徐澄瑩，楊勇波，楊軍，李德智，鐘鳴，蘇學能，金璐，朱旭*

（1.武漢大學電氣與自動化學院，湖北省 武漢市 430072；2. 國網四川省電力公司電力科學研究院，四川省 成都市 610094；3.中國電力科學研究院有限公司，北京市 海淀區(qū) 100192）

0 引言

隨著電力等能耗的不斷增長，社會對用能結構優(yōu)化的需求也變得日益迫切[1-3]。綜合能源服務對系統用能效率提升、新能源消納具有重要作用，為了實現“雙碳”目標，大力發(fā)展綜合能源服務是一大關鍵[4]。綜合能源服務標準體系的建立，對綜合能源服務行業(yè)的有序健康發(fā)展及規(guī)范化進程發(fā)揮著指導性的作用。然而目前綜合能源相關標準缺乏完整體系的現狀阻礙了綜合能源服務行業(yè)標準建設的進展。

在綜合能源服務標準化進程方面，當前國際標準化組織尚未提出綜合能源系統及其服務的標準架構[5]；IEC（International Electrotechnical Commission）發(fā)布的智能電網核心標準[6]具有一定借鑒價值，然而仍然存在相關標準缺失、內容規(guī)范沖突等問題，難以滿足綜合能源服務標準體系的需求。綜合能源服務標準僅在傳統單一能源領域較為成熟[7]，在多能集成、增值服務、能源交易等新興行業(yè)領域缺少標準規(guī)范，同時各能源領域內的基礎規(guī)范尚未達成統一[8-10]，難以進行統籌規(guī)劃。

在標準體系布局方法研究方面，文獻[11]提出了新智能電網的分層架構、概念模型以及總體框架。文獻[12]針對特高壓、智能電網和清潔能源領域，提出了國際化GEI（global energy interconnection）標準體系構建的方法論。文獻[13]提出能源互聯網商業(yè)模式與業(yè)務評價標準體系。文獻[14-16]提供了標準體系構建的方法論，但未具體構建能源相關標準體系。總體上綜合能源服務缺乏理論指導下構建的標準體系。

綜上所述，針對目前分散、零亂的綜合能源服務相關標準現狀，本文進行了系統性的需求分析及布局研究：針對需求分析缺少數據支撐的問題，本文基于計量學的層次分析法、標準計量法、標準文獻調研法等科學手段，進行現有標準分布數據定量化的需求分析；針對現存體系架構缺乏理論基礎的問題，本文在系統工程學的理論指導下，綜合使用系統工程六維模型、工作分解結構、平行分解法、屬種劃分法，構建了更科學全面的綜合能源服務標準體系及前瞻布局。

1 基于文獻計量學的綜合能源服務標準體系需求分析

1.1 分析標準對象及方法

本文以國內綜合能源服務相關標準為研究對象[17-19]，采用如下研究方法[20]。

1）層次分析法：對綜合能源服務標準的層級分布及其數量進行分析。

2）標準計量法：統計分析標準的類別、國籍、起止時間、有效性等屬性參數，從而得出綜合能源服務標準生效時間、類別、技術行業(yè)分布情況等信息。

3）標準文獻調研法：對標準具體規(guī)定內容，以及要構建目標體系的關聯性等做出分析和判斷。

1.2 綜合能源服務現有標準情況分析

1.2.1 標準層級定量數據分布情況

目前專門為綜合能源系統設計提出的標準僅有國標3項、地標1項、團標1項。其余強相關標準皆為現存能源設施、輸配電網、能源技術、設備要求、能源市場等標準。

如圖1所示，現有綜合能源標準群中共有76項標準，包含國標22項，地標16項，團標12項，行標24項，其他標準2項。標準層級中，行業(yè)標準占比31.6%，在電力行業(yè)各種能源領域已經存在極大數量的標準規(guī)范，但它們自為一體，相互有交叉、重復、矛盾之處，需要后期整合與挑選。其次是占比28.9%的國家標準，這是由于目前綜合能源服務尚未在地方上廣泛普及，多數具有統一規(guī)劃的綜合能源標準還停留在國家層面。占比21%的地標中，內容較為單一、重復率較高。由于綜合能源服務業(yè)務目前投入實際運營的項目較少，未能支撐相關標準的產出。

