【城市能源产业技术洞察】城市能源技术发展八大趋势

编者按：国网（苏州）城市能源研究院城市能源产业技术中心以城市能源关键应用技术为基础，系统梳理综合能源服务技术体系，积极开展行业用户级综合能源服务整体解决方案研究，统筹整体策划、概念设计、项目可研、技术经济分析等方面打造重点行业示范项目，研发推广相关核心技术产品，支撑城市能源院产业孵化业务发展。本专栏将围绕城市产业技术关键问题，从理论研究、模型方法和应用场景等方面展开，结合相关成果和研究思考与读者进行交流分享。

文章导读：能源变革大势已定，能源技术的转型升级迫在眉睫。城市作为能源消费的终端与各能源系统集成点，既是创意诞生的源头，也是检验技术的标准。城市必然会根据自身发展目标，为能源技术的发展提需求、指方向，让能源变革真正落地。

城市能源技术发展八大趋势

执笔人：陈辉、殷俊平

国网（苏州）城市能源研究院

城市智能电网

       智能电网技术是智慧城市的重要组成部分。

      “智能、绿色、集约、宜居”的建设目标，对智慧城市的电网技术创新提出了更高更紧迫的要求。同时，我国正处于社会经济快速发展时期，预计2020年中国装机容量和用电量都将在2010年的基础上翻一番。因此，电网发展必须坚持“坚强”与“智能”并重，二者缺一不可，需同步建设、同时推进。

      智能电网关键技术涵盖电源、电网、用能、信息融合等多个领域，包括以清洁能源集中开发、分布式发电等为重点的电源技术，以特高压输电、柔性输电、直流电网、海底电缆、微电网、大电网运行控制技术等为重点的电网技术，以储能技术、电动汽车、定制电力技术、智能电器技术等为重点的用能技术，以物联网技术、大数据、云计算、信息通信技术等为重点的信息融合技术等。

      这些技术的研究进展和应用前景，与智慧城市发展紧密相关，对智能电网支撑智慧城市发展具有重要意义。预计到2020年，分布式发电和用能技术逐渐成熟并规模化发展，储能也将在十年内迎来关键技术突破和示范应用。届时，原先“刚性”的系统变得“柔性”起来，电网运行安全性、经济性、灵活性也将大幅提高。

能源电力物联网

      有别于现有智能电网，能源电力物联网可以通过多能协同，实现整个能源系统的互联、互通与互补。能源转换技术（如热电联产、冷热电联供、吸收式制冷、热泵、电采暖、电制氢等）的发展，为多能协同提供了物理基础。各种传感通信技术的发展，可以实现不同能源系统的信息共享，为能源的协同运行提供了技术支撑。

      小到社区能源电力设备故障诊断，大到建筑群能源电力综合管理乃至城市重要能源电力管线运行与安全监控，能源电力物联网可以为多种智慧能源电力应用场景提供基础数据连接，实现智慧能源系统市场化、高效化、清洁化开发应用。能源电力物联网的发展将颠覆现有能源电力体系，同时催生新兴商业模式和机遇不断涌现。

      随着行业应用的逐渐成熟，能源电力物联网未来将会以泛在连接为基础，充分利用边缘计算、机器学习来发挥能源电力数据的价值，能够有效整合通信基础设施资源和电力系统、燃气、热等基础设施资源，使信息通信服务于多能源系统的运行，有效地为能源网络中的各个环节提供重要的技术支撑，提高多能源系统信息化水平，从而改善现有能源电力系统基础设施的利用效率，促进能源电力高效利用。

负荷资源利用与需求响应

       需求侧智慧用能管理是区域能源互联、互动的有效途径，也是综合能源系统中重要一步。

      如何充分挖掘综合能源背景下多类负荷联合调控潜力，实现本地风光出力的精准消纳，实现灵活用电资源配置，是负荷管理与需求侧响应亟待解决的问题。

      传统意义上，区域调度中心作为区域电网的统筹者，负责采集电网的运行状态、新能源出力变化等信息，判断是否有需要进行负荷调控，按照区域电网优化目标制定区域调节信号，并给负载聚合商下达调整指令。

