6月15日，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布“數(shù)字新基建”十大重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)，其中，智慧能源綜合服務(wù)作為十大重點(diǎn)任務(wù)之一，實(shí)際上也是全能源行業(yè)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。當(dāng)前，智慧能源綜合能源服務(wù)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。因此，本文就智慧能源綜合服務(wù)的新技術(shù)、新模式、新特征進(jìn)行梳理和辨識(shí)，闡述了智慧能源服務(wù)的基本內(nèi)涵、外延和分類，歸納了當(dāng)前智慧能源服務(wù)的數(shù)十項(xiàng)新技術(shù)、新業(yè)態(tài)及其新特征。最后，針對(duì)智慧能源綜合服務(wù)的幾個(gè)典型場(chǎng)景，嘗試揭示智慧能源綜合服務(wù)的“機(jī)遇”及“挑戰(zhàn)”，以供智慧能源綜合服務(wù)生態(tài)的參與者在實(shí)操中參考。
1. 能源互聯(lián)網(wǎng)下的智慧能源綜合服務(wù)內(nèi)涵與外延
現(xiàn)階段，我國(guó)社會(huì)的主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿嗣袢找嬖鲩L(zhǎng)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(huì)性需求和心理性需求。能源作為人類社會(huì)的血脈和基礎(chǔ)，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(wù)，就是為生產(chǎn)生活提供更加高效、清潔、經(jīng)濟(jì)、智慧、舒適、個(gè)性的能源解決方案，“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”（簡(jiǎn)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(wù)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(wù)，可稱為智慧能源綜合服務(wù)或叫綜合智慧能源服務(wù)，簡(jiǎn)稱綜合能源服務(wù)（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(wù)的新智慧。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)外智慧能源綜合能源服務(wù)的生態(tài)來看，我國(guó)綜合能源服務(wù)的市場(chǎng)潛力在數(shù)萬億元以上，以智慧能源綜合服務(wù)為代表的能源互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)全面進(jìn)入“實(shí)操”的階段，講概念的階段已經(jīng)過去，實(shí)操階段講究的是項(xiàng)目規(guī)劃、接入以及運(yùn)行過程中綜合效益的挖掘和落地。從本次國(guó)網(wǎng)公司發(fā)布的數(shù)字新基建——智慧能源綜合服務(wù)的重點(diǎn)任務(wù)可以看出，國(guó)網(wǎng)公司的綜合能源服務(wù)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(chǎng)景的能效服務(wù)。
全能源服務(wù)生態(tài)來看，綜合能源服務(wù)可分為圍繞綜合能源系統(tǒng)產(chǎn)生的基本供能服務(wù)與多元增值服務(wù)，如圖1所示。同時(shí)，綜合能源服務(wù)也可區(qū)分為廣義綜合能源服務(wù)和狹義綜合能源服務(wù)。其中，凡是涉及到能源多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)“基本能源服務(wù)”以及“多元增值服務(wù)”其中任一環(huán)節(jié)的，都屬于廣義綜合能源服務(wù)的范疇（英文為：comprehensive energy service）。因此，在綜合能源服務(wù)的必然發(fā)展趨勢(shì)下，與能源投資、工程、服務(wù)和平臺(tái)相關(guān)的企業(yè)都在向綜合能源服務(wù)轉(zhuǎn)型。但是，不得不提的是，狹義綜合能源服務(wù)（英文為：integrated energy system）在物理上強(qiáng)調(diào)總能系統(tǒng)能的梯級(jí)綜合利用、在平臺(tái)上強(qiáng)調(diào)信息流改造能量流、在商業(yè)模式上強(qiáng)調(diào)能源的開放共享，總的是以提高能源服務(wù)系統(tǒng)全生命周期、能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境多維度綜合效益為目標(biāo)的綜合能源及能源綜合服務(wù)。
