1園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)中能源綜合配置存在的問題

一直以來，我國園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)用戶用能方式多元化、電力消耗量也大。據(jù)統(tǒng)計，我國七成的工業(yè)用能都集中在園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)。對于園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)而言，開展綜合能源服務(wù)越來越有必要。綜合能源服務(wù)是適應(yīng)現(xiàn)代能源供應(yīng)體系和消費(fèi)方式多樣化變革的需要，將供能側(cè)的多種供能方式和用能側(cè)的多種需求響應(yīng)進(jìn)行排列組合而形成的能源服務(wù)創(chuàng)新模式。

目前我國園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)的能源系統(tǒng)主要存在以下幾點(diǎn)問題：

①能源供應(yīng)安全保障不足，很多園區(qū)由于供電、供氣、供熱等能源供應(yīng)安全保障不足，影響其經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

②能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理，傳統(tǒng)能源的使用比例過高，給園區(qū)節(jié)能減排帶來巨大壓力。

③管理方式粗放，管理平臺覆蓋率低，存在管控盲點(diǎn)。

④新能源應(yīng)用比例不高，開發(fā)利用可再生能源的意識不足。

⑤管理方式粗放，數(shù)據(jù)變量大、屬性雜，對于能源的使用情況難以實時掌控和直觀呈現(xiàn)。

2園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)綜合能源系統(tǒng)架構(gòu)

我國工業(yè)園區(qū)中的能量流通過程包括能源生產(chǎn)、能量轉(zhuǎn)換、能量傳輸、能源儲存和能源消費(fèi)5個環(huán)節(jié)，包含風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、光熱電站、燃?xì)獍l(fā)電、燃?xì)庵茻帷㈦娭评?、吸收式制冷等多種用能形式，用能種類多、數(shù)量大，節(jié)能空間廣。常見的供能系統(tǒng)有冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)等。工業(yè)園區(qū)內(nèi)普遍建設(shè)了用能監(jiān)控管理系統(tǒng)，用于對工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，但能源結(jié)構(gòu)不合理，缺乏聯(lián)動方式及策略，能源利用率偏低；其次，部分工業(yè)園區(qū)正在使用的用能監(jiān)控管理系統(tǒng)只具備分析功能，不能對各能源模塊實施控制，無法實現(xiàn)能源設(shè)備出力的自動調(diào)節(jié)，使得工業(yè)園區(qū)整體能源效率偏低，提升空間巨大。

園區(qū)綜合能源系統(tǒng)架構(gòu)包含物理層、信息層和服務(wù)層。物理層是物質(zhì)基礎(chǔ),實現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸、供應(yīng)等功能；信息層是數(shù)據(jù)與控制中心，利用能源數(shù)據(jù)與信息通信技術(shù), 進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互與共享、智慧用能控制、數(shù)據(jù)價值挖掘等；服務(wù)層是管理樞紐, 基于綜合能源系統(tǒng)物理架構(gòu)及數(shù)據(jù)、信息技術(shù)的支撐, 在清潔能源消納、能源效率提升、能源智慧管理等方面提供綜合能源的整體解決方案。園區(qū)綜合能源服務(wù)的商業(yè)模式是基于上述3個層次進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計與實施。

3園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)的能源消費(fèi)情況

園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)按其產(chǎn)業(yè)類型可分為綜合類、行業(yè)類和靜脈產(chǎn)業(yè)類園區(qū)。綜合類園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)集群程度較高, 行業(yè)類別較多,資源消耗種類也繁多復(fù)雜；行業(yè)類園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)一般以某一類行業(yè)及其衍生行業(yè)為核心, 資源消耗種類相對簡單,靜脈產(chǎn)業(yè)類園區(qū)主要從事再生資源回收、加工和利用, 其用能類型也相對簡單, 以電等二次能源為主。

