一、综合能源系统概念
综合能源通过对能源的生产、配送、存储、消费等环节进行有机协调与优化后所形成的能源产供销一体化系统综合能源系统,其结构如下图所示。
综合能源系统根据地理因素与能源发/输/配/用特性可分为跨区级、区域级和用户级，而区域级综合能源系统（district integrated energy system,DIES）作为承上启下的重要环节，涵盖电/气/热/冷等多种能源形式，并涉及能源的生产、传输、分配、转换、存储、消费等各种环节，是实现综合能源系统建设的关键。通过对多种能源间的科学调度,可实现能源高效利用、满足用户多能源梯级利用。
二、区域综合能源系统的特点
（一）多能互补
多能耦合、协同互补是区域综合能源系统的重要特征之一。
（二）物理与信息深度融合
区域综合能源系统覆盖能源生产、传输、消费、存储、转换的整个能源链，系统内信息共享，能量流与信息流有机整合、互联互动、紧密耦合，形成信息物理系统。
互联网、物联网、大数据、云计算等的深度应用，可有效提升园区综合能源系统的灵活性、适应性及智能化。通过对等开放的信息物理系统架构，具备高可靠安全的通信能力、全面的态势感知能力、大数据处理计算能力以及分布式协同控制能力。
（三）源网荷储协调互动
区域综合能源系统能量流与信息流深度融合使传统能源由单纯的生产、传输、消费和存储为主体，转变为集能源生产、传输、消费和存储多种角色于一体的自我平衡的主体。传统用户成为产消者，能源生产和能源消费的边界将不再清晰，对应的角色和功能可以实现相互兼容和替代。综合能源服务商、供电公司、各类工业、商业和居民用户、电动汽车、分布式能源、储能、热电冷联产系统等各类参与主体在供需关系和价格机制的引导下，灵活调整能源供应、能源消费和能源存储，从而实现综合智慧能源柔性互动以及供需储的纵向一体化。
三、区域综合能源系统设计的难题
（一）不确定性因素多
未来能源系统将从过去高度依赖化石能源的传统系统转向集成可再生能源（如太阳能、地热能等）的区域综合能源系统。由于可再生能源存在不稳定性、间歇性、地域性等问题，导致未来集成多种能源形式的综合能源系统在设计、运行及调控等过程中存在诸多困难，使用传统的技术手段无法适应未来系统的复杂性。不同的能源进行统一规划,会有很多复杂的耦合关系，规划的方案在寻求目标优化的同时,也需要兼顾不同利益的需求，规划中就需要对整体和局部的规划寻找平衡，对系统设计时对安全性、经济性、灵活性、可靠性都需要做好调整。因此，区域综合能源系统的供应稳定性面临巨大挑战。
（二）多层次优化的困难
综合能源系统必然会朝着分散和集中两个方面发展，这就使得在能源供给环节上,区域综合能源系统会是一个集中和分散的结合体。系统中，会有很多具有独立运行能力的综合能源单元，而这些终端在能够对自身进行优化的同时，也需要为电力、热力、燃气网做好支撑，提高对能源调度的效率，并且保证网络的安全性和灵活性。所以在规划上，还需要考虑对终端能源单元、网络规划两侧层面的规划工作。同时在时间上考虑，规划工作是一个十分漫长的过程，所以优化方式会采用滚动优化的方式实现,并且在不同的规划阶段,还要考虑终端能源和网络之间的耦合程度，实现长期规划和短期效益的平衡，再加上规划内容较多，也要保证不同项目之间的衔接工作。
（三）中国特殊的能源环境
中国的环境、能源、需求的发展在世界上并不能找到相关经验，所以针对中国的综合能源系统规划很难使用国际上其他的国家的规划经验，必须要充分根据中国的特殊国情来进行设计。国内用户和国外用户之间在需求上是存在差异的，这就导致在模型和算法的设计上需要进行特殊的设计。同时，由于经济发展水平不同，在对不同经济指标进行评定的时候也需要引入不同的规划需求，并且采取合理的规划方案。在环境上，也需要做好量化工作,针对不同的环境指标来对方案进行设计，并且纳入到不同的规划模型当中。在规划的体量上，也需要设计适合中国的大型、中型、小型城市的综合能源系统，以及针对乡镇的需求来规划建设综合能源系统模型，解决中国的城市发展问题。
四、未来发展规划
区域综合能源系统引入了高比例清洁能源、清洁交通、能源聚合市场和碳市场等要素，导致规划模型趋于复杂，其规划研究面临诸多挑战，以下针对区域综合能源系统发展面对的挑战进行规划研究。
（一）面向清洁能源消纳的区域综合能源系统规划
电能具有即发即用的特点，无法长期有效地储存是清洁能源难以消纳的重要因素之一，要充分发挥区域综合能源系统的潜力。一方面，利用能源转换设备将电能转化为其他形式的能源储存起来；另一方面，将各能源子系统进行统一协调控制，平衡用能峰谷差，则能够有效改善弃风、弃光问题。
因此，研究面向清洁能源消纳的区域综合能源系统规划方法，特别是考虑异质能源间源-荷-储协同运行的规划方法，是解决可再生能源消纳问题的有效途径，有助于提升系统整体的低碳水平。
（二）考虑多元储能接入的区域综合能源系统规划
在以分布式能源为主、多能互补的区域综合能源系统中，储能发挥着无可替代的作用。多元储能可以利用不同媒介，将输入的电能、热能等多种形式能量以一定的形式进行转化与存储，并在必要时将其输出为终端消费所需能量。
因此，有必要研究多元储能的精细化建模方法，分析集中式和分布式多元储能的技术形态特征，明确其在源侧、网侧、荷侧接入时的工程需求，提出与不同需求相适应的规划方法，这样便可在规划时考虑各种不同类型的储能，以进一步发掘区域综合能源系统的减碳潜力。
（三）考虑能源-信息-交通融合的区域综合能源系统规划
在多网融合背景下，区域综合能源系统中将广泛存在数据中心、清洁能源汽车等灵活性资源，而电动汽车充电站、加气站和数据中心的选址将会相互影响。在进行考虑能源网-信息网-交通网相融合的区域综合能源系统规划时，对交通系统灵活性资源的考虑将进一步增加时空耦合的复杂性，规划时既要考虑能量流的连续耗能过程，又要考虑数据流的时空可调特性，还要计及交通工具位移的离散过程，是一个极大的挑战。
因此，不仅需要对能源、信息、交通网络进行精细化建模，还应分析其中不同对象的时间尺度，抽象出规划问题的主要矛盾，从而得到实用模型。此外，还需要对新模型的求解方法进行研究，得到规划设计层面上的理想解，解决多网融合背景下的区域综合能源系统规划模型难以求解的问题。
（四）考虑碳市场交易的区域综合能源系统规划
碳市场的价格与售能边际报价存在一定的相关性，由此产生的经济性影响不可忽视。因此，在规划研究时，有必要将能源聚合商与碳交易市场的联动机制纳入考虑范围，既能有效促进各市场主体的减碳意愿，又能够提高系统的灵活性，充分发挥区域综合能源系统多能互补、高效利用的优势。