大體上，我國(guó)綜合能源服務(wù)還處于初級(jí)階段，多元主體合作與競(jìng)爭(zhēng)的態(tài)勢(shì)明顯。一方面，在綜合能源服務(wù)領(lǐng)域，傳統(tǒng)物理機(jī)制的能源解決方案正在與數(shù)字驅(qū)動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)主體的綜合能源服務(wù)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(duì)于傳統(tǒng)節(jié)能服務(wù)，現(xiàn)階段綜合能源系統(tǒng)既有新的對(duì)象的產(chǎn)生，以及相應(yīng)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(duì)傳統(tǒng)能源服務(wù)的升級(jí)改造。但是，綜合能源服務(wù)的業(yè)態(tài)林林總總，很多綜合能源服務(wù)公司仍存在分不清、看不明綜合能源服務(wù)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(wù)關(guān)鍵技術(shù)中迷茫。
因此，總結(jié)凝練綜合能源服務(wù)當(dāng)前新技術(shù)、新模式的新特征，辨識(shí)當(dāng)前綜合能源服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)及業(yè)態(tài)，有助于厘清綜合能源服務(wù)的內(nèi)涵外延，有助于科學(xué)面對(duì)當(dāng)前綜合能源服務(wù)的挑戰(zhàn)，有助于企業(yè)精準(zhǔn)卡位，避免盲目進(jìn)入粗糙發(fā)展而形成不良資產(chǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)向智慧能源綜合服務(wù)的健康轉(zhuǎn)型，這正是本文的出發(fā)點(diǎn)。
圖1 智慧能源綜合服務(wù)的業(yè)態(tài)示意
2. 當(dāng)前智慧能源綜合服務(wù)的新技術(shù)、新模式、新特征
從多目標(biāo)優(yōu)化的角度來講，能源系統(tǒng)的基本目標(biāo)就是不斷逼近“滿足支付能力”、“維持安全可靠”、“達(dá)到低碳清潔”的能源不可能三角的目標(biāo)。“互聯(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(guó)能源供應(yīng)與消費(fèi)的“能源三角目標(biāo)”，是助推能源“四個(gè)革命、一個(gè)合作”的重要理念和技術(shù)。如今，我國(guó)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(dòng)對(duì)能源的“社會(huì)性需求”和“心理性需求”。
綜合能源服務(wù)是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源服務(wù)末端細(xì)胞。相較于傳統(tǒng)的節(jié)能服務(wù)或能效服務(wù)，當(dāng)前電動(dòng)汽車的規(guī)?；瘧?yīng)用、分布式能源的遍地開花、新能源微電網(wǎng)的建設(shè)、眾多產(chǎn)消者的出現(xiàn)、儲(chǔ)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(yīng)用，以及云大物移智鏈等互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和思維的大眾化趨勢(shì)，還有智慧城市和新基建的建設(shè)，給當(dāng)前能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)下，我國(guó)綜合能源服務(wù)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(shí)體到虛擬、從粗放到精細(xì)、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(jìn)行新特征的示意區(qū)分，對(duì)于某一的綜合能源服務(wù)，以上特征都互有交叉且多重并舉，或僅適用于某種固定場(chǎng)景或業(yè)態(tài)，也是在能源互聯(lián)網(wǎng)新趨勢(shì)下對(duì)傳統(tǒng)能源服務(wù)的繼承與創(chuàng)新。
3. 智慧能源綜合服務(wù)——挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存
總的來看，我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)目前還處于初級(jí)階段，作為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要業(yè)態(tài)，綜合能源服務(wù)的發(fā)展也是一個(gè)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(dāng)前，綜合能源服務(wù)百花竟放、百家爭(zhēng)鳴的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的營(yíng)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(chǎng)之手和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勝劣汰，逐漸走向更加成熟的綜合能源服務(wù)的高級(jí)階段。如圖3所示，目前綜合能源服務(wù)生態(tài)圈開放共享，但是綜合能源服務(wù)也是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的戰(zhàn)場(chǎng)。因此，需要從業(yè)者具有敏銳的綜合能源服務(wù)的嗅覺、深入現(xiàn)場(chǎng)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(wù)關(guān)鍵技術(shù)以及商業(yè)模式上的全面把握與定制化設(shè)計(jì)。
