近年来，随着全球经济快速发展和城镇化加速，城市能耗及排放持续增长，面临着严峻的资源短缺和环境污染问题。为满足城市居民多样化的能源需求及能源系统安全高效、清洁低碳的转型要求，城市能源系统应运而生，并迅速成为能源领域的研究热点。针对城市能源系统的规划设计及能耗分析，国内外研究学者已经开发了一系列相关工具，然而由于各类工具的开发目的及开发者专业背景存在差异，其适用场景不尽相同，且模型的时间和空间颗粒度也存在较大差异。综述聚焦城市能源系统的规划设计及能耗分析工具，分别选取典型商用工具对其功能和特性进行对比，并结合应用案例对工具的适用性进行分析，为相关工具的后续开发及应用提供参考。

城市能源系统规划设计建设涉及能源的生产、传输与分配、转换、存储、消费等环节，与建筑、工业、交通等多个领域相关，且需综合考虑能源效率、经济效益、环境影响、社会效应等因素。城市能源系统规划设计工具从建模角度上看，可分为自上而下式、自下而上式和混合式3类；其常见的功能包括仿真模拟、优化、场景分析、敏感性分析等。

本文对MARKAL/TIMES、LEAP、EnergyPLAN、DER-CAM和HOMER等5种典型城市能源系统规划设计商业工具的适用范围、功能、特性等重要信息进行归纳和评估，并结合应用案例进行应用场景分析，相关信息见表1—表3。

? 表1 典型城市能源系统规划设计工具建模角度及建模尺度对比

? 表2 典型城市能源系统规划设计工具功能对比

? 表3 典型城市能源系统规划设计工具特性对比

综合分析对比结果可知，MARKAL/TIMES适用于研究各项策略对大型城市能源系统的长期影响；LEAP适用于城市能源系统的中长期规划；EnergyPLAN侧重于可再生能源应用的可持续能源系统的设计和评估；DER-CAM则是峰值容量为250~2000 kW的并网分布式能源系统规划设计的理想工具；HOMER适用于小功率离/并网式微网的设计、优化及可行性评估。

能耗预测与分析是开展城市能源系统规划设计的基础和前提。建筑和交通是城市能源消费的两大主体，城市能源系统的能耗分析主要围绕建筑和交通能耗分析展开。

本文对DOE-2、eQuest、EnergyPlus、TRNSYS、DeST、CEA、CitySim、ForFITS、MATSim等9种典型城市能源系统能耗分析商业工具的特性和优缺点进行归纳分析，并结合应用案例进行应用场景分析，相关信息见表4、表5。

? 表4 典型能耗分析工具特性对比

? 表5 典型能耗分析工具优缺点对比

在开展复杂结构建筑的能耗模拟时，熟悉ASCII码的专业人员可选用最经典权威的DOE-2或使用更精确算法的EnergyPlus；而对于习惯图形化界面的研究者，选择以DOE-2为计算引擎的eQuest较为合适；若研究重点在于系统，推荐选择具备模块化开放式结构的TRNSYS；熟悉AutoCAD的研究者则可选用DeST对建筑物热特性及暖通空调系统性能进行精确模拟；对于区域负荷预测，需要结合区域HVAC设计的可以使用CEA，考虑居住者随机性可以使用CitySim；在开展交通负荷预测时，对于长周期的交通污染排放分析，可以使用ForFITS；对于建立区域交通使用仿真可以使用MATSim。

目前，城市综合能源服务在全国大面积推广，但相关服务模式和评估管理技术尚处于探索发展阶段，面临诸多问题和挑战，有很大的发展和提升空间。城市能源系统规划设计与能耗分析工具的本土化开发及应用是现阶段综合能源服务面临的核心技术难题。从各工具功能对比的结果看，已有的城市能源系统规划设计工具由于开发的背景和语言不同，工具间的集成和数据通信存在问题，同时，工具对系统实际运行过程中变工况的模拟能力还比较欠缺，也缺乏对政策因素影响的考量，这些方面可在后续开发过程中改进。此外，已有的城市能源系统能耗分析工具大多采用物理模型驱动的建模方法，可考虑与数据驱动模型结合，优化迭代，实现更准确的能耗预测。当前，城市能源网络日益复杂，不断涌现出新的能源技术可供集成在系统中，模型将随着新网络和技术的接入爆炸性增长，可考虑引入聚类、主成分分析法、时间矩法等进行模型的简化和降阶。