【解決方案】工業(yè)園區(qū)綜合能源數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)方案

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

以下內(nèi)容轉(zhuǎn)自微信公眾號(hào)：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》。

園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)中能源綜合配置存在的問(wèn)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(guò)高，給園區(qū)節(jié)能減排帶來(lái)巨大壓力。

3、管理方式粗放，管理平臺(tái)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(shí)不足。

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

在園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)開展電冷熱（暖）供應(yīng)、多能協(xié)同供應(yīng)、綜合梯級(jí)利用，以及低品位余熱利用等綜合能源服務(wù)，可以有效解決園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)的能源利用問(wèn)題，越來(lái)越多的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)為解決園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)用能問(wèn)題，已在這方面深耕多年。幫助園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)在用能方面：運(yùn)營(yíng)精細(xì)化、數(shù)據(jù)可視化、管理多維化。多層次完善園區(qū)整體及各項(xiàng)管理流程；運(yùn)用數(shù)字分析手段，整合及協(xié)調(diào)園區(qū)資源，促進(jìn)園區(qū)的產(chǎn)業(yè)推進(jìn)，創(chuàng)建園區(qū)科學(xué)管理體系。

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

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(shí)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(jià)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(gè)層次進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)與實(shí)施。

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(duì)簡(jiǎn)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(duì)簡(jiǎn)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(wèn)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。

園區(qū)綜合能效提升分類指導(dǎo)亟待加強(qiáng)

園區(qū)地域分布廣，資源稟賦差異大，個(gè)性共性兼具，園區(qū)間能耗總量和強(qiáng)度、碳排放總量和強(qiáng)度差異大。按照能源消耗總量和強(qiáng)度雙控向碳排放總量和強(qiáng)度雙控轉(zhuǎn)變的要求，不同地域不同園區(qū)差異很大，控能控碳哪個(gè)優(yōu)先、如何來(lái)控，缺乏分類指導(dǎo)。亟需加強(qiáng)園區(qū)綜合能效提升的分類指導(dǎo)，推動(dòng)綠色低碳發(fā)展。

園區(qū)能源基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模效率結(jié)構(gòu)性鎖定

園區(qū)廣泛推行基礎(chǔ)設(shè)施共享，以熱定電為特征的集中式熱電聯(lián)產(chǎn)能源基礎(chǔ)設(shè)施普及推廣，但同時(shí)又呈現(xiàn)出“規(guī)模—效率”結(jié)構(gòu)性鎖定，以及以化石能源為主的傳統(tǒng)能源與新能源供給結(jié)構(gòu)失衡，導(dǎo)致溫室氣體排放結(jié)構(gòu)性鎖定。目前，大部分基礎(chǔ)設(shè)施服役未到設(shè)計(jì)壽命的一半，園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能降碳改造需要解決好成本收益的平衡，能源加工轉(zhuǎn)化效率及系統(tǒng)優(yōu)化亟待提升。

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(wèn)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(duì)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(tái)存量電機(jī)設(shè)備，總?cè)萘?00 MW，單臺(tái)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?jī)H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。

能效局部有效和系統(tǒng)整體有效需要平衡

“十一五”以來(lái)，在節(jié)能減排約束性指標(biāo)的持續(xù)推動(dòng)下，用能行業(yè)節(jié)能挖潛難度日益加大，亟待平衡好局部有效和系統(tǒng)整體有效，并從局部過(guò)程節(jié)能向全過(guò)程、全鏈條、全系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能轉(zhuǎn)變。以煉油行業(yè)為例，全國(guó)2020年煉油企業(yè)能效水平優(yōu)于水平的產(chǎn)能約25%，同時(shí)有20%的產(chǎn)能其能效低于基準(zhǔn)水平。我國(guó)火力發(fā)電、鋼鐵、化工產(chǎn)業(yè)和垃圾焚燒熱電聯(lián)產(chǎn)自身的能效已較高，但進(jìn)一步與周邊城市和社區(qū)協(xié)同挖掘余熱利用方面，尚有較大潛力。研究顯示，中國(guó)北方地區(qū)工業(yè)余熱供暖潛力約為區(qū)域熱需求的1.4 倍。

園區(qū)物質(zhì)流能量流精細(xì)化管理短板明顯

《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》（國(guó)發(fā)〔2021〕23號(hào)）要求“加強(qiáng)園區(qū)物質(zhì)流管理”，這里物質(zhì)流是廣義的概念，既包括生產(chǎn)原料也包括能源。園區(qū)物質(zhì)流能量流管理是全過(guò)程節(jié)能減污*直接、*有效、*經(jīng)濟(jì)的措施，是推進(jìn)園區(qū)綜合能效提升的重要抓手。但實(shí)踐中，物質(zhì)流能量流管理*基礎(chǔ)的工作——三級(jí)計(jì)量體系建設(shè)尚存在明顯短板、弱項(xiàng)，特別是中小規(guī)模企業(yè)。

