本文受国家自然科学基金青年科学基金（52006114）、中国博士后科学基金课题（2019M660634）、国家社会科学基金重大项目（19ZDA081）资助。

综合智慧能源作为能源互联网产业发展的重要业态，已成为促进可再生能源利用、提高能源系统能效与降低用能成本的重要抓手。但当前综合智慧能源概念边界模糊，且具有多元主体博弈、异质能流耦合集成、技术路线复杂多样的特征。因此，科学、系统、可操作的绩效评价是保障综合智慧能源规划设计、优化决策与项目经济效益的必要理论指导。

（1）从能源利用、环境友好、经济社会以及综合智慧四维度，系统归纳评述了当前四十余个综合智慧能源绩效评价指标的分类、定义、应用范围及特点；

（2）对综合智慧能源绩效评价的体系架构、评价方法和评价步骤进行了评述，为综合智慧能源绩效评价方面的学术研究、产业应用以及标准化方面提供参考。

1 综合智慧能源的边界以及评价指标的体系架构

综合智慧能源是在安全可靠的基础上，以促进可再生能源利用、提高能源系统能效与降低用能成本为目的（即“开源节流”）。如图1所示，当前综合智慧能源的主要思想是从能质耦合集成提效的“综合化”技术（其偏向于“梯级利用、多能互补”），结合能源数字化赋能的“智慧化”技术（其侧重于“协同优化、源荷互动”），实现不同尺度能源系统物理驱动与数据驱动以及能源信息系统的高度耦合，并促进新一代能源系统的一体化规划设计及灵活运营。可以说，假如能源互联网是利用“互联网”的思维去实现能源行业的多尺度“多元互动的协同网络”，那么，综合智慧能源则是让“多元互动的协同网络”在消费侧和供应侧实现更好的能源供能基本服务及能源数字化增值服务。

⬆ 图1 综合智慧能源定义示意图

综合智慧能源处于初级阶段，技术复杂加之边界模糊、场景多样，其绩效的全面评价面临场景多、维度多、主体多的挑战。为澄清本文绩效评价指标的研究对象，本文试将综合智慧能源分为狭义综合智慧能源和广义综合智慧能源。狭义综合智慧能源实际上就是具有具体形态的多能互补冷热电联供系统，其在物理层强调能源流的梯级综合利用，在信息层强调信息流改造能量流，在价值层强调能源的开放共享，并做以下假设：

1） 本文综合智慧能源的尺度为园区或楼宇，不考虑大区域尺度下一些诸如GDP贡献、万元国民生产总值排放的CO2等综合智慧能源的宏观指标；

2） 本文对综合智慧能源评价指标的筛选是基于能源系统的黑箱模型，即不细化到诸如电网或热网损失率、子设备能源转换效率等能源系统内部或某环节的性能指标；

3） 本文综合智慧能源不考虑一些诸如综合能源服务新业务开展、平台创新能力等综合智慧能源产业或企业效益及发展模式的评价指标。

2 综合智慧能源绩效评价体系及指标概述

如图2所示，以“能源三角博弈”为切入点，本文就综合智慧能源的评价指标设置能源利用效益、环境友好效益、经济社会效益以及综合智慧效益4个维度，综述当前综合智慧能源绩效评价的常用指标。值得一提的是，据前述，“开源节流”的“能效”手段是能源系统满足支付能力、维持安全可靠、实现低碳清洁的传统手段，其余能源系统的效益高度耦合，是能源系统效益评价的共性指标，也是“能源不可能三角”的基本架构。而对于综合智慧能源，随着数字技术发展，综合化和智慧化的手段逐渐凸显。因此，除了与传统能源系统并存的效益评价指标外，本文也将综合化和智慧化的特征手段单独提取出来当做“效益评价指标”， 以突出当前及未来综合智慧能源的辨识度。

⬆ 图2 本文综合智慧能源绩效评价指标的分类图示

综合智慧能源的绩效评价，是对其能量系统在一定周期内由于能源使用引起的能源利用效益、环境友好效益、经济社会效益以及综合智慧效益等维度可测量、计算或评价的结果或预期结果进行评价。本文综合智慧能源的评价体系如表1所示。具体地：

1）综合智慧能源的能源利用效益评价是对其能源利用效果进行评价，应至少反映综合智慧能源对输入能量的有效利用程度，主要的评价指标包括：综合能耗、能耗强度、综合能源利用率、系统㶲效率、能源节约率、用户侧满意度、万元产值能耗下降率、用户端能源质量、设备能效等级等指标。

