随着我国经济社会持续发展，能源生产和消费模式正在发生重大转变，能源产业肩负着提高能源效率、保障能源安全、促进新能源消纳和推动环境保护等新使命。传统能源系统建设以单一系统的纵向延伸为主，能源系统间物理互联和信息交互较少。能源生产和消费模式的重大转变，要求改变传统能源系统建设路径和发展模式，构建综合能源系统。构建综合能源系统是“建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系”的题中应有之义。
综合能源系统，是指一定区域内的能源系统利用先进的技术和管理模式，整合区域内石油、煤炭、天然气和电力等多种能源资源，实现多异质能源子系统之间的协调规划、优化运行、协同管理、交互响应和互补互济，在满足多元化用能需求的同时有效提升能源利用效率，进而促进能源可持续发展的新型一体化能源系统。多能互补、协调优化是综合能源系统的基本内涵。多能互补是指石油、煤炭、天然气和电力等多种能源子系统之间互补协调，突出强调各类能源之间的平等性、可替代性和互补性。协调优化是指实现多种能源子系统在能源生产、运输、转化和综合利用等环节的相互协调，以实现满足多元需求、提高用能效率、降低能量损耗和减少污染排放等目的。构建综合能源系统，有助于打通多种能源子系统间的技术壁垒、体制壁垒和市场壁垒，促进多种能源互补互济和多系统协调优化，在保障能源安全的基础上促进能效提升和新能源消纳，大力推动能源生产和消费。
在长期的经济发展中，我国能源生产和消费总量不断增长，传统化石能源被过度开发和利用，导致生态环境污染和能源安全等问题比较突出，制约我国可持续发展，因此需要更加注重清洁能源（包括可再生能源）的开发和利用。同时，随着经济全球化深入发展和“一带一路”建设扎实推进，我国的国际能源合作进一步加强，能源资源、技术和市场更加多元化。在此背景下，需要接纳包括清洁能源在内的多种能源，提高各种能源的利用效率，促进能源系统之间的协调优化，实现多种能源的互补互济。
传统的能源系统是按照不同能源类型划分的，由相对独立的多个子系统构成，各类能源产业都通过自身的规划、建设、投资和运营来确保本能源的供需平衡。这种传统的能源系统在提高能源利用效率、实现能源互补、从整体上解决能源需求问题时面临一些障碍：一是各类能源的特性不尽相同，要在能源生产、运输和使用环节实现互补协调存在技术壁垒，特别是清洁能源和传统化石能源之间的互补协调技术发展滞后。二是各类能源子系统之间在规划、建设、运行和管理层面都相互独立，存在体制壁垒。三是各类能源子系统之间缺乏价值转换媒介和机制，难以实现能源互补带来的经济效益和社会效益，存在市场壁垒。
构建综合能源系统可以打破上述“三个壁垒”，即通过创新技术，根据异质能源的物理特性明晰能源之间的互补性和可替代性，开发能源转化和存储新技术，提高能源开发和利用效率，打破技术壁垒；通过创新管理体制，实现多种能源子系统的统筹管理和协调规划，打破体制壁垒；通过创新市场模式，建立统一的市场价值衡量标准和价值转换媒介，从而实现能源转化互补的经济价值和社会价值，打破市场壁垒。
应对复杂的国际能源格局。目前，世界经济发展处于深度调整期，国际能源格局随着经济形势、供需状况等变化而发生深刻变化，给我国能源安全带来巨大挑战。综合能源系统是一种新型的能源供应、转换和利用系统，利用能量收集、转化和存储技术，通过系统内能源的集成和转换可以形成“多能源输入—能源转换和分配—多能源输出”的能源供应体系。“多进多出”的能源供应体系将在很大程度上降低覆盖区域对某种单一能源的依赖度，对于规避能源供应风险、保障能源安全具有重要作用。
破解清洁能源电力消纳难题。目前我国的清洁能源电力消纳尚不尽如人意，其成因较为复杂。其中有两个最重要的原因：一是清洁能源发电出力的波动特性，使电力系统调峰存在一定困难；二是清洁能源电力覆盖区域的市场消纳能力有限。综合能源系统集成多个能源子系统，通过系统内的能源转换元件实现能源的转置和梯级利用，通过供需信号对不同能源进行合理调配，使能源子系统具备更加灵活的运行方式，可以较为有效地解决上述两个问题。清洁能源电力富余时，综合能源系统可以将其吸收转化甚至存储起来；清洁能源电力不足时，综合能源系统可调配其他能源填补空缺。此外，清洁能源可以通过综合能源系统进行能量形式转换，并利用综合能源系统中其他能源系统的管网和负荷进行输送或消纳。
突破能源技术创新瓶颈。在以低碳、互联、开放为特征的现代社会，低碳低排放等环保因素、能源系统的智能化和自愈性等技术因素以及平等开放、多赢共生等市场因素变得越来越重要，正成为能源产业发展的硬约束。综合能源系统的构建将加速能源技术创新，创新瓶颈。建设综合能源系统可以促进能源产业链各个环节的技术开发和融合，进而推动保障能源产业可持续发展的基础技术创新，推动包括广域电力网络互联技术、多能源融合与储能技术、能源路由器技术和用户侧自动响应技术在内的多种技术的创新和应用。这些技术创新和是能源产业发展实现智能自洽、平等开放和绿色低碳的必要条件，也是建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系的基础。
随着经济的发展和工业化的推进，一国的能源消费总量逐渐达到上限，以能源消费推动经济发展和工业化进程的方式就会发生改变，环境保护和能源安全将成为能源战略向多元化和清洁化方向转型的驱动力。我国目前正处于这一关键的能源战略转型阶段。特别是《巴黎协定》正式生效后，我国能源战略转型更是迫在眉睫。构建综合能源系统，有助于推动我国能源战略转型。
向清洁低碳转型。综合能源系统打破不同能源行业间的界限，推动不同类型能源之间的协调互补，将改变能源的生产方式、供应体系和消费模式。通过物理管网和信息系统的互联互通，综合能源系统增强了能源生产、传输、存储、消费等各个环节的灵活性，可以大力推动清洁能源开发设备和移动能量存储设备的规模化和经济化应用，能够有效改善能源生产和供应模式，提高清洁能源的比重，实现能源生态圈的清洁低碳化。
向多元化转型。当前，能源开发利用技术不断推陈出新，供应侧的非常规油气、可再生能源技术以及需求侧的新能源汽车、分布式能源和储能技术等新技术的应用加速了能源结构调整，推动能源格局向多元化演进。综合能源系统本质上是一个多能源的综合开发利用系统，它可以简化多元能源耦合开发利用的路径，实现多元能源互补互济、协调优化，提高综合用能效率，是促进我国能源战略向多元化转型的重要助力。
向全方位国际合作转型。受世界经济和因素影响，全球能源安全的不确定性增加。全方位加强国际合作是我国实现开放条件下能源安全的有效途径。未来的国际能源合作必然是多个区域、多种能源、多类主体之间的合作。综合能源系统的能源市场是电力市场、石油市场和天然气市场等传统能源市场在综合能源系统中的融合，具有更好的市场包容性和灵活性，多数能源都可在系统内实现转换和互补利用。在国际能源合作中，综合能源系统还可以增强我国在国际能源市场上对各类能源的选择性消纳能力，使我国对外能源合作方式从“只能要我需要的”向“可选综合性价比最高的”转变，在国际能源合作中真正做到互利共赢。
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