1.国外区域综合能源典型发展规划

目前国外区域综合能源等能源互联网发展的典型代表包括有德国E-Energy计划、美国FREEDM系统项目和日本数字电网研究等能源信息融合的能源互联网项目^[4]。

欧洲是最早提出综合能源系统概念的地区，从欧盟第五研究框架开始，就着手进行多种能源协同优化的研究。德国E-Energy计划始于2008年12月，由德国联邦经济和技术部发起了为期4年的技术创新促进计划，该项目以ICT为基础构建未来能源系统，和企业合作重点开发了6个示范项目。其特点是通过利用ICT技术和能源技术的融合，实现对电力系统的监控、控制和调节，提高能源系统的安全供应和优化，形成多元主体参与的能源市场，实现能源动态匹配和交易，促进高渗透率可再生清洁能源消纳^[5]。

美国能源部在2001年提出了综合能源发展计划，并于2007年颁布法令，综合能源系统研究被提升为国家战略行为。美国FREEDM系统项目于2008年由17个国家和30余个合作伙伴共同参与，该项目重点研究适应分布式可再生能源发电和分布式储能并网的高效配电系统^[6]。

日本数字电网研究计划是基于互联网的启发，并在2011年由东京大学与日本国家仪器公司、日本电气公司等成立了“数字电网联盟”。通过利用数字电网路由器，尝试构建一种基于各种电网设备的IP来实现信息和能量传递的新型能源网，以减少大面积的电网故障和提高可再生能源消纳^[7]。

2.国内区域综合能源政策演进

本文对近年中国综合能源部分相关政策和规划进行了总结，各项政策的主要内容如表1所示。

1.评价指标

孟明和罗洋^[8]从能源、环境和经济三个维度，提出了综合能源利用率、清洁能源发电量占比、二氧化碳排放量等15个评价指标，涉及电力、热动、环境和经济成本多个方面。陈柏森等^[9]将综合能源系统划分为四个环节，从能源环节、装置环节、配网环节和用户环节构建16个细分评估指标；董富贵等^[10]通过建立分布式能源系统的经济、能耗、环境3个一级指标，选取了包括投资费、运行费、一次能源消耗量、二氧化碳排放量等6个定量二级指标，构建了分布式能源系统的评价指标体系；钟依庐等^[11]等将评价指标按照技术类和效益类的两个大类划分，技术类按照“源、网、荷、储”设置二级指标，效益类分为经济、环境、可靠、智慧4个指标，构建了用于工业园区综合能源项目评价的指标体系，并在19个细分指标体系中筛选部分指标，为每个单因素指标设定取值范围，进行评价验证计算。

通过以上评价指标的分析可以看出，区域综合能源系统的评价方向主要是技术、能源、环境、经济和社会等方面，评价维度需要满足对能源系统本身特点的描述，又要显示各方面对项目所要达到的期望。

2.评价方法

Ilbahar等^[12]分析了用于可再生能源系统的常用多属性决策方法，常用的方法包括层次分析法（AHP）、网络分析法（ANP）和逼近理想值排序法（TOPSIS）等，其中AHP法是使用最多的方法，以上方法常用于可再生能源评估、可再生能源技术评价、可再生能源投资评估和可再生能源系统设计等；Qian等^[13]采用基于模糊层次分析法、反熵权法和博弈论的多目标决策方法来计算风—光热电联产系统的各指标权重，相比于单一方法，该方法能够实现权重赋值的主客观统一，克服了现有评价方法单一的局限性；张弛等^[14]基于粒子群—内点法混合优化算法，结合蒙特卡洛方法，提出了综合能源系统可靠性评估方法，并且使用算例验证了光伏电源渗透率和CHP等因素可靠性的影响。

因此，基于前述研究、指标选取边界和要求，本文从技术效益、能源效益、环境效益、经济效益和社会效益五个维度，构建区域综合能源评价指标体系。每个维度选取最具有代表性和实践意义的二级指标，以定量指标为主，定性指标为辅，定量指标应给出指标定义和计算公式，定性指标应给出详细描述，便于后续进行评价。在评价方法方面，采用层次分析—熵权法组合方法确定权重，并通过模糊综合评价法进行综合评价，确定系统的最终评价结果。