除生產(chǎn)用能以外, 園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)內(nèi)的商業(yè)、居民建筑、園區(qū)交通等, 也是園區(qū)用能的重要組成。目前園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)能源消費(fèi)面臨著諸多問題, 如：能源消耗總量大, 溫室氣體排放量大；園區(qū)內(nèi)電、水、熱等能源的耦合利用不足, 各類企業(yè)資源回收、余能利用不足, 能源綜合利用率不高；因本地資源稟賦、能源網(wǎng)絡(luò)調(diào)度技術(shù)等因素的限制, 導(dǎo)致清潔能源應(yīng)用比重不高等。

4終端電氣化面臨規(guī)模數(shù)量成本綜合制約

終端電氣化是園區(qū)深化節(jié)能降碳的關(guān)鍵舉措。當(dāng)前，園區(qū)大部分企業(yè)的裝備電氣化面臨單體規(guī)模小、數(shù)量多的問題，節(jié)能提效技術(shù)創(chuàng)新及裝備推廣存在投入成本高等短板。課題組對某典型精細(xì)化工園區(qū)進(jìn)行了專題研究，分析了其八大類5000臺存量電機(jī)設(shè)備，總?cè)萘?00 MW，單臺設(shè)備的平均容量約10kW，其中單機(jī)容量大于15kW以上的電機(jī)設(shè)備數(shù)量僅占設(shè)備總數(shù)的35%，容量占81%，小規(guī)模電機(jī)的能效提升面臨較大挑戰(zhàn)，需要電機(jī)技術(shù)的整體提升。

5園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)綜合能源配置的商業(yè)模式

分布式能源具有靈活性高、排放低、就地利用等優(yōu)勢，是園區(qū)能源利用的主要方式。分布式能源系統(tǒng)建設(shè)的業(yè)務(wù)方向包括:

①基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，即能源基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)，微能網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)及運(yùn)營，以及存量配電網(wǎng)向智能電網(wǎng)發(fā)展的改造等；

②區(qū)域性分布式發(fā)電廠的建設(shè)運(yùn)營,如：園區(qū)大規(guī)模屋頂光伏和立面光伏系統(tǒng)的建設(shè)；

③虛擬電廠的建設(shè)，利用通信及控制技術(shù),整合不同類型分布式能源，有機(jī)結(jié)合儲能側(cè)和需求側(cè)的可用負(fù)荷，實現(xiàn)對發(fā)售電側(cè)的協(xié)調(diào)運(yùn)行；

④發(fā)電與其他行業(yè)的耦合，如：參與制氫、制甲烷等能源轉(zhuǎn)換過程。

位于江蘇無錫的紅豆工業(yè)園內(nèi)有紡織服裝、橡膠輪胎、生物醫(yī)藥等多個產(chǎn)業(yè)，園區(qū)于2001年建設(shè)了自備熱電廠，同時滿足園區(qū)內(nèi)客戶的用電及用熱需求。2012年起，利用廠房屋頂建設(shè)分布式光伏系統(tǒng)，并投建儲能電站，緩解園區(qū)電網(wǎng)調(diào)節(jié)壓力，平滑整體用電負(fù)荷，起到了削峰填谷，多能互補(bǔ)的作用。預(yù)計到2020年，園區(qū)整體清潔能源占比將提升至15%，單位產(chǎn)值能耗下降8%，綜合用能成本降低10%。 

6推進(jìn)園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)節(jié)能降碳重點(diǎn)工程

從系統(tǒng)工程和全局視角，推進(jìn)園區(qū)經(jīng)濟(jì)—能源—環(huán)境（“3E"）系統(tǒng)整體優(yōu)化，實施園區(qū)節(jié)能降碳增效工程。鼓勵優(yōu)先利用可再生能源，實施能—水統(tǒng)籌，強(qiáng)化節(jié)約、提效、開源，產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)雙優(yōu)化、雙清潔化，優(yōu)化資源要素配置；以園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施為重點(diǎn)，推動能源、環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)優(yōu)化和循環(huán)共生；構(gòu)建智慧管理平臺，推動能源管理與園區(qū)安全、環(huán)保、物流等一體化、智慧化。為此，園區(qū)節(jié)能降碳建議優(yōu)先抓好以下重點(diǎn)工程：

