能源互联网支撑智慧城市发展

 张世翔，苗安康

 (上海电力学院，上海200090)

摘要：智慧城市是信息时代城市发展的新形态，基于全面感知、宽带互联和智能应用，创造人性化的管理与服务．能源互联网是由互联网与新能源技术整合而形成的新型能源体系。能源互联网在实现信息技术和能源技术融合的同时．为能源的可持续发展提供了有效支持，为智慧城市的建设提供了良好支撑。在阐述智慧城市发展阶段和历程以及能源互联网发展缘起和特点的基上，梳理了能源互联网与智慧城市间密切的关系．总结了能源互联网在智慧城发展中各领域的应用，并对能源互联网支撑智慧城市发展进行了具体分析。

关键词：能源互联网：智能电网：智慧城市

O引言

 人类社会发展的结果必然是城市化。随着社会经济的迅猛发展．城市开始面临来自各方面的挑战：人口过度扩张、交通拥挤、环境污染严重、资源消耗大等问题．严重制约了现代社会和城市建设的快速、稳定、健康发展。在此情况下，智慧城市开始受到人们的关注。智慧城市是充分利用信息技术促进城市健康发展的先进运行模式，在整合社会资源、促进产业升级、加快经济转型等方面都具有重要意义。

 基于互联网思维的“能源互联网”是特高压电网、泛在智能电网和清洁能源的融合，是电网、物联网、互联网相融合形成的社会公共服务平台。能源互联网作为一种新型能源管理理念而引起各界的关注．有效地将能源互联网与智慧城市相结合．是能源互联网构建与智慧城市建设需要解决的重要问题。能源互联网是从能源的生产、输送、配给、转化和消耗等方面构建一套完整的未来能源体系，把能源与互联网进行融合，对解决城市问题．促进智慧城市的建设和发展具有重要意义。

 本文从能源互联网支撑智慧城市的发展人手，使智慧城市具有互联、感知、智能、人性的特点，为城市的可持续发展提供有力的支撑。

1  智慧城市发展阶段与历程概述

1.1  智慧城市内涵及其特征

 所谓智慧城市，就是利用现代化的信息和通信技术，实现对城市运行中核心系统的感知、测量、分析、整合，从而对人民生活、公共安全、城市服务、商业发展、环境保护等各种需求进行智能化的反应。智慧城市的概念最早源于“智慧地球”．即在各个行业发展巾实现对新一代信息技术的应用．通过将感应器植入和装备在全球的各个角落，以实现社会发展中诸如电网、铁路、隧道等物体的连接，形成地球“物联网”。再经过物联网和互联网的整合发展．让人们更好地对生活和生产进行动态化、精细化的管理，即智慧管理状态。

 智慧城市建设是一项系统性的工程，涉及基础设施智能化、能源利用高效化、城市管理科学化、公共服务精益化等多个方面；这些功能的简单叠加并不是智慧城市，通过系统性的融合与创新．达到城市可持续发展的日的才是真正的智慧城市：智慧城市是为实现城市的感知化和智能化，利用新一代信息网络技术，将城市巾的信息、物理、能源等基础设施紧密连接起来，并涵盖安全可靠、绿色环保、经济高效、友好协作、可持续发展等内涵的城市。1.2智慧城市发展历程与阶段分析

自2009年起，智慧城市成为中国城市转型发展的承接点，得到了政府的重视．经过这几年的努力，智慧城市的初级形态逐渐形成。2013年，中同确定智慧城市技术和标准试验点城市．即济南、青岛、合肥、武汉、深圳等在内的20座基本试点城市。在2014年8月29日印发的《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》巾提出建设智慧城市的要求，具体要求国家各部门全面落实意见中提到的各项任务，并要在2020年建设一批具有特色的智慧城市，以提升智慧城市的综合竞争力和社会影响力。智慧城市的发展可归结为4个阶段，如表1所示。

  欧洲的智慧城市建设值得世界上其他城市学习。欧洲城市人口稠密，交通完善，较多白行车和步行投入，重视低碳与可持续发展。而且，欧洲更致力于建没可持续性更强的智慧城市。例如，世界上第一个铺开4G移动电信新标准的城市斯德哥尔摩。2006年开始投资电子政务与数字化服务，从而大规模削减了管理成本。斯德哥尔摩开发了一套道路收费系统，采集行驶车辆数据，按时间段收税。系统实时监视城市交通状况，帮助司机掌握交通路况，减少交通堵塞，提高公共交通工具的使用率、减少环境污染。2010年，斯德哥尔摩成为第一个被授予欧盟绿色首都的城市。斯德哥尔摩也是唯一符合世界卫生组织推荐的空气污染的严格标准的全球性城市。