本文确定了技术效益、能源效益、环境效益、经济效益和社会效益五个维度，逐层分析确定各个定量和定性评价指标，初步建立包括19项指标在内的区域综合能源系统评价指标体系。

1.技术效益指标

1）技术成熟度

技术成熟度是指供能设备的技术水平、工艺流程、配套资源、技术生命周期等方面所具有的产业化实用程度。传统的电制冷机、燃气锅炉等设备应用广泛、技术成熟；燃气冷热电三联供通过大量示范项目，技术不断成熟，经济性水平逐渐提高；地源热泵技术相关的施工工艺、设计水平得到快速发展；建筑屋顶光伏发电得到大规模推广，用户侧分散式风电应用有待进一步发展；用户侧电储能技术逐渐成熟，但成本较高；蓄冷蓄热技术成熟，在峰谷价差不断提高的电价政策下，经济性水平较高。

2）安全可靠性

区域综合能源系统一般布置区域建筑的负荷中心，相比于传统的分产能源系统，避免了长输供热管网的投资建设和运行损耗，结合分布式光伏、分散式风电等可再生能源利用。配置电化学储能和水蓄能，可以提高用户侧的供电和供冷供热稳定性，此外储蓄能装置具有削峰填谷和需求响应能力，缓解电网运行压力，提高电网运行安全性。

3）设备设施可维护性

区域综合能源系统是多能融合系统，具有多种先进的高效设备，设备运行方式不同，系统运行策略复杂，因此运行的专业性较强，需要更专业的维护团队和运维管理。

4）占用土地面积

区域综合能源系统中的冷热源设施，由于系统形式和设备类型的不同，占地面积有较大差异。而分布式光伏、分散式风电及储能、蓄能设备安装形式较为固定。因此区域综合能源系统的占地面积大小可以由各类冷热源设备机房的占地面积来进行衡量。占用土地面积的表达式如下

其中，S为区域综合能源系统的占地面积，单位为平方米；S_c为制冷机房占地面积，单位为平方米；S_h为供热机房占地面积，单位为平方米。

2.能源效益指标

1）综合能源利用率

综合能源利用率是指系统产出的能量总和与系统非可再生能源消耗量的比值，又称能源利用率或者综合能效。由于区域综合能源系统输入输出的多为异质能源，为考虑不能同能源间的差异和能源转换环节的转换效率，利用“能质系数”将不同能源折算至同一能级水平^[15]。能质系数反映能源做功的能力，在同一标准环境下，不同能源的能质系数是一个固定值，具体数值如表2所示。

2）园区清洁能源消纳率

园区清洁能源消纳率是指屋顶分布式光伏、分散式风电和燃气冷热电三联供等清洁能源发电系统，在一段时间内自发自用部分电量与其总发电量的比值。此外在园区碳核查方面，只有新能源自发自用电量部分可以抵消园区二氧化碳排放量，因此高消纳率也有利于园区碳减排。

3）能耗强度

能耗强度是指统计期内综合能源系统的能耗总量与总建筑面积的比值，亦可称为单位建筑面积能耗。此处综合能源系统的能耗统计范围包括冷热源系统能耗，主要用于评估园区建筑的空调系统能耗和能源系统经济效率，园区建筑的照明、动力用电、办公用电等能耗不包含在内。

4）设备利用率

设备利用率是指综合能源系统冷热源主设备的实际运行时间与设计运行时间的比值。为考虑设备实际运行容量的影响，将设备运行时间折算为满负荷运行时间进行比较。设备的利用率越高，反映了系统设计装机容量越合理，投资节奏与负荷增长具有一致性。

5）年削峰填谷电量

年削峰填谷电量是指在一年内通过电储能、蓄冷蓄热系统等设备的削峰填谷电量之和。系统的削峰填谷能力越高，表明系统具有较高的负荷调节能力，有利于平滑电力负荷曲线，保持电网的平衡稳定性。