      而在新的环境下，负载聚合商将作为一个新的角色参与到智能电网系统结构中来，利用专业化的负荷资源整合手段来提供需求响应资源。随着广域测量系统技术的跟进和通信技术的逐步发展，聚合商可充分获取负荷侧资源信息，将分散负荷资源聚合，实施集中化实时调度。一方面，聚合商可充分发挥聚合负荷群响应容量大、响应快的特点，对电网需求进行响应，达到稳定负荷曲线的作用，另一方面，聚合商通过对负荷群的优化控制，为电网多场景需求提供调控资源，完成区域供需平衡目标。

用户侧储能

       用户能源消费的实质是以电能为核心的多种能源类型的转换。

      电能作为一种经济实用、清洁且容易控制的能源形态，已经深入到社会生产各个部门当中，同时，电网供电的可靠性对于用户很重要，电网停电可能给用户带来巨大经济损失，储能单元在电网架构中将承担越来越重要的角色。

      用户侧储能的特点与用户的用能需求密切相关。为了提高用电的可靠性，对电力供应的可靠性要求特别高的单位(例如医院、银行以及高档商业大楼和宾馆等）都有可能根据需要建设自己的储能系统。为了降低用能成本，也已经有用户侧储能项目应用于工商业企业，为了实现不间断供电，促进分布式可再生能源的消纳，微网用户也成为储能系统的受众。

      在技术路线选择上，钠硫电池安全性缺乏保障，飞轮储能维护比较复杂困难，超导储能和超级电容器均受限于材料科学发展，而铅炭电池、小型压缩空气储能、锂离子电池等便于安装，维护简单，有较大应用前景。所以，目前适用于用户侧的储能技术主要为电化学储能，其他形式的储能技术尚不具备商业应用的前景。

氢能

       氢能可广泛应用于燃料电池车辆、发电、储能。

      作为清洁的二次能源，氢能具有可规模化储存的特性，其广泛应用可部分替代石油和天然气，成为能源消费的重要组成部分，对应对气候变化和保障能源供应安全等具有一定的支撑作用。氢能产业链主要包括氢的制取、储存、运输和应用等环节。氢既可广泛应用于传统领域，又可应用于新兴的氢能车辆以及氢能发电。

      为加快发展我国的氢能产业，相关城市与企业应依据目前的资源条件和能源产业状况，在加强氢安全的基础上，积极推行氢源多元化及氢能多元化和规模化应用。

      除了利用富余风电、水电、光化学制氢，减少对清洁能源的浪费外，还可以充分利用中国丰富的煤炭资源。煤化工产业经过多年的研究开发，已具备良好的规模和经济发展状态，若将煤制氢与煤制油、煤化工产品等生产环节紧密结合、综合利用，可获得经济、丰富的氢源。我国的炼油、化工产业以及工业含氢排放气，也是重要的氢气来源。

      当前氢能产业亟待解决的另一个关键环节是储氢。目前，高压及钢瓶压力储氢难以满足能源系统中氢能大规模应用的需求。相比之下，固态储氢凭借其安全稳定的储氢能力，是未来极具潜力的储氢方式。

绿色交通

       车用能源已经成为城市能源消耗的重点领域。

      当前我国城镇交通正处于快速机动化过程，汽车保有量增幅过快导致石油消费快速增加、交通拥堵并加剧城市空气污染。调整城市交通结构，大力发展公共交通，降低人均能耗和人均排放是发展城市绿色交通的关键措施。

      推进绿色交通能源系统既是节能减排的必然要求，也是构建现代能源互联网的重要抓手。随着绿色交通能源系统与电动汽车用户以及停车、出行等领域的相互信息共享与融合程度加深，绿色交通能源体系积累的数据量和数据价值将有显著提升，对于智慧城市的建设具有重要意义，将成为未来智慧城市重要的数据引擎之一。

      未来，绿色交通能源系统发挥价值的关键在于把众多分散且特性各异的充换电设施通过互联网有效整合起来，并深入对接停车、出行、商业等领域需求，其业务架构将具有显著的互联网平台特征。

绿色建筑

       城市化对于能源的巨大消耗，使得社会对绿色建筑的重视程度不断提升。

      截至2016年底，我国已选定4500多个绿色建筑评估认定项目，全国城镇累计建设绿色建筑面积12.5亿平方米。到2020年，50%的新住宅建筑将符合绿色建筑标准，我国市场将逐步进入大规模发展时期。