實(shí)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(jī)制以及專業(yè)壁壘的強(qiáng)大障礙。同時(shí)，基于綜合能源系統(tǒng)多專業(yè)交叉的綜合能源服務(wù)必然難度更大，綜合能源服務(wù)也不是簡(jiǎn)單地把某個(gè)技術(shù)從場(chǎng)景A搬到場(chǎng)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(bǔ)集成優(yōu)化綜合能源系統(tǒng)理論上具有很好的熱經(jīng)濟(jì)性，但其頂層設(shè)計(jì)或系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)際上是很復(fù)雜的、門檻也較高的，需要在負(fù)荷預(yù)測(cè)、邊界條件、政策解讀以及多專業(yè)協(xié)調(diào)都比較恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)上，離不開智能算法、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)對(duì)多變量、非線性、強(qiáng)耦合問題的求解。如圖4所示，我國(guó)在該領(lǐng)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(dāng)前能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化求解的熱點(diǎn)之一。而且，如果沒有對(duì)用戶現(xiàn)場(chǎng)特征以及系統(tǒng)各設(shè)備單元能量轉(zhuǎn)換特性以及運(yùn)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(dǎo)致理論策略難以與工程實(shí)際配合，進(jìn)而設(shè)備利用率低以及經(jīng)濟(jì)性差；要么因?yàn)閿?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(tái)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，造成各設(shè)備或能源子系統(tǒng)孤島式運(yùn)行，發(fā)揮不了多元互動(dòng)的全局優(yōu)化潛力。因此，綜合能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不是一蹴而就的，需要綜合能源系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的多輪迭代，這種多行業(yè)融合的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、優(yōu)化的難度目前還是比較大的。
圖3 智慧能源綜合服務(wù)的發(fā)展趨勢(shì)示意
2）綜合能源服務(wù)的一個(gè)趨勢(shì)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(gè)性化設(shè)計(jì)，并不能想當(dāng)然地照搬一些工程設(shè)計(jì)或者經(jīng)驗(yàn)范式，直接給用戶上能源管控平臺(tái)（即所謂的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)），并沒有搞清楚平臺(tái)的管控落地各末端設(shè)備調(diào)控約束條件以及數(shù)據(jù)感知質(zhì)量的問題，導(dǎo)致不能管理和控制的綜合能源服務(wù)失效的結(jié)局，更不要說能源增值服務(wù)了。另外，能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的全息感知、精準(zhǔn)調(diào)控的傳感器、變頻或調(diào)解設(shè)備以及管控平臺(tái)未必見到很“便宜”，有的項(xiàng)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(chǔ)上，綜合運(yùn)用物理驅(qū)動(dòng)專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)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(gè)合格的定制化綜合能源服務(wù)，不然會(huì)導(dǎo)致綜合能源服務(wù)解決方案全鏈條的失靈。
3）工業(yè)余熱動(dòng)力回收作為一個(gè)常見的綜合能源服務(wù)的領(lǐng)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(dòng)力回收領(lǐng)域的綜合能源服務(wù)實(shí)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(dòng)熱源溫度越低，動(dòng)力循環(huán)的平均蒸發(fā)溫度越低，在余熱酸露點(diǎn)的下限約束下，余熱回收動(dòng)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(dòng)力循環(huán)受膨脹機(jī)的技術(shù)約束（比如小功率有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)高效低成本長(zhǎng)壽命的膨脹機(jī)還不成熟），相對(duì)于中高溫余熱回收，當(dāng)前中低溫余熱動(dòng)力回收設(shè)備的投資是比較高昂的，導(dǎo)致綜合能源服務(wù)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(jì)性往往具有挑戰(zhàn)性，投資回收期一般都較長(zhǎng)。進(jìn)而，需要做好余熱品質(zhì)、中低溫動(dòng)力循環(huán)、廠內(nèi)上游工藝聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)分析，方能給出具備商業(yè)價(jià)值的綜合能源服務(wù)余熱回收的解決方案。