3.环境效益指标

1）绿色电力使用比例

绿色电力使用比例是指园区消耗的光伏、风电等绿色电力总量与园区耗电总量的比值。绿色电力使用量是指光伏、风电自发自用的电量，由于目前新能源上网电量不可以抵消园区碳排放，因此余电上网部分电量暂不计入。绿色电力使用比例可以衡量园区新能源使用带来的减碳水平。

2）二氧化碳减排率

二氧化碳减排率是指通过太阳能、风能、地热能等可再生能源利用减少的二氧化碳排放量与园区二氧化碳排放总量的比值。本项目主要指光伏发电、风力发电以及地源热泵供热带来的二氧化碳减排量。根据欧盟的相关计算方法，地源热泵的可再生能源利用量需要扣除电力输入部分，并且热泵供冷部分不包含在内^[17]。

3）气体污染物减排率

气体污染物减排率是指通过太阳能、风能、地热能、燃气等清洁能源利用减少的气体污染物排放量与园区气体污染物排放总量的比值。

4）噪声影响

由于综合能源系统含有众多供能设备，运行时产生一定的噪声，工人和外界环境会受到一定的噪声干扰，长期接触一定程度的噪声会对人体产生较大的健康影响。根据中国现行的环境噪声的相关国家标准《声环境质量标准》（GB 3096-2008），要求适用于居住型社区的噪声限值应满足二类标准，白天不超过60分贝，夜间不超过55分贝。此外能源站运行噪声还应满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB 12348-2008)中三类标准要求。

4.经济效益指标

经济效益评价是决定工程项目是否可行的重要依据，也是评价准则层中最受项目投资者关注的指标。经济性评价指标主要分为三类：一是比率型指标，比如投资收益率、内部收益率、净现值指数等；二是价值型指标，比如净现值、费用现值等；三是时间型指标，如动态投资回收期、静态投资回收期、借款偿还期等。本文主要采用动态投资回收期和内部收益率来评价项目经济性，二者均为动态评价指标，考虑了资金的时间价值。

1）动态投资回收期

动态投资回收期在计算时需将项目投资期内每年的净现金流以一定的基准收益率折算成现值，项目的回收期越短表明项目投资风险越低。本文采用动态投资回收期对项目进行经济性评价。表达式如下

其中，T_p为动态投资回收期，单位为年；CI_t表示第t年的现金流入额，单位为万元；CO_t表示第t年的现金流出额，单位为万元；i₀为基准折现率，本文取4.5%。

2）内部收益率

内部收益率是指项目在全寿命周期内，使净现值等于零时的折现率。表达式如下

其中，IRR为项目内部收益率；表示项目的寿命期，取20年。

3）单位供能成本

单位供能成本是指在统计期内园区总供冷热成本费用与总供能建筑面积的比值。此处供能成本仅包含供冷供热成本，不含供电成本。

5.社会效益指标

社会效益指标是指项目建设与运行为人民生产生活以及社会发展做出的贡献，是一种间接收益。

1）政策支持

中国今年陆续出台了诸多鼓励综合能源发展的政策，尤其是碳达峰碳中和背景下，加强了对于光伏、风电等可再生能源的开发利用，鼓励区域能源布局，实现区域供能与用能平衡，推动清洁能源就近消纳，实现区域能源的自给自足。

2）产业效益

区域综合能源系统融合利用了地源热泵、分布式光伏发电系统、分散式风电和储能系统等能源技术。项目建成投产后，将发挥积极的示范效应，带动同行业采用类似的清洁供能能源系统，必将对热泵设备、光伏、风电、储能等应用设备产生巨大需求，有效促进国内相关能源利用技术的进步，带动核心装备制造、互联网设备、节能环保等相关行业的发展。

