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2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”2020年我国作出“双碳”承诺，建筑行业迈入“碳中和”时代，逐步向零能耗、零碳建筑发展。2022年3月住房和城乡建设部印发《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》，提出“到2025年，完成既有建筑节能改造面积3.5亿平方米以上，建设超低能耗、近零能耗建筑0.5亿平方米以上”。
《中国建筑能耗研究报告（2020）》显示：2018年全国建筑全过程能耗总量为21.47亿tce（吨标准煤当量），占全国能源消费总量比重为46.5%；全国建筑全过程碳排放总量为49.3亿吨CO 2 ，占全国碳排放的比重为51.3%。其中，建筑施工阶段能耗0.47亿tce，占全国能源消费总量的比重为2.2%；建筑运行阶段能耗10亿tce，占全国能源消费总量的比重为21.7%。建筑施工阶段排放1亿吨CO 2 ，占全国碳排放的比重为1%；建筑运行阶段排放21.1亿吨CO 2 ，占全国碳排放的比重为21.9%。
作为碳排放大户，建筑业一直存在资源消耗大、污染排放高等问题。根据国务院发展研究中心发布的《2050年中国能源碳排放报告》，当前建筑领域用能占国家总耗能比例已超过20%，仅次于工业和交通业。而且，从2009年到2018年，建筑领域的碳排放增加了57%。根据模型预测，在2050年基本碳中和的目标下，建筑总能耗需要减少到当前的三分之一。
建筑行业的高能耗和高碳排放意味着建筑行业有极大的节能减碳潜力，面对较大的碳减排压力，建筑领域应寻求节能环保的绿色低碳发展道路，助力“双碳”目标的实现。零能耗建筑由此诞生并迅速成为建筑发展最新趋势。以我国现有建筑能耗和碳排放为计算标准，碳达峰时间为2040年，碳排放27.01亿吨，2060年，碳排放14.99亿吨，无法实现碳中和；引入实现零能耗建筑的碳排放模型，碳达峰时间为2025年，碳排放23.15亿吨，2060年碳排放4.21亿吨，比基准情况下降72%。因此，发展零能耗建筑是解决建筑行业的高能耗、高碳排放问题的有效手段。除此之外，建筑中还有许多节能减碳的策略，如大力推广绿色建筑、超低能耗建筑、“光储直柔”建筑等。
园区根据主要建筑类型和功能分为生产制造型园区、物流仓储型园区、商办型园区及综合型园区等，根据主导产业分为软件园区、物流园区、文化创意产业园区、高新技术产业园区、影视产业园区、化工产业园区、医疗产业园区和动漫产业园区等。
园区是我国国民经济发展的重要载体，也是带动地区经济发展和实施区域发展战略、促进科技创新和发展高新技术产业的主要阵地。经过40多年的发展，我国园区形成了丰富多样且完整的现代工业体系，但也面临能源资源消耗高、生态环境风险高等复合型挑战。
园区作为带动区域经济发展和实现区域战略的重要平台，是产业的聚集地，同时也是能源消耗与碳排放高度集中的场所。近年来，虽然在节能减排和生态环保要求下，各地纷纷调整产业结构，逐步淘汰高耗能、高污染的落后产能，但化工、电解铝等高能耗产业依然主要分布在园区，很多开发区的产业结构仍然偏重，用能需求也较大。据统计，我国近70%的工业用能集中在园区。同时，园区能源结构依然以煤炭为主，以煤为原料的机组装机容量占比高达87%，天然气、新能源等应用不足。尤其是在水电资源不丰富的西部地区，煤炭依然是主要能源，清洁能源消费占比较低。此外，部分园区对余热余压等能源利用重视不够，能量得不到充分利用，导致园区能源利用效率偏低。
有研究表示，以2014年为基准年，园区在役的能源基础设施装机容量达515 GW，占全国该年发电总装机容量的38%，这些设施的温室气体排放量占到全国的21%，其中SO x 排放占12%,NO x 排放占15%；新鲜水消耗为全国工业新鲜水用量的5%。工业园区是能源集中消耗的大户，现有工业园区温室气体排放约占全国的31% [1] 。