2）环境友好效益评价是考核综合智慧能源新建、改造或优化后对环境的影响，应至少能反映综合智慧能源对系统内外可再生能源的利用程度、能量系统对外界环境有害物质的排放，以及如热、声、光、辐射、电磁、振动等其他环境影响，主要评价指标包括：可再生能源替代率、可再生能源利用率、可再生能源渗透率、减排率、噪声环境影响、电磁环境影响、大气环境质量影响、水环境评价、生态环境影响等指标。

3）经济社会效益评价考核综合智慧能源的项目经济效益以及对社会就业及产业影响，应至少能反映综合智慧能源项目的资金内部收益率和投资回收期，主要评价指标包括：单位供能成本、用能成本变化率、系统㶲经济成本、投资回收期、内部收益率、投资收益率、配电网缓建效益、节约区域装机投资、减少用户停电损失、能源经济性水平、就业效益、产业效益等指标。

4）综合智慧效益评价就是突出综合智慧能源的“综合化”和“智慧化”的特征手段，强调区别于传统分供化石能源系统的性能特征，相关指标包括：电能占终端能源消费占比、设备利用率、能源自用率、独立运行持续供能时间、能值评价指标、平均失能频率、需求侧互动性、主动削峰负荷量、互动潮流熵、可再生能源波动支撑水平、虚拟调度容量等指标。

⬇ 表1 综合智慧能源评价指标的取值范围及正逆性

3 综合智慧能源绩效评价的辨识

综合智慧能源绩效评价指标的分类及适用场景如图3所示。与图中右边所示的分供系统相比，可将综合智慧能源绩效评价指标在前述4个维度的基础上，细分为共性指标、对比型指标、能源自给型指标、互联型指标、源网荷互动型指标以及效率型指标。其中，共性指标是指均适用于综合智慧能源及其对应的分供系统的绩效评价指标，如综合能耗、能源质量、单位供能成本、噪声环境影响等指标；对比型指标是指与分供系统相比，衡量综合智慧能源绩效改进或者优化后的评价指标，如能源节约率、减排率、节约区域装机投资等指标；能源自给型指标则是指综合智慧能源能源供应的自洽程度，表征综合智慧能源孤网运行的能源供应能力，如能源自用率、独立运行持续供能负荷比等指标；源网荷互动型指标是指综合智慧能源系统内“源、网、荷”以及“储能”等角色相互之间的削峰填谷、需求响应、友好互动的能力， 如需求侧互动性、主动削峰负荷量、互动潮流熵等指标；互联型指标是指不同相邻综合智慧能源系统之间通过信息物理网络实现的能源互联互通互济的程度，此指标暂未在本文中列举。

需要指出的是，效率型指标一般是指综合智慧能源系统输入和输出之间能量转换的能力（如基于热力学第一定律的综合能源利用率以及基于热力学第二定律的系统效率），以及用来表征综合智慧能源中可再生能源或者清洁能源开发和利用的能力，即用于源侧的可再生能源替代率（或可再生能源装机的占比）、用于荷侧的可再生能源利用率，以及从两者角度共同考虑的可再生能源渗透率。

⬆ 图3 综合智慧能源绩效评价指标的分类及示意

4 综合智慧能源绩效评价体系的架构评述

综合智慧能源的绩效评价可分为针对项目规划设计的“前绩效评价”和针对项目实施运营的“后绩效评价”。综合智慧能源的前绩效评价可理解为不同综合智慧能源形态的规划和运行的优化，多为理论研究。其中，如图4所示，综合智慧能源在指标体系确定后，一般通过Pareto非劣解的多目标优化、带权重的多指标综合评价、热/㶲经济方法以及生态能值等统一化单目标综合优化的方法，在不同约束条件下，得出综合智慧能源的系统拓扑、设备容量、运行策略的综合最优解，以指导项目的设计和落地。因前绩效评价通常是理论的事前评估，以获得综合智慧能源的预期技术经济效益及盈亏平衡点，并对相关能源输入输出的价格进行敏感性分析，其系统边界相对清晰，资料搜集难度不大。

⬆ 图4 综合智慧能源绩效综合评价体系的构建图示

（修改自清华大学电机系张宁副教授）

5 综合智慧能源绩效评价指标的研究展望

我国的综合智慧能源尚处于发展初级阶段，其绩效评价的体系架构和指标的设计也是一个不断发展的过程。更加科学、系统的绩效评价有助于综合智慧能源实现优化设计和运营。以下几点展望，则或是新发展格局下综合智慧能源绩效评价体系及指标应考虑的方面。

1）本文综合智慧能源的绩效评价针对的是区域及园区级的能源系统，后期应分场景，突出多能互补综合能源系统、微能源网、分布式能源、能源互联网分别侧重的“综合化”、“智慧化”指标，刻画不同场景下综合智慧能源的个性指标，如不同能源系统的韧性、弹性、互动性等指标；同时，如将综合智慧能源的空间尺度进一步扩大，宏观气候影响指标以及能源安全等指标也应纳入指标体系。