3）就业效益

区域综合能源项目的建设会带动当地的就业以及服务业的发展，而设备研发、制造等相关产业链的发展必将促进相关工程技术人员就业。

根据以上指标选取，获得评价指标体系层次结构，如图1所示。

图 1区域综合能源系统评价指标体系层次结构

对于案例园区综合能源系统的评价指标进行计算（表3），需要对定量指标和定性指标、正指标和逆指标等不同性质的指标进行规范化处理。

1.定量指标的计算

将园区综合能源系统的实际运行数据作为基础数据，通过确定的评价指标及其计算公式，对定量指标进行计算，得到初始计算结果，然后通过后续构建指标隶属度函数，进行指标数据归一化。

1）技术效益定量

技术效益包含一个二级定量指标，即占用土地面积A14，其数值与冷热源机房建筑面积相等，计算结果为1 900平方米。

2）能源效益定量

根据确定的能源效益指标，全部为定量指标，以园区运行数据为基础数据，如表4所示，通过计算公式得到能源效益的二级定量指标计算结果。

3）环境效益定量指标计算

根据确定的环境效益指标定义，其中绿色电力使用比例A31、二氧化碳减排率A32和气体污染物减排率A33为定量指标，以园区运行数据为基础数据，如表5所示。

4）经济效益定量指标计算

根据确定的经济效益指标，全部为定量指标，以园区运行数据、投资概算等为基础数据，列于表6。

2.定性指标量化计算及标准化

将定性评价指标划分为不同等级，构建评价集。然后再确定不同等级的对应取值，为方便计算可将定性指标的取值范围规定为0~1之间，最后通过专家打分和模糊处理确定标准量化值。本文定性指标包括技术效益指标中的技术成熟度A11、安全可靠性A12、设备设施可维护性A13，以及社会效益指标中的政策支持A51、产业效益A52、就业效益A53。本文将定性评价指标划分为5个等级，即 $ V{\text{ = }}\left\{ {\left. {{v_1},{v_2},{v_3},{v_4},{v_5}} \right\}} \right. $ ={好,较好,一般,较差,差}，并确定其对应的赋值分别为1、0.9、0.8、0.7、0.6。

通过邀请6名综合能源行业专家进行评分，其中2位综合能源方案规划专家，2位暖通动力设计专家，2位综合能源市场领域专家（表7）。

3.定量指标数据归一化

1）技术效益指标归一化

本项目机房占地面积1 900平方米，建筑总面积10.99万平方米，机房占建筑面积的比例为1.7%。根据制冷机房、供热机房的设计经验，制冷机房约占建筑总面积的0.5%~1.2%，供热机房约占总建筑面积的1%^[18]。因此，能源机房占总建筑面积的范围一般为1.5%~2.2%。本文占用土地面积的隶属度函数表达式如下

技术效益指标通过相关的定量指标计算、定性指标评分计算，同时经过数据归一化处理，得到各指标隶属度值如表8所示。

2）能源效益指标归一化

通过分析各分供系统的 $ \eta $ 值来构建隶属度函数。采用燃气锅炉供热部分供热量442.7万千瓦时，耗气量42.8万标准立方米， $ \eta $ 值为14.3%。采用电制冷供冷部分供冷量为541.0万千瓦时，耗电量107.7万千瓦时， $ \eta $ 值为35.1%。采用CCHP系统供电量为11.6万千瓦时，供冷供热量11.6万千瓦时，耗气量3.7万标准立方米， $ \eta $ 值为66.6%。常规系统中 $ \eta $ 值较低，高效电制冷设备 $ \eta $ 值较高，而CCHP系统 $ \eta $ 值最高。因此选择常规系统中，电制冷系统 $ \eta $ 值35.1%作为最佳综合能源利用效率，燃气锅炉 $ \eta $ 值14.3%作为最差综合能源利用效率，构建综合能源利用率隶属度函数，表达式如下

根据项目实际经验，清洁能源发电最高可以全部自发自用，就地消纳率100%。也可以全额上网，就地消纳率为零。因此可以将园区清洁能源消纳率的指标值作为其隶属度函数值。

根据北京市2020年公共建筑能耗限额标准，综合性建筑能耗限额标准为22.3千克标准煤/平方米，同时规定超出能耗限额20%的建筑考核为不合格，该建筑限额包括空调、照明、动力用电及办公用电能耗。由于典型办公建筑空调能耗占比48.7%^[19]，该综合能源系统的能耗主要指冷热源系统能耗，因此综合能源系统的能耗强度下限按比例可以设置为10.9千克标准煤/平方米，能耗强度上限上浮20%，即为13.0千克标准煤/平方米。本文能耗强度隶属度函数表达式如下