圖1 標準層級構成Fig. 1 Standard hierarchy

1.2.2 標準有效時間定量數據分布情況

由圖2可知，綜合能源服務相關標準的發(fā)展在2003—2012年處于緩慢起步階段，每年僅有不到2項標準被提出。自2015年來，綜合能源服務標準迎來了發(fā)展快速時期，近兩年新標準的制修訂發(fā)展進度增速明顯。這既表明中國綜合能源服務行業(yè)處于起步階段，各項標準都存在空缺與不足，也同時顯示出綜合能源服務標準將會迎來發(fā)展高峰期，正需要一個兼顧全局、結構完善的標準體系框架和布局規(guī)劃，指導新標準制定。

圖2 標準生效時間Fig. 2 Effective date of standard

1.2.3 標準類別定量數據分布情況

按照綜合能源服務標準內容將其分為5大類，標準數量分布情況如圖3所示。

圖3 標準大類分布情況Fig. 3 Distribution of standard class

5類參考標準中基礎標準較少，而業(yè)務標準、信息化服務、增值服務和支撐技術參考標準較多，這是由于前者對標準內容中與綜合能源系統的相關性要求更高，難以在電力等其他類似標準中找到可以參考的部分。而后4項內容可以在已有的工業(yè)園區(qū)建設運維、大數據、電力交易、智能應用、其他能源標準等內容中得到參考。具體各類標準中參考標準數量統計如下。

由于綜合能源基礎標準針對性較強，目前較為欠缺。根據圖4所展示的業(yè)務標準分布情況進行分析可知涉及綜合能源系統設計建設的標準較多，此類標準可以借鑒現有工業(yè)園區(qū)、小型電力系統的建設與規(guī)劃標準。關于綜合能源系統運營和運維的內容較難在其他相似系統中找到參照。目前存在的與綜合能源系統驗收評價相關的標準很少，基本是關于電站、工業(yè)園區(qū)具體裝置的檢驗，內容過于散亂，與綜合能源系統的相關度極低，無法歸入綜合能源服務體系。

圖4 業(yè)務標準分布情況Fig. 4 Distribution of business standard

信息化服務分布情況如圖5所示，平臺標準主要可參考智慧城市服務平臺的內容框架；終端標準中關于能源控制、用能監(jiān)測和電力營銷的標準都有一定現有標準；綜合能源服務智能應用主要可采納現有的智能家居、智能配電控制標準。然而，現有試驗檢測標準基本都是計算機監(jiān)控系統標準，內容較為重復且難以直接應用于綜合能源服務中?，F有的優(yōu)化用能標準僅有能源監(jiān)測管理相關內容，缺少用戶側用能套餐選擇等標準。

圖5 信息化服務標準分布情況Fig. 5 Distribution of information service standard

圖6所示增值服務方面，綜合能源服務供需互動與金融交易數量較多，可以參考現有的電力系統需求響應與電力市場交易標準。然而依然缺少綜合能源項目碳資產、綜合能源服務項目證券化、綠證交易相關內容。

圖6 增值服務標準分布情況Fig. 6 Distribution of value-added service standard

現有支撐技術標準分布情況如圖7所示，多能集成標準主要內容為多能源互補技術標準，而能源供應則是集合了各種類能源生產相關標準，主要涉及到生物質能、光伏、火電、電化學等領域。

圖7 支撐技術標準分布情況Fig. 7 Distribution of supporting technical standards

1.2.4 標準行業(yè)領域定量數據分布情況

如圖8所示，目前存在的標準大多屬于電力行業(yè)。在能源方面，電力屬于傳統行業(yè)，發(fā)展時間較為久遠，標準化的進程較其他新興行業(yè)更為成熟。其次為能源行業(yè)，即近階段國家大力推廣的清潔能源、分布式新能源等其他能源生產、分配等一系列的規(guī)范化標準。極少數綜合能源服務配套設施規(guī)劃建設方面的標準僅屬于建筑行業(yè)。