①園區(qū)節(jié)能降碳分類指導(dǎo)能力建設(shè)工程

②園區(qū)三級計量精細(xì)化物質(zhì)流能量流管理提升工程

③園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施共生節(jié)能減污降碳提效工程

④園區(qū)數(shù)智強(qiáng)鏈數(shù)字化電氣化工程

⑤園區(qū)綜合能效提升系統(tǒng)工程

7工業(yè)園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)構(gòu)成

把一個工業(yè)園區(qū)的能源系統(tǒng)看成一個微網(wǎng)，這個能源微網(wǎng)可能由微電網(wǎng)、給/排水網(wǎng)、供冷/熱管網(wǎng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)等等組成。要提高園區(qū)的能源利用效率，管理者首先要實現(xiàn)對園區(qū)各類能源的精細(xì)化管理，實現(xiàn)多級能源計量和評估，這就需要建立一套園區(qū)能源的數(shù)字化系統(tǒng)，系統(tǒng)可以反饋整個園區(qū)能源的運(yùn)行情況。能源數(shù)字化系統(tǒng)包括物理系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和信息系統(tǒng)三個維度。

圖1 園區(qū)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)的三維構(gòu)成

物理系統(tǒng)是能源的物質(zhì)基礎(chǔ),實現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸、供應(yīng)等功能，以微電網(wǎng)為例，包括市電、新能源(光伏、風(fēng)力發(fā)電等)、變壓器、輸配電開關(guān)柜、儲能系統(tǒng)、用電負(fù)荷（空調(diào)、照明、電機(jī)等）、V2G充電樁等等。

很多物理系統(tǒng)不具備數(shù)字化通訊能力，需要配置感知設(shè)備實現(xiàn)對物理系統(tǒng)的數(shù)字化展現(xiàn)，主要為二次設(shè)備，其中包括保護(hù)控制裝置、監(jiān)測和計量儀表、電量變送器、電能質(zhì)量分析治理設(shè)備等，這些二次設(shè)備組成了園區(qū)能源數(shù)字化的感知系統(tǒng)。

最后還需要把感知系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過簡單易懂的界面展示給管理人員，并提供分析建議和控制策路以達(dá)到園區(qū)能源管理和節(jié)能降耗的目的。感知系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)通過邊緣計算網(wǎng)關(guān)采集并初步處理后傳輸給人機(jī)界面--信息系統(tǒng)，提供能源數(shù)據(jù)服務(wù)和控制、運(yùn)維功能，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖2。

圖2 能源數(shù)字化建設(shè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

8工業(yè)園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)功能

AcrelEMS工業(yè)園區(qū)能源管理系統(tǒng)幫助搭建工業(yè)園區(qū)的能源計量體系和能源管理，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，可實現(xiàn)園區(qū)電網(wǎng)電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計、負(fù)荷預(yù)測、照明控制、負(fù)荷監(jiān)控、充電樁運(yùn)營管理、分布式光伏監(jiān)控、儲能控制管理、用水監(jiān)測、暖通管網(wǎng)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、能源計費(fèi)等功能，通過一套平臺實現(xiàn)園區(qū)能源數(shù)字化集中管理，達(dá)到可靠、安全、節(jié)約、高效、低碳用能的目的。

圖3 園區(qū)能源管理系統(tǒng)功能一覽圖

8.1 電力監(jiān)控，提升園區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行安全

AcrelEMS對園區(qū)變電站、高低壓變配電系統(tǒng)的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補(bǔ)償柜及電纜等配電相關(guān)設(shè)備的電氣參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、漏電電流、接點(diǎn)溫度進(jìn)行實時監(jiān)測和控制，監(jiān)測園區(qū)電網(wǎng)主要回路的電能質(zhì)量并進(jìn)行治理，對故障及時處理并發(fā)出告警信息，提高園區(qū)供電可靠性。

圖4 電力監(jiān)控和溫度監(jiān)測

8.2 新能源接入，提升園區(qū)能源供應(yīng)安全

AcrelEMS接入園區(qū)分布式光伏電站運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括逆變器、箱變、計量儀表及電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，協(xié)助管理者進(jìn)行光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計，擴(kuò)展園區(qū)供電容量，降低用電成本，減少碳排放。

