PREFACE
前言
能源是人类社会活动的基础和保障，能源行业的新旧动能转换，关系到人类社会的可持续发展。当前能源供给侧的清洁替代、能源消费侧的电能替代，正逐步形成以电、热、气、氢等能源多能互补与综合供应的新态势和以低碳高效为主导的能源发展格局。同时，以数字化为代表的科技革命和产业革命，赋予能源系统数字化转型新的生产力，“互联网+”智慧能源的生态正在形成。能源互联网、虚拟电厂、综合能源系统、泛能网、多能互补、新型电力系统等与“综合智慧能源”密切相关的新技术、新业态、新模式遍地开花，综合智慧能源相关业态遍布能源开发、输电配电、石油石化、电动汽车、新能源、城市燃气、信息通信等行业，跨界创新、多元融合已经成为综合智慧能源的发展共识，“共建、共享、共治、共赢”综合智慧能源的生态建设正在全球上演。
综合智慧能源作为新型能源系统的有机分子，是实现能源低碳转型的重要抓手和必然选择。近年来，综合智慧能源及其服务在理论、技术、业态和模式上不断创新、初见成效，我国综合智慧能源领域的公司市值及参与数量均呈现出指数级增长。2022年，我国综合能源服务公司的市值已逾万亿元，仅仅名称包含综合能源的企业就达2100多家，其中不仅包括国家电网、南方电网、五大发电集团、BAT及新能源的知名企业，还包括很多与能源相关的民企。同时，随着以“双碳”目标为代表的可持续发展的演进，综合智慧能源将迎来巨大的市场。国家政府部门也陆续颁布了数十项关于加快发展综合能源服务的政策文件，数十所高校已开展综合智慧能源相关人才培养或者课程建设，综合智慧能源的理论体系建设取得了长足的发展。
我国综合智慧能源目前还处于初级阶段，本书通俗地称之为“1.0版本”的综合智慧能源，初级阶段侧重于异质能源在不同环节的综合化，但这种综合目前从市场角度来看可能还是比较简单的“外延式求和”。我国综合智慧能源与综合智慧能源的全局“内涵式优化”的理想效益之间还存在不小差距，这反映在一些工程出现经济效益欠佳、系统只监非控等问题上。进入碳中和的新发展格局后，“2.0版本”的综合智慧能源正在成长，信息流赋能能量流的智慧化态势正在形成，“十四五”将是“2.0版本”综合智慧能源内涵式发展的重要时期。因此，系统掌握综合智慧能源的理论体系、市场发展与业态场景，将是综合智慧能源人才培养的核心，也是综合智慧能源实现高质量规模化发展的关键所在。如此，泛在综合智慧能源将构成能源互联的“星链”网络，综合智慧能源“1+1＞2”的全局优化潜能将被彻底激活。
理论和实践证明，综合智慧能源有助于可再生能源的消费、系统综合能效的提升及能源的安全经济运行，但其面临多专业知识交叉、系统技术路径复杂、多主体利益博弈的难点和挑战，专业领域学生、工程技术人员、管理咨询工作者经常会面临对综合智慧能源内涵外延认识不全面、产业态势理解局限、规划调度优化理论缺失、商业模式储备不足、产研协同能力不够的问题。因此，本书采用宏观介绍与微观分析相结合的方法，完成涵盖综合智慧能源“产、学、研、用、金、政”等维度的12章内容，并取名为《碳中和与综合智慧能源》，意在作为综合智慧能源的工具书，尽可能地为读者展示综合智慧能源的内在逻辑、外在特性及产业发展，其中既包括读者关心的综合智慧能源理论研究与产业信息，也包括与综合智慧能源相关的实操性系统规划流程、优化步骤及案例程序。
具体地，本书第1～6章以能源革命作为开头，论述了当前能源系统发展的新趋势——综合智慧能源，然后依次从综合智慧能源的内涵外延与发展历程、关键技术与典型形态、科学研究与产业发展、科技成果与国内外案例等方面介绍了综合智慧能源的“前世与今生”。综合智慧能源的关键是如何实现多能源互补、多设备耦合、多主体参与下的“1+1＞2”，这正是与传统独立分供能源系统的规划调度方法存在差异的关键所在。因此，本书第7～11章分别从综合智慧能源的规划方法和软件工具、关键设备和模型、优化评价指标等方面系统阐述了综合智慧能源规划的一般流程与步骤，并给出了两个综合智慧能源系统规划案例及一个综合智慧能源工程设计案例。本书第12章初步给出了当前我国综合智慧能源“三元驱动”的体系架构，以及“物理驱动”“数据驱动”“模式驱动”的理论基础，以为我国综合智慧能源的落地提供理论体系。
本书各章内容安排如下：
第1章：能源、能源革命与综合智慧能源时代。本章首先介绍了能源在量与质、不确定性、开发利用等方面的基本属性及其开发利用特点，并以能源革命为主线，分析了能源与经济和环境的协同关系。其次，介绍和揭示了数字化与互联网对能源技术和系统发展的影响，指明了综合智慧能源时代的到来。最后，论述了综合能源系统的发展阶段、关键技术及典型形态，阐述了综合智慧能源发展的时代背景及必要性。
第2章：综合智慧能源的高级形态——能源互联网。本章汇总了不同领域学者对综合智慧能源的高级形态——能源互联网的定义，从熵的视角系统论述了能源互联网倡导的信息流赋能能量流的基本架构与理念，揭示了熵理论视域下的能源互联网提质增效机制，并以国家首批能源互联网示范工程为例论证了熵理论视域下的能源互联网提质增效机制。