圖8 行業(yè)標準構成Fig. 8 Industry distribution of standard

綜上所述，現有標準的行業(yè)分布較為集中，這表明了下一步拓展綜合能源服務標準行業(yè)覆蓋面的必要性。

1.3 綜合能源服務標準體系需求分析小結

從層級角度看，目前標準大多處于國家層級，下級標準較少，重復、交叉內容較多，缺乏統一規(guī)劃。從生效時間角度看，標準生效的年份集中在2018—2021年，綜合能源服務行業(yè)在標準化方面不成熟、有待進一步發(fā)展。從類別角度看，業(yè)務標準數量較多、發(fā)展較為成熟，系統工程驗收與評價、信息化服務的試驗檢測標準以及增值服務中的優(yōu)化用能標準極為缺失。從行業(yè)角度看，目前的綜合能源標準群多為基于傳統電力行業(yè)、工業(yè)園區(qū)與電力市場的相關標準，如規(guī)劃建設、能源供應等；而缺少面向客戶的相關標準，如平臺終端服務、優(yōu)化套餐選擇等。

2 基于系統工程學的綜合能源服務標準體系架構設計

2.1 標準體系構建方法

在系統工程學標準化方法中綜合選用以下4種方法：①標準化系統工程六維模型：用于確定標準類別和子體系級別，將霍爾三維結構擴充為六個維度，分別從時間（規(guī)劃→廢止）、邏輯（發(fā)現問題→實時計劃）、條件（人才、資金等）、級別（國際→團體）、性質（管理、經濟、技術）、對象（基礎、方法、工作、產品）六個方向對標準精確定位[21]。②工作分解結構：多用于總量龐雜，需要厘清層次、使結構清晰的項目，對復雜的對象進行自上而下逐步細化的層次分解，通過逐層，分解使其結構成為標準的體系結構。③平行分解法：將已有上下層級結構的體系進行平行劃分，以此擴充構建完整的標準體系框架。④屬種（過程）劃分法：適合專業(yè)性強的技術標準領域，通過標準所屬的業(yè)務領域、技術專業(yè)方向的特征規(guī)律進行標準體系的設計。

2.2 標準體系構建原則與流程

2.2.1 整體化系統工程構建原則

以文獻[14-15]所介紹的系統工程學理念為基礎，本文構建綜合能源服務標準體系時，始終從整體的視角進行布局，將設計出一個有機的、不斷發(fā)展的整體作為原則。綜合全局考慮設計的內外部要素，將標準設計目標對象、相關行業(yè)標準體系等外部要素與標準子類、具體內容等內部要素之間的交互關系和各子體系之間的影響進行統一兼顧的考慮。使設計出的綜合能源服務標準體系上下層級與平行關系之間都環(huán)環(huán)相扣，具有緊密的邏輯對應關系。

2.2.2 綜合能源服務標準體系構建流程

將綜合能源服務標準體系的設計過程視為一項工程項目，則以工程研制的視角可以將設計流程分為以下5個步驟：①要求定義：確定標準體系建設目標，根據收集分析行業(yè)發(fā)展現狀、標準化現狀以及相關文件規(guī)定的建設依據，對體系應包含的內容范疇、專業(yè)領域等指標做出計劃規(guī)定。②需求分析：調研現存體系的內容、業(yè)務涵蓋面、適用性等現狀，將其與目標進行對比，發(fā)掘兩者差距，得出標準需求，以此指導標準體系構建下一步的進行。③產品設計：對照體系建立原則、目標、以及需求，進行頂層設計構建標準體系大框架，進而細化具體結構層級設計。④產品實現：確定子類所在子體系、子類名稱及其內容。將體系內各板塊的級別、類別進行劃分，并歸入不同子類。⑤產品驗證：在綜合能源服務體系建立完成后，不斷根據體系需求的改變而優(yōu)化、修正體系框架。

本次綜合能源服務標準體系設計流程與方法對應如圖9所示。在頂層設計中，綜合工作分解結構和平行分解法進行標準體系大框架設計；在結構分層設計中根據標準內容特點選擇屬種劃分法進行細節(jié)構建；最后選用標準化系統工程六維模型進行標準子類及標準系列設計，以避免標準體系中各子類的級別、類別、內容出現重復交叉的現象。

圖9 流程方法對應圖Fig. 9 Correspondence between process and method

2.3 體系頂層框架設計

綜合能源服務標準體系的總體架構由“1個標準體系、5個子體系、15個子類、56個標準系列以及若干具體標準”組成。這樣的架構既簡潔實用，也利于日后根據實際執(zhí)行情況和市場變化進行拓展和完善。