2能源互联网概述

2.1  能源互联网的内涵及其特征

 2016年1月5日，《能源互联网行动计划》已向国家有关部门送审，构建开放共享的能源互联网体系成为大势所趋。运用先进信息技术、智能管理技术和电力电子技术的能源互联网．将大量分布式能量的采集和储存装置以及各种类型负载所构成的新型电力网络、天然气网络、石油网络等能源节点互联起来，以实现能量双向流动、交换、共享。能源互联网是以智能电网为基础，通过连接各种发电设施、用电终端以及分布式电源系统而形成的一种智能化、互动化的能源网络，并在和互联网理念融合的基础上形成的能源电力新常态。能源互联网具有可再生、分布式、互联性、开放性、智能化等五大特征。

2.2  能源互联网特点及发展阶段

能源互联网是在智能电网基础上对各种电源和负荷转化设备的纳入，它具有集中式和分布式相结合、系统化和局部化相结合的网络结构特征。通过对网络和智能电源的互动，来促进对多种形式能源的利用，最大限度促进清洁能源的发展。能源互联网实现了互联网和其他信息通信技术的结合，并通过相关功能平台的建设．有效地提升了系统智能化的水平，为社会的发展创造r新的价值。能源互联网能够在互联网的思维理念下形成一种新的能源系统，通过双向互动和资源优化配置，满足能源使用者的需求，并促进能源新商业模式的发展。能源互联网的发展阶段及特点如表2所示。

2.3能源互联网与智慧城市

智慧城市是一个可持续发展的城市．是通过对其资源的优化管理为居民提供高质量生活的城市。在这样的城市，由于能源系统的复杂性，能源管理是最棘手的问题，也是需要关注和努力并致力于解决的问题。智慧城市与能源互联网在内涵、技术构架、面临的挑战等诸多方面都有共性，正是这些共性的存在把能源互联网与智慧城市紧密地联系起来，使其成为命运共同体。智慧城市的发展要多结合信息资源、科学合理的使用各种能源，尤其是可再生绿色能源。当前，中国能源资源分布不均、电力需求发展不平衡，可再生能源应用的关键瓶颈是不能有效并入智能电网．有相当一部分风电、光电没有发挥用处，弃风弃光现象严重，造成了能源的极度浪费。为了解决这些问题．以特高压电网为骨干网架、并与天然气网络、能源传输网络、可再生能源收集网络等协调发展为“主下网”的能源互联网，把一个集中式的、单向的电网，转变成了能让更多消费者参与互动的能源网。能源互联网可以实现就地收集、储存、使片，有效解决城市巾的能源危机与安全问题．支撑智慧城市的发展。图1展示了能源互联网支撑下的智慧城市框架。

发展智慧城市首先要解决城市能耗与排放问题．能源互联网能够提供城市充电桩运营、企业用能监测自主能耗管理、整体与定点用能分析与咨询等服务，满足企业、政府多方能耗管理与监管需求。能源互联网带来的低碳、节能、环保、绿色、健康可持续恰恰是智慧城市建设中的重要组成部分，所以能源互联网和智慧城市是相互影响、相互促进、共同发展、密不可分的共同体，图2是能源互联网与智慧城市的关系，这是构建能源互联网与建设智慧城市所不可忽视的。

2.4典型案例分析

 符合能源互联网与智慧城市理念的天津中新生态城是目前全世界范围内覆盖面积最大、建设功能最齐全的综合示范工程，涵盖了发电、输电、变电、配电、用电、调度等电力系统生产全过程以及通信信息网络平台，包括分布式电源接入、微电网及储能系统、智能小区、智能园区、电动汽车、智能变电站、配电自动化、智能营业厅等12个子项，构建了优质清洁、安全可靠、高效互动的能源供应体系和服务体系，是能源互联网与智慧城市的紧密结合的综合示范工程。该工程缓解了石化能源供需紧张、单一煤炭发电的局而和应对气候变化的压力，使智慧城市更清洁。形成新型供用电关系，改变以往被动用电的模式，与电网企业实现实时互动，  创造舒适、安全、便捷、高品位的生活环境；使运行成本大幅降低、峰谷差缩小、电网的冗余建设投资减少，提高电网设备的经济运行效率，提升了企业形象。天津中新生态城工程能复制、能推广、能实行，为能源互联网、智慧城市建设积累经验。

