)性，投資回收期一般都較長。進而，需要做好余熱品質(zhì)、中低溫動力循環(huán)、廠內(nèi)上游工藝聯(lián)動的系統(tǒng)分析，方能給出具備商業(yè)價值的綜合能源服務余熱回收的解決方案。
4）不同能源鏈上的相關企業(yè)都瞅準了新基建下的智慧能源綜合服務，一個重要的趨勢就是打造物理資源融合的綜合能源新模式，比如多桿合一、多站融合等等。但是，這些類型的綜合能源服務業(yè)態(tài)目前多是一些在“規(guī)?！睂哟蔚奈锢碣Y產(chǎn)的集成耦合，而新基建的特征之一就是“數(shù)字經(jīng)濟”，物理資產(chǎn)融合下多桿合一、多站融合所具有的“數(shù)據(jù)賦能”的潛力還基本沒有挖掘出來，因此“數(shù)字技術(shù)”難以激發(fā)能源及資源的整合的價值，這也正是下階段的重點任務。如此，再加上多行業(yè)壁壘下商業(yè)模式的障礙，進而，綜合能源服務重資產(chǎn)的投資是存在可能的，甚至不良資產(chǎn)的形成。因此，盡可能地提高設備的全生命周期利用率以及設備數(shù)據(jù)服務能力，這將是智慧能源綜合服務開展過程中的關鍵之一。
圖4 國內(nèi)外綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃商業(yè)工具（部分總結(jié)）
5）清潔供暖作為智慧能源服務的一個重要內(nèi)容，電網(wǎng)企業(yè)、五大四小正在布局清潔供暖業(yè)務，特別是便捷、智能、綠色、低碳的“電采暖”技術(shù)路徑。不過，僅就分散式的家庭型的居民場景而言，電采暖的技術(shù)路徑就包括電熱泵（空氣源、水源、地源等）和電熱膜（有機材料、無機材料等）的主要方式。其中，空氣源熱泵能效高，但是能效受應用場景的氣候工況變化較大，投資也稍高，以對流為主的傳熱方式對人體的舒適度不是很好。而電熱膜能效雖然較空氣源熱泵低，但是電熱膜能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)空間的快速、均勻升溫，并且與溫度控制器、智能管控具有更好的互動響應，綜合能效也不差，特別是基于無機半導體材料的“智慧之熱”技術(shù)，能夠建筑材料高度一體化，實現(xiàn)低投入、長壽命、高效率、快響應、高智能和精細化采暖。但是相對于清潔煤以及燃氣集中供熱，兩者的規(guī)模化都面臨著配網(wǎng)改造、主網(wǎng)擴容、投資成本高、運行費用高的限制。因此，需要在高比例清潔電力低成本供應或交易的前提下，因地制宜、深入調(diào)研，特別是氣候過渡帶及南方地區(qū)的電采暖技術(shù)，全面系統(tǒng)分析電采暖的技術(shù)可行性及商業(yè)模式的臨界價值，才能有效布局，在電采暖的綜合能源服務中占據(jù)比較優(yōu)勢。
4. 小結(jié)
當前，智慧能源綜合能源服務挑戰(zhàn)與機遇并存，原始創(chuàng)新與集成創(chuàng)新并存，物理驅(qū)動與數(shù)據(jù)驅(qū)動相互融合，不確定性與確定性并存。綜合能源服務的參與者需要有全面、辯證和長遠的眼光去看待智慧能源的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，全面把握智慧能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的未來趨勢基本面，梳理辨識自身綜合能源服務的精準場景，并做好智慧能源綜合服務的短期、中期、長期的發(fā)展規(guī)劃。同時，不管是所謂的風口導向、基因?qū)?，還是理想導向的綜合能源服務轉(zhuǎn)型商，其轉(zhuǎn)型都離不開專業(yè)的人才隊伍、系統(tǒng)化思維、創(chuàng)新意識以及過硬的關鍵技術(shù)的融合。
綜合能源服務不是簡單粗糙地把技術(shù)從場景A搬到場景B，需要多專業(yè)扎實、深度的交叉和創(chuàng)新。我們也應該相信，經(jīng)過技術(shù)與市場的雙輪驅(qū)動，在洞察綜合能源服務新技術(shù)新模式新特征的基礎上，綜合能源服務生態(tài)參與者應根據(jù)自身技術(shù)特征，量體裁衣、精準卡位，以用戶為中心，刻畫用戶畫像，就能打造具備競爭力和生命力的綜合能源服務的商業(yè)模式，實現(xiàn)企業(yè)綜合智慧能源的健康可持續(xù)發(fā)展，共創(chuàng)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的沃土。
5. 致謝
感謝中國博士后科學基金課題（2019M660634）、電力系統(tǒng)國家重點實驗室課題（SKLD19KZ03）、國家社會科學基金重大項目（19ZDA081）的資助。本文部分內(nèi)容及觀點發(fā)表于《能源》、《風能》雜志，可參見。