如圖10所示，結合目前市場化、信息化的能源市場發(fā)展特點，本文提出的標準體系總體框架的子體系，在已有研究基礎[7]上增加了信息化服務與增值服務，總結共5個子體系。標準共提出15個子類，結合當前綜合能源服務發(fā)展需要，在業(yè)務子體系中增加了驗收與評價子類；將增值服務子類單獨開辟為1個子體系，內涵優(yōu)化用能、供需互動和金融交易3個子類；將平臺技術納入新增的信息化服務子體系內，并新增了終端標準、試驗檢測和智能應用子類?？傮w框架中提出了56個標準系列，極大的擴充了舊標準體系的涵蓋面，并將這些標準系列更加合理的歸入相應的子類內。

圖10 標準體系總體架構Fig. 10 Overall architecture of the standard system

2.4 標準結構分層設計

如圖11所示，本文根據綜合能源服務生產實際與標準構成，將傳統“物理、信息、商業(yè)”的分層方法進行改進。將綜合能源服務標準按照層級分為運營、能源、支撐三個相互依存的層面，將信息技術與其他技術歸為支撐層，將商業(yè)標準與其他運維運營等業(yè)務歸納為運營層。綜合能源服務的生產工作從能源產生到能源系統運營運維到最后的購售、增值金融服務，而各項關鍵支撐技術則貫穿各流程始終，由能源層作為媒介，運營層與支撐層都與其進行著資源、信息等交互。

圖11 結構分層設計圖Fig. 11 Structural stratification design

運營層面涵蓋內容有：規(guī)劃建設、運維檢測、能源交易、增值服務；電力層包含：能源生產、能源輸配、用戶側；支撐層的組成有：平臺終端、能源技術、集成技術。通過從三個層面角度進行概括，將綜合能源服務標準體系內所需涵蓋的專業(yè)領域全部納入其中，從而形成完整的綜合能源服務標準體系分層架構設計。

3 綜合能源服務標準體系布局方案

本節(jié)將展示經過子類、標準系列的細化設計后，最終呈現的綜合能源服務標準體系布局方案（簡略圖），如圖12所示。綜合能源服務標準體系詳細圖見附錄A。

1）基礎標準子體系。

基礎標準子體系為綜合能源服務標準提供通用性條款和規(guī)范支撐，組成部分包括綜合能源服務總則、術語、圖形標準、命名規(guī)則以及安全與環(huán)保等方面相關標準。

2）業(yè)務標準子體系。

規(guī)劃設計子類在綜合能源計劃建設階段對建設目標的資源負荷條件分析、勘察規(guī)劃設計方法選擇和具體執(zhí)行做出規(guī)范，是提升綜合能源系統整體能效的標準尺度和關鍵支撐，包括綜合能源系統資源估計與負荷分析、綜合能源系統勘察、綜合能源系統規(guī)劃、綜合能源系統設計等領域的相關標準。

工程建設子類是在綜合能源工程投入建設后，對工程建設工作和設備安裝配置工作的執(zhí)行做出規(guī)范，包括綜合能源系統工程建設實施、綜合能源系統設備建設安裝等工作相關的標準。

系統運營子類意在指導綜合能源系統實現能源靈活轉換，制定合理計劃滿足系統內不同負荷對能源種類、能源質量的需求，該子體系由綜合能源系統能量管理運營、綜合能源系統運行控制、綜合能源系統能源梯級利用等領域的相關標準組成。

系統運維子類為保證綜合能源系統安全運行、可靠供能提供支持，組成包括綜合能源系統運維檢修、綜合能源系統故障診斷兩部分的相關標準。

驗收與評價子類對綜合能源系統規(guī)劃建設成果以及運行過程的評判工作做出規(guī)范，對檢驗工程建設、運行情況有重要意義。其組成包括綜合能源系統規(guī)劃設計評價、綜合能源系統設備調試、綜合能源系統工程驗收、綜合能源能效與碳排放測評、綜合能源系統建設成效評估等。