2）工业园区、数据中心、交通场站等能量密集型综合智慧能源的优化是新基建下综合智慧能源的重要应用场景。相比于热力学第一定律，热力学第二定律的“㶲”分析法能深入到综合智慧能源不同异质能流“品位”的研判。因此，综合考虑热力学、经济学以及环境效应多目标的综合智慧能源环境经济学优化目标函数，并考虑多输入和多输出综合智慧能源的能量、经济和环境成本分摊问题，未来能够使各种能源系统在统一和客观的基准上进行比较和评价。

3）综合能源利用率以及系统㶲效率中不同能源转换的“能质系数”，可用来衡量异质能源（即不同种类或温度、压力、焓值），但是对于电力这种二次能源，传统的能质系数不能区分煤电或可再生能源发电（如排放系数、清洁系数等），一般方法是通过经济性区分不同发电方式的“能质”。后期，考虑不同发电方式与电网调峰调频耦合关系，从能势角度、能值角度或经济学角度提出评价指标，研判不同发电方式“电力”的综合智慧能源的绩效将成为研究热点。

4）目前，可再生能源渗透率、能源转化设备效率和容量配置结构、冷/热/电负荷需求结构以及输入输出的能源价格是影响综合智慧能源绩效的核心要素。未来，随着落实“碳达峰、碳中和”目标，综合智慧能源的环境影响评价将尤为突出，其高度耦合能源获取、传输、转换、存储及消费的全生命周期过程。后期，不同于能值等方法，可引入环境损害因子、环境污染率及环境损害函数等评价综合智慧能源系统的资源利用率以及环境影响性。

5）对于上述物理机理表述清晰，且能源、经济、环境能够高度耦合的统一性绩效评价指标，常规的带权重的综合智慧能源绩效综合评价体系的操作过程相对容易，其重点环节是不同评价主体对不同维度指标权重的权衡。另外，基于非劣解的综合智慧能源的多目标优化，虽然实现了不同目标之间的权衡并给出了配置方案，但结果的解释性不强，难以从机理上得出可以推广的规律，且综合智慧能源的非线性和多变量特性迫使非劣解求解时必须引入智能算法。

6）当前是中国能源互联网多元化、规模化建设的重要时期，开展能源互联网相关领域——综合智慧能源的标准化工作对于促进能源互联网及综合智慧能源技术进步和产业健康发展具有重要意义。其中，能源互联网及综合智慧能源系统化思维在技术和机制上的跨界创新，需要科学、系统、可操作的绩效评价，以为综合智慧能源的规划和实施的效益评价提供必要的理论指导。以能源互联网为例，截至2019年12月，能源互联网标准共计申报37项，含国家标准13项、行业标准6项、团体标准18项，其中也不乏有关性能评价方面的标准内容。

6 结论

本文从能源利用、环境友好、经济社会以及综合智慧4个维度，以园区级或区域级综合智慧能源为对象，综述了当前中国综合智慧能源绩效评价的41个指标，并评述了综合智慧能源绩效评价的体系架构、评价方法以及评价步骤，得出以下结论。

1）当前综合智慧能源的空间尺度不一，学界和产业界涉及其系统性及过程性的绩效评价指标繁多， 涵盖了冷、热、电、气等多行业。因此，综合智慧能源的绩效评价体系应站在传统能源系统的共性指标上，明确特定场景下具体指标的定义，采用定性和定量相结合的方式。

2）综合智慧能源目的之一在于提高能源系统内外可再生能源或清洁能源的利用率。因此，综合智慧能源的绩效评价应注意可再生能源（清洁能源）替代率、利用率、渗透率等相似指标的区别，以及需要明确上述指标在综合智慧能源“源、网、荷”之间的应用场景，做到规范化应用。

3）在热力学第一、第二定律能效的基础上，相较于传统能源系统，综合智慧能源的特征在于“综合化”和“智慧化”的手段。因此，综合梯级利用、多能互补程度、互联互济程度、能值可持续指数、能源环境模型、需求侧互动性、能源系统韧性及弹性等体现“综合化”及“智慧化”的绩效评价指标应在研究中有所侧重。

4）主观赋权法、Pareto非劣解、归一化方法等综合评价及优化的方法在综合智慧能源“事前”和“事后”绩效评价体系各有所长，耦合上述评价方法的综合智慧绩效评价体系的标准化应用，应充分考虑上述方法的应用场景、简便性、可操作性以及数据可得性。

研究团队