园区降碳已成为我国节能降碳政策关注的重点。2021年10月国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》，要求：实施园区节能降碳工程，以高耗能高排放项目集聚度高的园区为重点，推动能源系统优化和梯级利用，打造一批达到国际先进水平的节能低碳园区。该方案还要求：选择100个具有典型代表性的城市和园区开展碳达峰试点建设，在政策、资金、技术等方面对试点城市和园区给予支持。2021年12月国务院发布《“十四五”节能减排综合工作方案》，把园区节能环保提升工程列为节能减排重点工程。国家能源局发布《2022年能源工作指导意见》，明确要加快能源系统数字化升级，推动分布式能源、微电网、多能互补等智慧能源与智慧城市、园区协同发展；适应数字化、自动化、网络化能源基础设施发展，建设智能调度体系，实现源网荷互动、多能协同互补及用能需求智能调控。可以说，实现园区节能降碳，是实现碳达峰碳中和目标的重中之重 [2] 。
2021年2月《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》中提出：到2025年，产业结构、能源结构、运输结构明显优化，绿色产业比重显著提升，基础设施绿色化水平不断提高，清洁生产水平持续提高，生产生活方式绿色转型成效显著，能源资源配置更加合理、利用效率大幅提高，主要污染物排放总量持续减少，碳排放强度明显降低，生态环境持续改善，市场导向的绿色技术创新体系更加完善，法律法规政策体系更加有效，绿色低碳循环发展的生产体系、流通体系、消费体系初步形成。到2035年，绿色发展内生动力显著增强，绿色产业规模迈上新台阶，重点行业、重点产品能源资源利用效率达到国际先进水平，广泛形成绿色生产生活方式，碳排放达峰后稳中有降，生态环境根本好转，美丽中国建设目标基本实现。
随着时代的快速发展，能源成本费用呈上升趋势，能源成本在企业利润中占据较大比例。能耗成本不断上升，实现能耗管理最优化和能源成本最小化成为企业节本增效的重要任务。
传统化工企业在设备运行的能源数据采集中采用人工现场查看的方式对仪器仪表进行维护，对数据进行抄取、采集，然后进行数据汇总分析，建立数据库管理系统。这种操作方式极大地降低了数据采集效率，且不能满足大范围的数据采集需要和实时监测变化的需求，增加了现场采集工人的危险系数，而且使数据存在滞后现象，从而使得现场故障处理不及时。
中央政府在推动住房城乡建设领域公共建筑节能改造工作中，鼓励采取合同能源管理模式。中央财政同时安排了“合同能源管理财政奖励资金”予以专项支持：“中央财政奖励标准为240元/吨标准煤，省级财政奖励标准不低于60元/吨标准煤。”合同能源管理机制的载体是节能服务公司，是一种基于合同能源管理机制运作的以营利为直接目的的专业化公司。由于节能服务公司提供了专业化的服务，并承担了节能改造的初始成本和风险，有效地减少了投资浪费，所以较之业主自行投资的节能改造，合同能源管理模式的节能改造成功率更高。现有合同能源管理主要有三种类型，分别为节能效益分享型、节能保障型、能源费用托管型。目前节能效益分享型的合同能源管理模式较为普遍。
在建筑运营阶段的节能手段包括智能化控制节能与建筑能耗管理节能。智能化控制节能即通过智能化控制系统对建筑设备的运行进行优化控制并对建筑环境进行调节，以达到舒适、节能的目的。常见的控制节能手段有楼宇自控系统、智能照明系统等。而建筑能耗管理节能即通过建筑能源管理系统（ Building Energy Management System, BEMS）对能源消耗进行准确测量和精确分析，并依据分析结果采取相应的管理措施和技术措施，从而达到节能的目的。管理节能本身不能使设备能耗降低，而是让运营者知道能耗的来源及处理方式。建筑能源管理系统的核心作用是通过对耗能设备的监测，对能耗数据统计和分析，找出低效率运转的设备和能耗异常的设备，优化运行策略，建立能源使用计划和系统节能改造方案，从而提高建筑物能源利用率和能源管理水平。