 中新生态城工程实施后，生态城供电可靠性达到99.999%．电压合格率提高到100t70，平均停电时问由原来的20.7 min缩短到5.26 min．居民用电的可靠性和生活品质提升。中新生态城智能小区和电力光纤到户实现用户与电网的双向互动，支撑三网融合，实现智能家居的自动控制，让生活更便捷、更经济。智能园区能源利用效率极大提高。中新生态城永定洲电动汽车充电站满足生态城内电动汽车快、慢速充电的需求，充电桩、充电站、换电站等设施也为电动汽车的发展提供了基础保障。各种新技术的应用，使智慧城市居民享受到了高科技发展带来的便利。

3智慧城市发展中能源互联网的推动作用分析

  在能源和电力需求增长的驱动下，电网经历了南传统电网到现代电网，从孤立城市电网到跨区、跨国大型互联电网的跨越式发展，进入了以坚强智能电网为标志的新阶段。坚强智能电网将向全球广泛互联方向加快发展，构建能源互联网，为社会发展提供更安全、更经济、更清洁、更持续的能源。智能电网是能源互联网的基础，智慧城市的发展需要智能电网的支撑。

3.1  智能小区领域的运用

 2010年．随着智能电网的发展，中国电网企、业逐渐将智能电网推进小区建设。2013年，逐渐在北京、河北等地建设了32个智能小楼，使电力用户不用出门就可以实现普通电力业务的办理。同时．还能加强用户对用电常识的了解，促进智能化生活的实现。

图3展示了能源互联网支撑下的智能小区，提出了能源互联网支撑智慧城市智能小区建设所应包含的内容。

3.2智能园区领域的运用

 智能园区是智慧城市的重要表现形态。2011年，中国电网企业下达了3个智能园区试点建设工程计划，曰的是通过智能园区的建设为工业园区的管理、工业聚集、产业研发提供科学的管理方式，实现信息技术与企业的管理相融合．并从节能和管理方面引导用户改变传统的用能方式，有效提升终端能源的使用效率，实现社会发展的节能减排任务。能源互联网的高效性和可控性能够促进清洁能源和电力资源的综合结合．实现对资源的优化配置和利用。能源互联网在智能园区的运用主要体现在建立园区信息通信系统和加强智能同区管理系统的开发，通过对用电信息数据的采集、分析为电力公司的发展提供广泛优质的服务，促进园区电网能源使用的优化配置，提升能源的利用效率。

3.3  电动汽车领域的运用

智慧城市的发展离不开电动汽车，电动汽车技术需要能源互联网的支撑。能源互联网思维下．4个轮子加一部电脑是电动汽车理念和技术创新所在。目前能源互联网在电动汽车领域的运用主要表现为电动汽车充换电设施的建设，即根据电动汽车的实际发展，实现对电网资源的充分利用．消纳不能并入电网的清洁能源，并在统一规范、统一标志、安全可靠的原则之下，以集中式充电和统一配送为思路，实现充电服务体系的网络化建设，以此打造先进的电动汽车智能充换电服务网络。电动汽车充电换电设施是集中了充电站、换电站、电池配送站和交流站为一体的网络管理服务平台。通过该平台对电动汽车充电没施、电动车电池运行状态、电量信息等方面信息的获取、分析和处理，选择用电低谷期进行充电蓄能服务．加强对电网负荷发展曲线的优化改进，减少无序充电对电网的损害，以提升设备的利用率．从而为电动汽车的充电和运行提供安全可靠坚实的保障。图4为能源互联网在智慧城市各领域的应用。

4能源互联网建设对智慧城市发展的支撑作用分析

4.1  能源互联网建设对智慧城市的贡献

 能源互联网对智慧城市的贡献主要是能源互联网能加速经济发展模式的转型，实现了产业的节能健康发展，创造了新型的产业，并加速了经济结构的转变，为城市提供了更坚实可靠的能源基础：能源互联网的建设也加强了高新电子类产品和新型电气化设备在其产业的使用，促进了互联网智能电能的发展，并在具体的企业生产中通过以电代煤、以电代油等技术的转换与应用，逐渐提高，电能在终端能源消费中所占的比重，促进了智慧城市的深入进行：能源互联网的建设和发展提升了城市信息化的发展水平，并推动了“三网联合”的发展，积极打造了多个城市公共网络平台：不仅如此，能源互联网的建设还能够实现对社会环境和生产环境的改善，提升能源资源的利用率，并能在很大程度卜减少能源的消耗，减轻碳的排放。