圖5 光伏發(fā)電曲線對照分析

8.3儲能策略控制，提升新能源消納

AcrelEMS接入儲能系統(tǒng)（EMS）、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲能變流器(PCS)數(shù)據(jù)，為管理者提供運(yùn)行模式監(jiān)視和控制策略選擇，系統(tǒng)監(jiān)測電芯電流、溫度、SOC、SOH，檢測直流系統(tǒng)絕緣狀況，并根據(jù)企業(yè)峰谷特點(diǎn)和電價波動以及上級平臺指令設(shè)置儲能系統(tǒng)的充放電策略，控制儲能系統(tǒng)充放電，實現(xiàn)削峰填谷，促進(jìn)新能源消納，降低園區(qū)用電成本。

圖6 儲能系統(tǒng)PCS監(jiān)測和電池監(jiān)測

8.4能耗管理，搭建計量體系

AcrelEMS采集園區(qū)電、水、熱、燃?xì)獾饶茉聪模罱ㄈ壞茉从嬃矿w系，進(jìn)行分類分項能耗統(tǒng)計，計算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢，對標(biāo)主要用能設(shè)備能效進(jìn)行能效診斷，計算企業(yè)碳排放，為園區(qū)實現(xiàn)能源精細(xì)化管理，制定碳達(dá)峰、碳中和路線提供數(shù)據(jù)支持。

圖7 能耗分析

8.5負(fù)荷控制及計費(fèi)，精細(xì)化管理降低能耗

AcrelEMS系統(tǒng)通過對園區(qū)建筑內(nèi)部和公共照明的集中控制、感應(yīng)控制、定時控制等方式節(jié)約照明能源，還可以幫助管理者更好地管理轉(zhuǎn)供電的能源收費(fèi)，做到欠費(fèi)提前通知、欠費(fèi)控制以及支付對接，通過算法消納園區(qū)能耗公攤，避免不合理收費(fèi)，保障能源收支平衡。

圖8 照明智能控制和能源預(yù)付費(fèi)管理

8.6負(fù)荷預(yù)測，協(xié)調(diào)控制，保障園區(qū)供用平衡

AcrelEMS系統(tǒng)基于歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，結(jié)合天氣因素、園區(qū)生產(chǎn)計劃等，預(yù)測園區(qū)功率需求、光伏發(fā)電功率、充電需求，根據(jù)變壓器負(fù)載率和負(fù)荷變化，對園區(qū)可調(diào)可控設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，引導(dǎo)有序充電，調(diào)整儲能充放電計劃，為園區(qū)制定能源計劃、優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)提供技術(shù)支持。

圖9 充電樁控制和功率預(yù)測

8.7能源數(shù)字化系統(tǒng)感知設(shè)備

園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)除了軟件外，還離不開安裝于現(xiàn)場的各類感知設(shè)備，包括高低壓配電保護(hù)控制裝置、監(jiān)測和計量儀表、電量變送器、電能質(zhì)量分析治理設(shè)備、照明控制器、有線/無線溫度傳感器、水表、燃?xì)獗?、能量表等各類產(chǎn)品，安科瑞可以為園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)提供一站式服務(wù)。

9工業(yè)園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)意義

園區(qū)作為實體經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場，未來隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長能耗總量和碳排放總量仍將繼續(xù)增長。要實現(xiàn)雙碳計劃，工業(yè)園區(qū)節(jié)能減排任務(wù)相當(dāng)緊迫，碳排放評價試點(diǎn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)也開始實施，如果我們還在依靠傳統(tǒng)的手段來管理園區(qū)的能源體系顯然是不可取的。主管部門陸續(xù)出臺政策推動產(chǎn)業(yè)園區(qū)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，打造綠色低碳產(chǎn)業(yè)園區(qū)，因此園區(qū)的能源數(shù)字化管理系統(tǒng)也是勢在必行。

參考文獻(xiàn)

PPP產(chǎn)業(yè)大講堂.《產(chǎn)業(yè)園區(qū)中工業(yè)廠房的能源綜合配置》.