进入21世纪，建筑行业在全国迅猛发展，建筑能耗在全社会能源消费中的比例持续上升，特别是近些年来，随着大量新建智能建筑的出现，尤其是一些高档大型公共建筑的增多，我国建筑用能特别是智能建筑用能，更是呈现出突飞猛进的增长趋势。而与传统建筑相比，智能建筑有其独特的建筑运行模式和管理方法，其运行管理的核心是建筑自动化系统（ Building Automation System,BAS） ，这也为建立建筑能源管理平台提供了更为便捷、有效及准确的技术基础。对于智能建筑而言，建筑能源管理需实现多项基本功能，包括能源消耗数据采集、图表化能源数据分析、能耗经济性分析和建筑物用户管理等。智能建筑能源管理平台可以最终实现网络通信、系统集成、能源分析的有机结合，实现能耗跟踪、故障诊断及节能方案的远程或就地控制。一般而言，建筑能源管理可以分为微观层面和宏观层面上的管理。在微观层面上，主要是通过对建筑物的日常运行维护和用户耗能的行为方式实施有效的管理，还有通过节能改造和能效改善实现节能。在宏观层面上，主要是政府主导政策和法规的制定，从而在建筑设计中贯彻节能标准，对建筑工程项目的节能进行审核、评估监管和验收等。从具体操作性和直观性上讲，微观层面的能源管理更加务实，也蕴藏着很大的节能潜力。
《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》中“城乡建设碳达峰行动”部分明确指出：“提高建筑终端电气化水平，建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的‘光储直柔’建筑”。“光储直柔”技术可分解为光、储、直、柔四项新技术。“光”即太阳能光伏技术：在建筑中建立分布式光伏发电系统。“储”即储能技术：分布式储电，可减少光伏产生的电能逆变上网，建筑再从电网上用电这一过程的出现。“直”即直流技术：建筑不再使用交流配电网，而是使用直流配电系统，避免交直流转换带来的不必要损耗。“柔”即柔性用电技术：建筑用电设备具有可中断可调节的能力，可以实现需求侧用能的调控，避免“峰谷”的出现。“光储直柔”技术利用“源网荷储”理念从建筑供能侧、传输侧、储能侧和用能侧进行全面优化。其中供能侧可提高可再生能源用能比例，全面就地消纳光伏能源，做到低碳、零碳供给；传输侧采用直流配电，系统效率得到很大提升，可省去较多整流（交流/直流，AC / DC）与逆变（直流/交流，DC / AC）等电力电子变换设备，用户的安全性与使用便捷性也能得到很大提升，电气系统控制也会更加简单，母线电压允许更大范围的波动，实现供电可靠性的解耦；储能侧更容易在未来助力电动车实现能量的双向流动，不仅满足充电的需求，更能实现放电短暂供给；用能侧通过负荷与光伏、储能的动态匹配更容易实现与电网的柔性交互 [3] （图1.1）。
图1.1 建筑光储直柔示意图
现阶段园区能源使用呈现出五大特点：①园区以工业负荷为主，终端用能形式主要为电、热、气、冷等，生产端涉及煤、燃气、生物质等多种能源的加工、转化和供给，能源系统复杂；②园区发展阶段、产业结构各异，呈现出流程型、离散型、新兴研发型等不同用能特征，负荷需求具有多样性、时空异质性；③园区集聚大量企业，对冷、热、电等能源品种及气、水等载能公共产品的需求量大且集中，对供应可靠性、质量要求较高；④园区能源负荷特性复杂，对供能可靠性、稳定性要求苛刻，输配送系统的运行调度复杂，对清洁、高效、可靠、经济的综合能源供应服务需求强烈；⑤大部分园区内建有热电联产、热力厂、发电厂等能源基础设施。
随着中国经济的高速发展和全球化带来的机遇，能源消费总量不断增加，能源与环境问题已经成为制约我国经济和社会发展的重要因素。为应对能源、环境以及气候变化的挑战，发展低碳经济是实现经济可持续增长的必由之路，传统的节能管理方式和举措难以满足产业园区运营方节能管理的需求。借助信息技术工具，搭建园区智慧能源管理平台，已成为持续推进节能降耗和实现用能精细化管理的必然趋势，也是建设智慧园区的重要组成部分。
