能源是人类社会生存的基础，由于Kaiyun体育官方网站 开云登录网站石油、煤炭等化石燃料是不可再生能源，并且在其使用过程中会造成环境污染，因此提高能源利用率、增加可再生能源的使用已成为解决当前能源问题和环境问题的必然选择。打破各个能源系统之间单独设计、单独运行的运营模式，对不同的能源系统进行统一优化设计、协调优化运行，构建统一的能源系统，是促进能源领域变革、解决能源问题的有效手段[1~3]。
在能源问题和环境问题日益突出的压力下，各种能源系统新技术的研究受到了高度关注。美国于2007年颁布了能源独立和安全法，智能电网被列入美国国家战略，目标是基于新型信息技术建设安全可靠、投资低、效能高和能够灵活应变的智能电力系统；2009年加拿大国会通过了能够推动新型能源网发展相关研究的报告，未来将构建能够覆盖加拿大全境的新型社区能源网络，以实现2050年温室气体的减排目标和解决能源问题；欧洲是最早提出综合能源系统的地区，多能源协调优化的研究在欧盟第五框架中被置于显著位置，在欧盟第六框架和第七框架中，能源网和多能源协调优化的研究工作得到深化，实施了智能能源（intelligentenergy）、泛欧网络（trans-Europeannetworks）和微网与多微网（microgridsandmoremirogrids）等项目；2011年，德国在经济与技术部和环保部的领导下，每年投入3亿欧元，从能源供应链和产业链的角度实施对多能源系统网络的优化。
近年来，我国对“互联网+智慧能源”相关技术的发展给予了高度重视。2015年7月发布了《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，把“互联网+智慧能源”列为重点行动领域之一[4]。在全国“十三五”能源规划工作座谈会中强调，“十三五”期间，要着力推进能源系统优化，实施电力和天然气调峰能力提升、分布式能源和智能电网发展、“互联网+智慧能源”等行动计划，显著提高能源系统的智能化水平和运行效率。2015年4月，国家能源局组织召开能源互联网会议，提出制定“能源互联网行动计划”。国内相关研究机构和制造商正加紧探索智慧能源系统或能源互联网技术的研究与实践，并取得了一系列成果。
智慧能源系统的核心都是希望通过先进能源技术的应用，提高能源的利用效率和清洁化水平，满足多元化的能源供应需求。本文针对需求侧智慧能源系统的特点、关键设备和技术、产业发展模式、发展前景等方面进行了介绍和展望。
需求侧智慧能源系统属于局域能源系统，是通过对区域或用户能源的生产?传输、分配?转换?存储?消费等环节进行有机协调与优化后所形成的能源产供销一体化系统。它是多种能源互联互通的新型能源系统，将电?热?冷?气等各种能源通过各类能源转换器实现物理上的连接与交互，是多种能源高度耦合的能源资源利用和能量循环系统[1~3]。具体来说：①区域级智慧能源系统由区域智能配电系统?中低压天然气系统?供热/冷/水系统等供能网络耦合互连组成，起到能源传输?分配?转换?平衡的“承上启下”作用，能源系统之间存在较强耦合关系；②用户级智慧能源系统以用户智能用电系统?分布式/集中式供热系统?供水系统、储能系统等耦合而成，不同类型能源间存在深度耦合关系，用户级智慧能源系统又可称为微能源网，区域级智慧能源系统内可含有众多的微能源网。
分布式发电设备一般指容量较小的分散布置在用户附近的发电设备，包括微型燃汽轮机、燃料电池、可再生能源发电系统（如风机和光伏）等[5]。一般具有效率高、体积小、污染少、运行维护简单等特点。
能源存储设备不仅包含储电系统（如电池储能、超级电容器储能、压缩空气储能、飞轮储能等）[6]，还包含储热、储气等设施。储气技术主要有储气罐储气、管道储气等，而储热技术包括显热存储、相变储热、化学反应热存储等[7]。未来天然气固态
不同能源系统之间需要能源转换设备，使得电、气、热等能量可以在彼此之间相互转化，增加可选择的能源供给方式，提高能源供给的经济性、可靠性。具体能源转换方式主要有：电–气之间转化、电–热之间转化、气–热之间转化等。需求侧智慧能源系统中的能量存储和转化示意图，如图2所示。
（powertogas，P2G）、微型燃气轮机、燃料电池等。P2G电转气设备是在电负荷低谷或可再生能源出力
高峰期利用富余的电能电解水制氢气的设备，氢气可以储存或输送，在用户端可以通过燃料电池利用氢气发电和冷/热供应。