可以将设备利用率的计算值作为其隶属度函数值，函数表达式如下

本项目削峰填谷电量为34.8万千瓦时，园区总用电量1 518.1万千瓦时，削峰填谷电量占比2.29%。为优化电力资源配置，促进可再生能源消纳，缓解电网运行压力，中国大力推动需求响应机制建设，在多个省份提出逐步形成5%左右的峰时负荷调节能力^[20]，因此将5%作为最佳用户侧负荷调节能力，构建本项目年削峰填谷电量隶属函数如下

能源效益指标通过相关的定量指标计算，同时经过数据归一化处理，得到各指标隶属度值如表9所示。

3）环境效益指标归一化

由于用户侧分布式能源发电的能量密度较低，新能源发电设施安装空间有限，受到消纳能力限制，一般光伏、风电等绿色电力占到园区全部用电的20%处于较高水平，低于5%可以认为绿色电力使用比例较低。因此绿色电力使用比例的隶属度函数表达式如下

在考虑现实条件后，将10年内总二氧化碳减排率30%作为综合能源系统最佳减排率，代表减排目标可以完全由综合能源系统替代常规能源实现，同时将10%作为综合能源系统最低减排率。因此二氧化碳减排率的隶属度函数表达式如下

北京市2016—2017年度SO₂减排率、NO_X减排率和细颗粒物浓度下降率分别为62.9%、4.2%、21.6%^[21]。将气体污染物减排率最高值取62.9%，减排率最低值取4.2%，构建隶属度函数表达式如下

环境效益指标通过相关的定量指标计算、定性指标评分计算，同时经过数据归一化处理得到各指标隶属度值，如表10所示。

4）经济效益指标归一化

根据区域综合能源系统投资项目经验，设定最佳投资回收期为6年，最差投资回收期为运营周期20年，动态投资回收期隶属度函数表达式如下

根据区域综合能源投资企业对收益率的要求，本文设定最佳全投资收益率为12%，最低投资收益率为6%，全投资内部收益率隶属度函数表达式如下

根据北京市郊区供热收费标准，非居民建筑43元/平方米，设定供冷收费标准与供暖相同，则园区建筑单位供冷供热收费标准为86元/平方米。则构建单位供能成本隶属度函数如下

经济效益指标通过相关的定量指标计算，同时经过数据归一化处理得到各指标隶属度值，如表11所示。

5）社会效益指标归一化

社会效益指标均为定性指标，定性指标评分原始数值即为指标隶属度值。

根据确定的评价方法，建立区域综合能源系统综合评价模型如图2所示。

图 2区域综合能源系统评价模型

本文通过邀请6名综合能源行业专家进行权重评分，分别获得每位专家的判断矩阵，进行权重计算并通过一致性检验。根据AHP-熵权法确定的指标权重如表12所示。

根据表12的计算结果，将通过专家评价确定的二级指标组合权重值，按照大小进行排序，其结果如图3所示。

图 3二级组合权重

本文构建的综合能源评价指标体系，划分为一级指标、二级指标两个层次，将区域综合能源系统的总体评价划分为五个维度。

根据以上计算结果，可以得到该区域综合能源系统的综合评分为0.831，以及5个一级指标的评分，如图4所示。

图 4一级指标雷达图

本文得到主要结论如下：

1.本文对典型区域综合能源系统涉及的常规冷热源技术、CCHP技术、分布式光伏发电、分散式风电以及储蓄能等多种关键技术进行了详细的介绍，深入分析了区域综合能源系统的投资、运行等数据，使研究者对区域综合能源系统有更深刻的认识。