智慧园区的实现是多技术融合、多系统融合、多领域融合的综合性应用系统，更成熟的智慧园区需要具备包括完全可控制的全面感知能力、各个子系统的互联互通能力、园区数据信息集中共享的整合能力、与内外部系统的协同与优化能力、基于主动学习和智能响应的智慧化运行能力在内的五个主要能力，这五个能力概括了智慧园区应用系统从具体到整体、从底层到顶层的主要特征。
智慧园区的成功实施，在很大程度上减少和节约园区中各种物质和能源的投入，减少资源和能源的消耗，减少环境污染，并使市场配置资源的效果进一步改善，劳动生产率进一步提高。这将推动园区内生产、生活、管理方式和经济发展观发生前所未有的深刻变化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的全新发展形态的经济发展道路。
与智慧园区相比，传统园区的发展是以生产要素为驱动的规模化扩张，忽略了对园区发展质量与效率的提高，而“智慧园区”则是以信息、知识和智力资源为支撑，强调均衡有效地提高园区运行和管理效率，跨越式提升园区发展的创新性、有序性和持续性。
未来，智慧园区的建设可带来的直接效应就是园区运转高效有序、产业经济充满活力、环境绿色节能、生产品质高效、社区生活尽在掌握。我们提出的智慧园区的愿景是以智慧园区建设构建完善可靠的信息基础设施和安全保障体系，为园区丰富的信息化应用奠定全方位基础：使信息资源得到有效利用，信息应用覆盖社会、经济环境、生活的各个层面；使智慧化的生产、生活方式得到全面普及，人人享受到信息化带来的成果和实惠。
大型园区能源管理是一个复杂而具有挑战性的任务，涉及多个方面的难点和考虑因素。下面将详细探讨这些难点，并解释为什么它们对大型园区能源管理的成功至关重要。
首先，大型园区通常涵盖了多种功能的建筑类型，如办公楼、工厂、仓库和商业设施等。每种建筑类型都具有不同的需求特征和建筑物理特性，这使得能源管理变得复杂。例如，办公楼可能需要提供稳定的温度和照明，而工厂则需要满足高能耗设备的能源需求。针对不同建筑类型的能源需求进行有效的管理，需要针对每个建筑类型开发不同的策略和解决方案，以确保能源的有效利用和分配。
其次，园区能源管理还涉及数据结构、误差精度和时间尺度等方面的多样性和相互关联性。能源管理需要收集和处理大量的数据，包括能源消耗数据、设备运行数据、天气数据等。这些数据具有不同的格式和结构，来自不同的系统和设备，因此需要建立适当的数据结构和信息交互平台，以便有效地获取、存储和分析这些数据。此外，由于数据的收集和处理存在一定的误差，需要确保误差精度在可接受范围内，以准确评估能源使用情况和效率。同时，能源管理还需要考虑时间尺度的问题，如小时、日、月和年度的能源需求和消耗变化，以便进行合理的规划和调整。
最后，园区能源管理还面临着在用能需求、生产需求、经济成本、可再生能源利用以及未来智慧电网中的自主平衡的问题。园区内的不同建筑和设备具有不同的能源需求，包括供热、供冷、供电等方面。为了满足这些需求，需要确保能源的可靠供应和平衡分配。此外，对于生产型园区，如工厂和加工厂，需要根据生产需求合理安排能源使用，以提高生产效率和降低能源成本。同时，大型园区能源管理还需要考虑可再生能源的利用，如太阳能和风能等，以减少对传统能源的依赖并降低环境影响。未来智慧电网的发展将使能源管理更加自主化和智能化，需要建立相应的技术和系统，以实现园区能源的自动监控、优化和平衡。 [4]
总之，大型园区能源管理面临多个难点，包括园区多覆盖多种功能建筑类型、数据结构和误差精度的多样性、时间尺度的问题，以及在用能需求、生产需求、经济成本、可再生能源利用上的平衡及未来智慧电网中的自主平衡。解决这些难点需要综合考虑建筑特性、数据管理、能源规划和技术创新等方面的因素，采用先进的技术和系统，从而实现园区能源的高效管理和可持续发展。