电–热转化技术设备主要是指电热水器、空调等，正处在研究阶段的基于热耦合效应的新型电池是新兴的电–热转化设备，它能利用低温热量进行发电。
燃气锅炉是天然气系统与热力系统的重要转化设备，能够将天然气中的化学能转化为热量，向用户供热。
传统的电力、热力和天然气输配都通过彼此独立的系统进行。为提高能源输配效率，实现多种能
能源互联器将电能、化学能和热能在同一装置中进行长距离传输，包含一个中空的电导体，电导体外侧有天然气等化学物质，原理如图3所示[8]。电导体中产生的热损失被部分地存储在传输介质中，这种热量可以在线路的末端被回收；气流也起到冷却电导体的作用。其特点是：①适用于多种能源的互联互通，有较强通用性；②简化了能源网络和能源终端设施的布局，为终端多种能源耦合组件的能量来源提供便捷。
能源集线器是典型的能源分配设备，一种典型形式如图4所示[8]。其特点是：①多种能源的输入输出关系可通过耦合矩阵进行标准化描述；②可针对不同的应用场景，构建模块化的物理系统，实现复杂耦合系统的标准化配置和管理。
智能计量表具备远程/本地通信、双向计量、多种价格计费、实时数据交互、能量质量监测、远程断供、与用户互动、自动抄读等功能[9]。以智
能电表为基础构建的智能计量系统能够满足分布式电源与负荷运行管理、电力市场交易、电网调度等方面的要求。
传统传感器已形成一套成熟的理论和技术，如电感式传感器和压电式传感器等。而一些新型传感技术，如光纤传感器、电荷耦合元件（CCD）传感器等，近些年发展较快，多数技术指标优于传统的传感器，体积小、功能强，具备耐高压、抗电磁干扰等优点，具有广泛的应用前景。
智慧能源系统的关键技术包括规划设计技术、信息保障技术、运行优化技术、弹性强化技术、用户侧资源优化利用技术等。
规划设计目标是在满足差异化用户供能可靠性要求的前提下，科学地配置分布式能源类型及容量，设计能源配送网络拓扑结构等。核心技术包括优化规划设计方法、综合评价指标体系及规划设计支持系统[10,11]。在考虑电/气/冷/热负荷的用户需求差异性和时空分布特性的基础上，充分挖掘和利用不同能源间的互补替代能力，是区域级智慧能源系统规划设计的主要工作。区域级智慧能源系统规划设计需要考虑各种时空场景下系统调控策略，以获取系统更为全面的运行场景信息；需充分研究系统内不同环节和设备在不同场景下的特性，以获取不同运行模式下的运行约束；在统一考虑系统设计方案的能源利用效率、安全性、用户舒适性、经济性和社会效益等因素基础上，建立系统优化设计模型；在考虑全生命周期设计理念的基础上，综合系统不同运行阶段特征，采用多场景协同优化分析方法实现问题的求解。
输源 智慧能源系统中能量流动链的信息流是相互联出 通的，不同层级能源系统间的信息通信与态势感知热 技术、互联信息保障技术是海量数据环境下系统经济运行的重要基础[12]。信息保障技术旨在实现系
冷 统各环节之间的高效信息通信与交互共享，实现从产能到用能的全过程实时信息采集、传输与存储。随着能源物联网技术和信息物理系统技术的发展，信息网将与物理能源网实现深度融合，从而为系统
提供更加信息化、数字化、透明化的运行环境。多源信息融合的系统态势感知技术旨在利用同步量测、负荷Kaiyun体育官方网站 开云登录网站特性、运行状态、预测及风险评估等信息，实现系统的主动控制、管理、服务，是智慧能源系统运行状态优化和其他高级应用的基础。
智慧能源系统中各种能源耦合度高，通过不同能源的互补和梯级利用，能够实现系统能效的提升，运行优化控制技术是实现这一目标的关键。对智慧能源系统进行运行优化需要考虑多种约束条件，在多种目标间寻求平衡，如图5所示。运行优化过程实际是对多种能源的综合调度过程，与电力系统中的机组组合优化和优化调度类似，不同之处在于需要考虑的目标函数和约束条件更为复杂[13,14]?在运行优化时，需要平衡多种利益关系、考虑更多因素的影响，例如需要平衡系统运行的经济性与安全性之间的矛盾；需要平衡
智慧能源系统是一个高维?多时间尺度?高度非线性和随机性的复杂动力系统，其弹性主要指系统对高风险、小概率扰动事件的抵御能力，强调在面临无法避免的扰动时能有效利用各种资源灵活应对，维持尽可能高的运行水平，并迅速恢复系统性能[15,16]。反映系统弹性特征的指标包含鲁棒性、冗余性、有源性和敏捷性等方面[17,18]。鲁棒性描述系统承
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