第3章：能源互联网的科学研究及产业发展。国家自然科学基金作为自选命题的基金项目，可充分反映我国科研工作者对相关领域的自由研究与探索，因此本章以国家自然科学基金的申报数据为基础，介绍了当前能源互联网发展的最新前沿动态及研究机构分布。同时，多维度分析了我国能源互联网发展的政策环境及产业态势，揭示了能源互联网的企业数量分布、企业特征及生态布局。
第4章：综合智慧能源科技成果一览。科技成果是申报国家、地方及行业科技奖项的重要材料，是评定科研人员科研能力和研发水平的重要依据，因此本章摘录了能源互联网、综合能源、多能互补方面15个综合智慧能源典型业态的最新科技成果，并对这些科技成果的问题背景、关键技术、创新点及理论和实践价值进行了系统分析。
第5章：综合智慧能源典型工程——国内案例。为清晰展示我国综合智慧能源的发展，本章收集了十几个国内综合智慧能源的典型工程，并将这些典型工程归纳为园区级综合能源系统、新能源微电网与智慧能源、源网荷储友好互动与多能互补三类，同时对各典型工程的建设背景、建设内容、关键技术和推广价值进行了分析。
第6章：综合智慧能源典型工程——国外案例。本章意在展示国外综合智慧能源的典型工程，因而选取了德国、日本、美国和丹麦的一些典型综合智慧能源应用案例展开分析，以反映近些年不同国家和政府对综合智慧能源的关注方向与应用进展，同样对各典型工程的建设背景、建设内容、关键技术和推广价值进行了分析。
第7章：综合能源系统规划方法及工具。本章将综合能源系统规划分为勾勒蓝图型、指导建设型、测算指标型和政企谈判型，按照确立目标、能耗分析、资源评估、建模求解、方案比选的流程对综合能源系统规划进行了展示，并对国内外数十款综合能源系统规划软件进行了详细介绍。
第8章：综合智慧能源系统的关键设备。本章一方面对综合智慧能源系统“源、网、荷、储”等环节的设备的能量转换特性进行了灰色建模分析，包括风力发电、光伏发电、天然气发电、余热发电等常见的能源设备；另一方面，对综合智慧能源系统的热力、电力及联合仿真求解方法进行了介绍。
第9章：综合智慧能源评价指标。本章从“能源不可能三角”的视角出发，分别从能源利用效益、经济社会效益、环境友好效益和综合智慧效益4个维度提出了综合智慧能源的几十种评价指标，给出了综合智慧能源系统规划调度常用的多属性评价方法及多目标优化方法，并对多属性评价方法的权重确认方法进行了介绍。
第10章：综合智慧能源系统规划优化案例。为揭示综合智慧能源的理论规划方法及流程，本章列举了综合智慧能源规划调度的两个经典案例并给出了具体的操作流程，一是为实现分布式综合能源系统内部中低温余热高效利用及系统可持续性评价，本章提出了基于能值理论、经济和环境的计及余热回收的低碳分布式综合能源系统架构及其可持续性评价方法；二是展示了基于纳什议价的共享储能能源互联网络双目标优化，并以1个共享储能运营商和4个分布式冷热电能源系统的模式为例进行了分析。
第11章：综合智慧能源工程设计案例。本章以华东电力设计院总承包的上海某工业园区综合智慧能源系统实际工程为例，介绍了综合智慧能源典型工程的设计过程，从设计院工程设计的角度给出了综合智慧能源从顶层设计到施工过程的衔接，为两个环节提供参考。
第12章：综合能源服务的市场态势、体系架构及政策分析。首先，在系统梳理我国2100余家综合能源服务企业的发展态势与业态特征的基础上，提出了综合能源服务“三元驱动”的体系架构，以及“物理驱动”“数据驱动”“模式驱动”的理论基础，完善了我国综合能源服务的理论体系。其次，梳理了综合能源服务最新国家政策，从产业生态、关键技术及典型场景等方面对我国“双碳”愿景下综合能源服务的发展提出了几点建议。
不同于一些偏重于综合智慧能源规划调度的理论知识的书籍，本书更希望能够给读者一个系统的、全面的认知。首先，本书力图从各维度全面展示综合智慧能源的“过去、现在和将来”，希望能够为综合智慧能源领域“产、学、研、用、金、政”的从业者、研究者、咨询者、规划者提供一面综合智慧能源的“镜子”，努力成为一本科普工具书。其次，本书在内容上理论与实践相结合，由浅入深，首次揭示了综合智慧能源的基金申请、科技成果、典型工程及产业发展格局，提供了综合智慧能源规划调度的典型案例和步骤。
本书编写过程中参考了清华大学能源互联网创新研究院《能源互联网产业发展白皮书》、中国电力技术市场协会综合智慧能源专业委员会A6《综合智慧能源优秀项目案例集》等书籍与资料，在此一并致谢。同时，感谢清华大学社会科学学院能源转型与社会发展研究中心、《综合智慧能源》期刊编辑部、《全球能源互联网》期刊编辑部、Plaza综合能源服务产业网。
综合智慧能源的内涵与边界将随着其业态的成熟而不断清晰，当前“2.0版本”的综合智慧能源的神秘面纱正逐步被揭开，诸多相关书籍、报告已对其有一些阐释，诸多精彩之处值得学习。但由于编者水平有限，书中难免存在一些不妥之处或问题，恳请读者多提意见。因出版规范原因，书中所参考或引用的一些参考文献未能列出，如有不妥之处，请随时与编者联系。
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编者
2023年3月