能源互联网是解决当前能源系统问题、推动能源系统变革的智慧综合能源系统，对提高可再生能源比重、促进化石能源清洁高效利用、提升能源综合效率具有重要意义。
城市是能源变革的主战场，汇聚了全球50%人口的城市地区创造了80%的全球GDP、消费了75%的全球自然资源和80%的能源供应，产生了约75%的全球碳排放。
从世界范围内来看，智慧城市发展存在多方面的探索，但就能源角度来看，基本都停留在智慧能源城市即“新能源”城市的认识层面，更深入的城市智慧能源系统研究与设计基本处于空白。从国内来看，中国智慧城市建设偏重城市的信息化升级，而忽略了作为城市发展核心基础的能源子系统的规划建设，同时也缺少从城市整体角度去综合考虑城市能源系统的发展视角。
从城市智慧能源系统建设推进细节来看，整体架构、信息化平台、新业态新模式等关键要素及各要素间关系尚不明确，一定程度上阻碍了能源互联网和城市智慧能源系统的建设推进。本文尝试对能源变革下城市智慧能源系统的整体概貌和关键要素进行分析展望，以期对未来城市智慧能源系统建设、升级、改造提供参考。
城市能源变革国际经验与启示
从世界范围内来看，欧美等发达经济体在城市能源变革方面进行了初步探索，重点解决城市能源系统自身发展，能源系统与生态环境之间、能源系统与城市升级之间协调发展存在的系列问题(见表1)。
结合国际经验和中国发展实际，推进城市能源变革应当从八方面着手。
一是加强能源、生态环境与城市协同发展。将能源规划、生态环境规划充分纳入城市发展规划当中，以统一发展视角确立城市发展的目标、模式、路径等。
二是重视能源系统顶层规划与设计，实现有序发展。通过专业资源评估、规划等形成科学发展基础，引导可再生能源资源有序开发，推进源-网-荷-储协调发展。
三是加快能源体制改革，促进互补增效。通过推行PPP、混合所有制等方式，打破能源系统条块分割局面，以多能互补促进综合能效提升。
四是积极发挥市场的高效配置作用，降低需求波动并提升灵活性资源利用水平。建立多层次能源市场，通过灵活的价格实现需求侧高效管理、有效引导灵活性资源参与系统调节;建立污染权/碳交易市场，实现生态环境约束下的经济高效发展。
五是以电为核心、电网为平台，促进可再生能源开发利用和经济高质量发展。通过科技、管理、业态等创新，提升电网对可再生能源广泛、高效配置能力;以电气化增强终端能源的能量密度和稳定性，支撑经济持续增长。
六是重视信息基础设施建设，将综合能源服务平台作为城市能源系统的重要建设内容。通过加强能源数据的采集、分析和共享，打通各方参与通道，共同提升能源服务水平。
七是推行多样化管理模式，破除发展惯性。以政策法律为保障，形成合理发展预期;以财税、价格等经济激励手段打破发展惯性，加速能源转型;建立和实行强制性/自愿性能效标准，挖掘各方优化潜力。
八是创新合作模式，建立能源产业大生态。以政府或龙头企业为核心，依托“双创”战略，推进政产学研金深度合作，促进技术、业态等创新。
城市智慧能源系统顶层设计
1、总体图景描述
(1)以“两个替代”实现城市能源绿色化和高效化发展。源端清洁替代，以城市分布式可再生能源就地开发及远距离大规模可再生能源输入为主，以天然气、地热、生物质等其他能源形式开发为辅，清洁能源逐步替代其他能源形式;用端电能替代，以电代油、以电代煤，电能逐步替代其他能源形式。
(2)能源系统各类元素深度融合互动，以微网形式实现能源按需转换和多能协调互补。结合区域能源资源及能源需求情况，将分布式可再生能源发电/制热、小型冷热电三联供、小型地热、燃料电池、P2G、储热/储冷/储气/储电、智能家居、智能建筑、充电桩等各要素有机结合，形成微网并统一控制，实现网内电、气、热、冷等多种能源形式间的按需转换和协调互济。
(3)跨领域技术深度集成融合。在多能协同领域，重点开展能源路由器、虚拟发电厂、基于新理论和新材料的储能及可再生能源发电技术、多能流能量管理、柔性直流、交直流混联等技术研究;在物理信息融合领域，重点开展NB-IoT、LoRa等低功耗低成本物联网技术、SDN网络、确定性网络等网络安全技术、智能传感等技术研究;在系统运营领域，重点开展人工智能、机器人、大云物移、多能交易、区块链等技术研究。
(4)依托已有电网设施，建立与城市其他子系统间的紧密联系，实现能源调度、数据共享、能源交易、应用接口、集中展示等功能。升级电网已有设施，实现数据采集源网荷储全覆盖和安全可靠传输，基于海量数据资源池实现数据共享、集中展示功能，通过人工智能和大数据分析，实现能源优化调度。
(5)以用户为中心，激发新业态、新模式、新应用，形成城市能源商业生态系统。以市场为导向、客户为中心，广聚参与主体，开展商业模式创新，形成涵盖能源生产、输送、交易、利用全链条，包含系统优化与运维、综合解决方案提供、数据管理、应用开发、金融服务等关键业态的城市能源商业生态系统。
2、政策机制
城市智慧能源系统作为新兴产业，其发展初期需要创新体制机制，解决产业发展中存在的系列问题，扶持产业快速健康发展。
一是制定差异化的财税政策，提高企业参与积极性;二是构建市场进入退出机制，对不同层次的能源互联网参与主体实行差别化准入机制，保证市场活力并确保能源安全;三是构建城市现货、期货等能源市场，建立市场价格形成机制，建立“市场主导、政府指导”价格调节机制。
除此之外，需要建立双创、风投及产业基金机制、市政综合管理机制、政产学研金用媒协作机制、数据开放共享机制等。
城市智慧能源系统发展路径
城市智慧能源系统的发展大致将经历图1所示的3个阶段。
(1)示范阶段。选取新增园区开展综合示范工程建设。依托园区管委会，引导各方积极参与。以用户痛点问题为出发点，制定综合解决方案，并在此过程中探索切实有效的技术应用方案、管网整合方案、利益分配方案等。
(2)经验推广阶段。总结增量园区建设经验，提炼出面向智慧能源系统的合理规划运行方法、组织管理架构、投融资模式、政策机制等。主动为存量客户推介改造方案，以经济效益吸引客户参与，实现增量带动存量发展。同时，在存量改造过程中不断积累解决存量优化问题的新经验。
(3)优化完善阶段。当园区级智慧能源系统达到一定规模后，建立城市综合能源管理平台，实现城市级管理。根据城市发展定位及特点，确定城市能源变革的分阶段目标，同时对城市能源变革所处进程进行量化评估，准确掌握城市能源变革所处的发展阶段，与分阶段目标进行对比，对于不符合阶段目标定位的城市智慧能源系统进行优化调整。
图1 城市能源变革整体路径示意