      自2006年至今，国家共出台十部绿色建筑评价国家标准。近年来，上海、浙江、江苏等地陆续出台了绿色建筑发展三年行动计划，加快绿色建筑的评价体系建立和技术推广。

      主动、系统化的建筑节能，包括了设备系统节能、绿色照明和运营管理优化。从设计之初即开始结合区域特色和当地气候条件，逐步优化低能耗技术的使用，充分利用可再生能源。除了节能，绿色建筑还需要节水、节地和节材。节水与水资源利用的设计原则与概念是自给自足，争取零排放，充分利用天然雨水、再利用再生水达到节约资源的目的，并保护环境。

      建筑材料的生产和制造过程中由于消耗了电力、煤、石油、天然气等能源，会排放出大量的二氧化碳。按照我国的建设水平，每平方米建筑物消耗的能源可用于生产50-60公斤的钢和0.2-0.23吨的混凝土，具有很大的节能潜力。

智能制造与城市能源

      我国智能制造起步较晚，但近年来，智能制造处在政策风口,正迎头赶上。

      近年来，国家不断完善发展智能制造的产业政策，从《智能制造装备产业“十二五”发展规划》、《智能制造科技发展“十二五”规划》到《中国制造2025》再到《智能制造“十三五”发展规划》的发布，都是以发展先进制造业为核心目标，为实现制造强国规划路径。目前，我国智能制造产业体系已逐渐成形，2016年工业自动化控制系统和仪表仪器、数控机床、工业机器人等部分装备产业规模销售收入已超过10000亿元，还取得了机器人技术、感知技术、智能信息处理技术等技术突破，建立了一批国家级研发基地，但一些关键性技术仍旧依赖于进口，自主创新能力还较弱。

      智能制造需经历自动化、信息化、互联化、智能化四个阶段，对应着智能制造体系核心环节的不断成熟。智能制造产业范围囊括汽车制造、能源生产、能源管理等多个工业领域。智能汽车集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，成为推动我国智能制造领域发展的重要力量；锂电池、光伏等新能源产业天生具备智能发展的“基因”，其智能化、数字化转型已经启动；能源智能管理针对不同行业、不同企业提供个性化的能源管理方案，将在生产过程中持续优化资源利用，最终降低能源消耗，减少排放。

专家介绍

陈辉，国网（苏州）城市能源研究院能源产业与国际合作研究所副所长。从事配电网、综合能源服务等方面研究。

殷俊平，国网（苏州）城市能源研究院城市能源产业技术中心研究员。从事用户级综合能源服务、建筑暖通技术等方面研究。

团队简介：城市能源院坐落于江苏省苏州市高新区科技城，由国家电网有限公司和苏州市人民政府联合出资组建，2017年8月正式挂牌成立，是中国首个城市能源研究院。目前已获得国家科技型中小企业、省级研发机构认定、省高新技术企业入库。

      城市能源院作为国家电网公司建设“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”的重要单元，紧紧围绕国家电网公司党组部署的“高端智库、技术研发、市场示范、产业孵化、国际合作”五大职能定位，充分发挥“高端智库平台、产业孵化平台、国际合作平台”三大平台优势，通过不断推进跨界发展、创新发展、协同发展，为服务国网公司战略落地实施作出独特贡献。坚持在国际合作的背景下，城市能源院以建设“高端智库驱动型的能源产业创新孵化平台”为核心，成为城市能源变革整体解决方案的战略倡导者、规划引领者、实践推动者。

      城市能源院自成立以来，积极探索实践“四个革命、一个合作”能源战略思想在城市全面落地，承担中国科学院、国家能源局、国家科技部、国家自然科学基金项目等多项国家级重大课题。牵头编制《苏州建设国际能源变革发展典范城市创建方案》。支撑国网公司综合能源服务顶层设计研究和国网江苏电力综合能源服务业务发展战略研究。联合德国能源署、国网欧研院开展同里新能源小镇综合能源系统规划。“城市能源优化利用实验室”获得国家电网公司培育类实验室命名。与东南大学共建创新联合体，设立研究生工作站获省教育厅批复；与苏州大学合作课题被省科技厅推荐为江苏省产学研合作成功案例。出资参股国网江苏电力设计咨询有限公司，提升建设城市能源革命整体解决方案核心能力。承接苏州广电传媒广场智慧管控平台建设项目，促成苏州广电大楼获得省内首个LEED铂金级认证。成功承办“第三届国际能源变革论坛—城市和区域能源转型分论坛”，发布首份《中国城市能源报告》，与中国能源报合作创办首个《中国城市能源周刊》，打造“城市能源”高端论坛，持续提升社会影响力和品牌美誉度。

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：许晓艳

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