3）信息化服務子體系。

平臺標準子類是綜合能源服務信息化、智能化管理的平臺建設基礎，是實現綜合能源系統多方信息交互，深入開展多能源數據監(jiān)測分析的重要保障，包括綜合能源系統運行管控平臺、綜合能源系統交易與服務平臺、綜合能源系仿真平臺、綜合能源系統信息安全、綜合能源信息系統接口、智能網關技術等技術領域的諸多標準。

終端標準子類為客戶提供智能調控、智能應用、交易預測、數據價值挖掘的服務提供技術保障，組成部分包括綜合能源系統控制終端、綜合能源量測終端、綜合能源智能應用終端等用客戶側終端技術領域標準。

試驗檢測子類為綜合能源信息平臺和多種終端設備的可靠運行提供規(guī)范基礎，該子類由綜合能源系統平臺調試、綜合能源系統平臺維護、綜合能源系統終端調試和綜合能源系統終端檢測幾部分標準組成。

智能應用子類為綜合能源系統用能側實現用能靈活管控提供技術支持，該子類由綜合能源系統智慧用能管理、智慧家居綜合監(jiān)控管理相關的產業(yè)技術標準構成。

圖12 標準體系布局Fig. 12 Standard system layout

4）增值服務子體系。

優(yōu)化用能子類是綜合能源企業(yè)為園區(qū)、公共建筑、工企業(yè)、農業(yè)農村、新興高載能等多類用戶提供高效、具有競爭力的定制化綜合能源服務整體解決方案的依據。該子類包括綜合能源供應與服務套餐設計、綜合能源系統后評價、綜合能源大數據服務、能源咨詢服務等服務模式的相關標準。

供需互動子類為用戶主動參與能源系統運行調節(jié)提供規(guī)范化的服務模式。各類用戶與能源企業(yè)達成交易，由企業(yè)向用戶讓利，用戶通過調節(jié)負荷參與能源系統優(yōu)化調控。該子類的組成部分包括綜合能源虛擬電廠、綜合能源需求響應等。

金融交易子類為能源企業(yè)和用戶的綜合能源相關交易提供保障。該子類的組成部分包括綜合能源項目碳資產、綜合能源服務項目證券化、綠證交易、多能源交易等能源領域金融服務和交易過程的標準。

5）支撐技術子體系。

多能集成子類為加強區(qū)域內多種能源供應系統耦合，實現多種能源系統協同、安全、穩(wěn)定集成調控提供技術保障，包括多能系統集成、能量路由器等技術的相關標準。

能源供應子類為用戶側區(qū)域綜合能源系統實現能源聯產、多能互補互濟、靈活轉換、存儲以及可控負荷靈活調節(jié)提供技術支持，包括分布式光伏、分布式風電、天然氣熱電聯產技術、電化學儲能技術、熱儲能技術、蓄冷技術、生物質能綜合利用、電動汽車充放電、余熱回收等技術的相關標準。

4 結論與展望

在能源革命逐步推進，綜合能源服務行業(yè)初步興起的背景下，綜合能源服務行業(yè)各方面的標準化工作對行業(yè)的有序健康發(fā)展尤為重要。目前綜合能源服務相關標準處于大量空缺、內容重復、交叉、相互沖突的不成熟階段。在此情況下，本文提出了綜合能源服務標準體系的布局構建，在理論體系建設、促進能源行業(yè)發(fā)展方面，達到了如下優(yōu)化效果。

1）將計量學方法應用于現存標準層級、生效時間、類別、行業(yè)等分布情況的定量統計與需求分析。發(fā)揮系統工程學中4種方法各自優(yōu)勢，依據“整體、有機、發(fā)展”的原則，進行標準頂層框架、層級、結構細節(jié)設計，形成了“1個標準體系、5個子體系、15個子類、56個標準系列以及若干具體標準”的完整邏輯框架，從而使體系建設更科學、具有理論優(yōu)勢。

2）通過分析當前綜合能源服務相關標準制定情況與標準需求，提出更加符合目前標準需求狀況、結構更科學的標準體系布局，指導綜合能源服務行業(yè)新標準的制定和規(guī)劃，促進標準化工作的健康、有序推進。

3）以完整、科學的綜合能源服務標準體系架構和布局規(guī)劃，推動綜合能源服務行業(yè)發(fā)展，從而促進能源高效利用、降低能耗和碳排放，促進達成“雙碳”發(fā)展目標。

附錄A 綜合能源服務標準體系（詳細圖）