4）不同能源鏈上的相關(guān)企業(yè)都瞅準(zhǔn)了新基建下的智慧能源綜合服務(wù)，一個(gè)重要的趨勢(shì)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(wù)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(jì)”，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(jià)值，這也正是下階段的重點(diǎn)任務(wù)。如此，再加上多行業(yè)壁壘下商業(yè)模式的障礙，進(jìn)而，綜合能源服務(wù)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(shè)備的全生命周期利用率以及設(shè)備數(shù)據(jù)服務(wù)能力，這將是智慧能源綜合服務(wù)開展過程中的關(guān)鍵之一。
圖4 國(guó)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(wù)的一個(gè)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(wù)，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(chǎng)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(jī)材料、無機(jī)材料等）的主要方式。其中，空氣源熱泵能效高，但是能效受應(yīng)用場(chǎng)景的氣候工況變化較大，投資也稍高，以對(duì)流為主的傳熱方式對(duì)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(dòng)響應(yīng)，綜合能效也不差，特別是基于無機(jī)半導(dǎo)體材料的“智慧之熱”技術(shù)，能夠建筑材料高度一體化，實(shí)現(xiàn)低投入、長(zhǎng)壽命、高效率、快響應(yīng)、高智能和精細(xì)化采暖。但是相對(duì)于清潔煤以及燃?xì)饧泄?，兩者的?guī)模化都面臨著配網(wǎng)改造、主網(wǎng)擴(kuò)容、投資成本高、運(yùn)行費(fèi)用高的限制。因此，需要在高比例清潔電力低成本供應(yīng)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(jià)值，才能有效布局，在電采暖的綜合能源服務(wù)中占據(jù)比較優(yōu)勢(shì)。
4. 小結(jié)
當(dāng)前，智慧能源綜合能源服務(wù)挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，原始創(chuàng)新與集成創(chuàng)新并存，物理驅(qū)動(dòng)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)相互融合，不確定性與確定性并存。綜合能源服務(wù)的參與者需要有全面、辯證和長(zhǎng)遠(yuǎn)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(shì)基本面，梳理辨識(shí)自身綜合能源服務(wù)的精準(zhǔn)場(chǎng)景，并做好智慧能源綜合服務(wù)的短期、中期、長(zhǎng)期的發(fā)展規(guī)劃。同時(shí)，不管是所謂的風(fēng)口導(dǎo)向、基因?qū)?，還是理想導(dǎo)向的綜合能源服務(wù)轉(zhuǎn)型商，其轉(zhuǎn)型都離不開專業(yè)的人才隊(duì)伍、系統(tǒng)化思維、創(chuàng)新意識(shí)以及過硬的關(guān)鍵技術(shù)的融合。
綜合能源服務(wù)不是簡(jiǎn)單粗糙地把技術(shù)從場(chǎng)景A搬到場(chǎng)景B，需要多專業(yè)扎實(shí)、深度的交叉和創(chuàng)新。我們也應(yīng)該相信，經(jīng)過技術(shù)與市場(chǎng)的雙輪驅(qū)動(dòng)，在洞察綜合能源服務(wù)新技術(shù)新模式新特征的基礎(chǔ)上，綜合能源服務(wù)生態(tài)參與者應(yīng)根據(jù)自身技術(shù)特征，量體裁衣、精準(zhǔn)卡位，以用戶為中心，刻畫用戶畫像，就能打造具備競(jìng)爭(zhēng)力和生命力的綜合能源服務(wù)的商業(yè)模式，實(shí)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(guó)博士后科學(xué)基金課題（2019M660634）、電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題（SKLD19KZ03）、國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金重大項(xiàng)目（19ZDA081）的資助。本文部分內(nèi)容及觀點(diǎn)發(fā)表于《能源》、《風(fēng)能》雜志，可參見。