2.从技术效益、能源效益、环境效益、经济效益和社会效益五个维度建立区域综合能源系统评价指标体系，采用19项关键评价指标，其中在综合能源利用率、园区清洁能源消纳率、能耗强度、设备利用率等较复杂的专业指标上，明确了指标含义、数据统计范围和指标适用范围。使用绿色电力使用比例来表征用户侧新能源使用情况，简化了新能源使用水平的评价计算，同时可以看出新能源使用带来的减碳效果。此外，细化了二氧化碳和气体污染减排率等指标的参考因子，便于准确核算园区碳排放，提供了可操作性强的碳减排计算方式。

3.采用主客观结合的AHP—熵权法来确定指标组合权重，建立定量指标与定性指标隶属度值求解方法。首先由多位行业专家进行权重评分，通过AHP方法确定初始权重，然后应用熵权法进行修正，优化主观性过强的问题。其次，指标评分以定量计算为主，构建多个适用于能源指标评价的隶属度函数，有利于进一步促进该类指标采用统一的计算公式和数据范围进行评价。

4.通过对典型园区级区域综合能源系统项目案例的评价，经过收集、分析、处理计算各类子系统运行数据，验证了评价指标体系和方法的有效性、可操作性。该项目评价结果与项目实际较为匹配，结果表明系统在可再生能源利用、二氧化碳和气体污染物减排、以及技术成熟可靠性方面表现较好，但在设备利用率、经济效益等方面有提升空间。相关指标值偏低，主要是由于设备装机规模设计不够合理，设备闲置，以及部分能源系统初投资过高等原因导致。

基于以上研究结论，提出政策启示如下：

1.从技术效益方面看，区域综合能源系统具有多能互补的技术特征，各类能源技术成熟度、安全可靠性较高，但是系统存在装机冗余，冗余设备增加占地面积。因此在设计阶段应优化装机量，运营阶段尝试拓展供能范围和面积，减少设备闲置、提高能源机房利用水平。

2.从能源效益方面看，由于CCHP系统投资高，能源综合利用率水平高，应提高CCHP系统的运行小时数，承担基础负荷，可以大幅提高综合能源利用率和设备利用率。此外，在保证安全性的前提下，应提升电化学储能的充放电次数和运行时长，以增加削峰填谷量，提升清洁能源消纳率。

3.从环境效益方面看，环境效益指标的权重占比较大，由于该系统新能源发电机组装机较多，总体评分较高。由此可见，对于园区型用户，应结合园区资源条件和用能特点，注重增加新能源的使用，可以提升用电经济性和减少碳排放。另外通过利用储蓄能技术、综合能源集成优化运行技术、源网荷储互动调控技术等，实现新能源的高比例消纳，最大限度降低二氧化碳排放。

4.从经济效益方面看，对于CCHP这类投资高、运行经济性较好的系统，应提升其使用率。此外，本项目分散式风电机组建设时间较早，与目前风电机组价格水平比较，投资成本较高，对经济效益有一定影响。近年由于技术进步，发电小时数得到提升，并且设备成本较快下降。目前在负荷集中且用电成本较高的用户侧，适当建设分散式风电，可以保证一定的经济效益。

5.从社会效益方面看，区域综合能源系统在手续审批、设备并网、绿色金融、税收优惠等方面仍需要政策支持，不断提升综合能源服务的市场活力，带动相关的产业进步和就业。

由于论文视角和数据处理局限，论文仍存在一些不足，在未来研究中可进一步展开分析：

1.部分评价指标之间具有较深的关联性，指标专业性较强，可能对一些评分有效性造成影响。

2.在评价标准的普适性方面，由于园区类型的不同、所处地理位置和气候区的差异，能源负荷类型和能耗水平差距较大，应该根据需要调整指标隶属度函数。整体系统的优劣，也不适于在同一评价等级下进行比较。随着将来区域综合能源系统的发展，可以进一步按照园区类型或者气候区的不同，细分同一类型或区域适用的评价等级标准。

3.部分专业性指标计算复杂，缺乏行业评价标准，需要引起重视和完善，便于各指标选用适合的约束值和先进值，促进区域综合能源系统评价的进一步发展。