4.2能源互联网对智慧城市发展的支撑

能源互联网对智慧城市的支撑主要体现在促进城市绿色发展、实现城市用电安全可靠、构建城市的神经系统、并带动相关企业发展以及丰富城市服务内涵等方面。能源互联网在经济、能源以及民生等方面显示出了自己的价值，能够在生活和生产等多个领域来支撑智慧城市智能化建设．用户可通过图5能源互联网云平台满足自己的需求。

4.2.1  能源互联网对智慧城市绿色发展环境的支撑

 清洁能源是能源互联网的重点。将清洁能源以各种形式接入到电网中，并选择适当的清洁能源进行并网工程建设，为智慧城市建设发展提供源源不断的绿色动力支持，增强清洁能源在所有能源之中的比重。加强对微电网接入的运行控制，微电网系统适合建设在具有分布式电源、电能质量可靠、安全性较高的区域。电动汽车的快速发展．在很大程度上降低了城市交通发展对化石能源的依赖和消耗，实现了对C02排放的控制。电动汽车充电设施建设也是能源互联网发展中重要的内容．结合区域推广的车型，因地制宜地进行充电站建没。实现清洁能源和充电设施的连接，实现清洁能源和电动汽车的互动，建设一个能够集合能源供给、消耗、综合利用为一体的多用性示范工程，提升智慧城市建设的社会示范效果，推动智慧城市的普及发展，形成具有地域特色的绿色智慧城市建设。

4.2.2能源互联网对智慧城市用电安全可靠环节的支撑

 能源互联网构建过程中需要加强储能系统、柔性输电、智能变电站、输变电设备监测、配电自动化、网络调控的一体化等方面的建设，以支撑智慧城市安全可靠用电。储能系统能够对风能、太阳能等能源的发电系统功率波动情况进行控制，进而减少间歇式能源对电网稳定性的影响，实现清洁能源的安全应用。要在富集风能和太阳能的区域建设储能系统，并加强对该系统的技术支持和网络管理。随着经济发展，城市对电的使用量加大．电力负荷不断增长，紧密的城市电网架构，导致电压支撑不足、短路电流巨大的情况发生。需要采用柔性的方式进行输电，从电网的输电能力、供电安全保障水平等方面提升电网的运行能力。智能变电站是提升智能电网性能的关键设施，是电网采集信息和命令的主要执行部分，具有结构紧凑、使用寿命长、布局合适、节能环保的特点。在特定的区域要进行智能变电站建设。根据不同的区域和用户需要，并在经济适用原则的支持下，选择简易型、实用性和标准型的模式实现配电的自动化发展，突出其使用功能，实现对配电网络运行的实时监控和远程操控，并在此基础上加强对电网作业的管理和应用分析。

4.2.3能源互联网对智慧城市构建神经系统环节的支撑

 能源互联网需要在加强对用电信息的采集、实现电力光纤到户、智能配用电一体化等方面支撑智慧城市的神经系统。通过信息采集分析实现对用户负荷、电量以及电压等基础信息数据的准确获取．为企业对用电的经营管理环节提供分析和决策支持。电力光纤到户是实现三网融合的基础性设施．是电力通信网络的重要组成部分，在选定的区域内．对新建的小区进行电力光纤到户建设，从而实现电力的全面覆盖。智能平台的建设不仅能够支持电网自动化的传输，还能促进用电系统的信息采集发展，在选定的区域配用通信平台的建设，实现各种用电网络信息的交互。

4.2.4  能源互联网对智慧城市相关产业发展的支撑

 智能家居能够实现智能电网和电力用户之间的及时交流和联系，提升电网的综合服务能力，满足不同用户的使用需求，实现对电能的科学合理利用。利用能源互联网加强智能家居建设，能够为人们提供更多的信息交流功能，提升人们对家居生活的满意度，为人们带来高效、节能、环保、舒适的生活方式。能源互联网带来多样化的增值服务，新型的商业模式，促进了智慧城市的发展。

5结语

 能源互联网实现了多种能源资源的优化配置．具备坚强可靠、经济高效、清洁环保、灵活互动、友好开放、健康可持续等性能，符合智慧城市对能源的需求。目前对能源互联网的研究仍处于初级阶段，对多种能源的优化和控制以及能源和信息技术的融合等方面存在一些不足。需要有关人员加强对能源互联网的深入研究，从而更好地促进智慧城市的建设发展。