園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)綜合能源配置的商業(yè)模式

在國(guó)*發(fā)布的能源發(fā)展指導(dǎo)意見的推動(dòng)下, 園區(qū)綜合能源系統(tǒng)建設(shè)及綜合能源服務(wù)業(yè)態(tài)發(fā)展得到了有力的推動(dòng),改變了傳統(tǒng)能源系統(tǒng)互相獨(dú)立的產(chǎn)供消方式，構(gòu)建 “電、熱、冷、氣”橫向多能耦合、“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”縱向多能協(xié)同、以及能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)都靈活的綜合能源系統(tǒng)。這也改變了傳統(tǒng)能源系統(tǒng)“條塊分割”的情況,有利于培育新的市場(chǎng)主體。 

充分了解園區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、用能需求特征和綜合能源服務(wù)資源稟賦，建設(shè)分布式與集中式供應(yīng)相結(jié)合的綜合能源系統(tǒng)，開展針對(duì)傳統(tǒng)能源利用方面的項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)與投資運(yùn)營(yíng)。通過(guò)降低能源消費(fèi)成本、提升能源利用效率獲得收益，同時(shí)對(duì)優(yōu)化能源需求、降低終端能耗、減少氣體排放有積極影響。

分布式能源具有靈活性高、排放低、就地利用等優(yōu)勢(shì)，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(yíng)，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(yíng),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，結(jié)合儲(chǔ)能側(cè)和需求側(cè)的可用負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)程。

實(shí)際案例

1 位于江蘇無(wú)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(gè)產(chǎn)業(yè)，園區(qū)于2001年建設(shè)了自備熱電廠，同時(shí)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(chǔ)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(jì)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%。 

2 以德國(guó)能源市場(chǎng)為例說(shuō)明。企業(yè)可根據(jù)可再生能源的資源情況調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，當(dāng)可再生能源資源充足時(shí)，實(shí)時(shí)電價(jià)相對(duì)較低，在資源欠缺時(shí)則相反,企業(yè)可據(jù)此調(diào)節(jié)其生產(chǎn)計(jì)劃，以降低用能成本，提高其生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。德國(guó)RegModHarz項(xiàng)目是德國(guó)“E-Energy”計(jì)劃支持的項(xiàng)目之一，通過(guò)制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn),將風(fēng)能、抽水蓄能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等能源系統(tǒng)連接起來(lái)，并為用能客戶安裝能源管理系統(tǒng)，對(duì)發(fā)電端和用電端實(shí)施雙向管理，基于日前和日內(nèi)市場(chǎng)的價(jià)格調(diào)控用戶的用電時(shí)間和用電量。

項(xiàng)目為客戶提供供熱、供冷項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等服務(wù)，并提供專家服務(wù)以實(shí)現(xiàn)客戶項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的成本控制，在此過(guò)程中，客戶能夠?qū)Ｗ⒂谄鋵?領(lǐng)域內(nèi)，而將能源相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題交給專*人員處理，為其實(shí)現(xiàn)降低用能成本、能源利用的目的。服務(wù)內(nèi)容包括但不限于:

① 能源傳輸、基礎(chǔ)設(shè)施分析、需求優(yōu)化等方面的咨詢和規(guī)劃;

②供熱、供冷設(shè)備設(shè)施的建設(shè)及后續(xù)運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和故障處理;

③冷、熱管網(wǎng)的建設(shè)與運(yùn)維管理；

④能源審計(jì)服務(wù)等。

其主要的服務(wù)模式包括2種: 合同能源管理與集中式供能。合同能源管理是用能，承包商需利用技術(shù)為客戶提供用能服務(wù);集中式供能的則是的能源分配和利用，以*大限度地減少能源消耗、降低成本,服務(wù)對(duì)象越多則分?jǐn)偝杀驹降停岣哒w運(yùn)營(yíng)效率。

針對(duì)園區(qū)內(nèi)高能耗、粗放型的能源消費(fèi)方式， 有必要促進(jìn)其能源精細(xì)管理和循環(huán)利用，提高資源配置效率，形成節(jié)約的能源消費(fèi)體系。

推進(jìn)園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)節(jié)能降碳重*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(shí)施園區(qū)節(jié)能降碳增效工程。鼓勵(lì)優(yōu)先利用可再生能源，實(shí)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*，推動(dòng)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(tái)，推動(dòng)能源管理與園區(qū)安全、環(huán)保、物流等智慧化。為此，園區(qū)節(jié)能降碳建議優(yōu)先抓好以下工程。

園區(qū)節(jié)能降碳分類指導(dǎo)能力建設(shè)工程

“一園一策”，研究制定園區(qū)分類管理方法。從綠色發(fā)展水平、經(jīng)濟(jì)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)特征、能源結(jié)構(gòu)、能源效率、碳排放等維度，對(duì)園區(qū)分級(jí)分類；從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈網(wǎng)、能源系統(tǒng)優(yōu)化、基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)等方面，明確各類園區(qū)能效提升。

總體來(lái)看，園區(qū)作為實(shí)體經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)，未來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)能耗總量和碳排放總量仍將繼續(xù)增長(zhǎng)。針對(duì)園區(qū)能源消耗及碳排放特點(diǎn)，課題組提出“以地定產(chǎn)、以產(chǎn)見能(碳)、以能(碳)優(yōu)產(chǎn)”的碳達(dá)峰方略，將園區(qū)綜合能效提升作為關(guān)鍵，系統(tǒng)有序推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能效提升、能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、碳捕集等四大措施，深化工業(yè)園區(qū)節(jié)能降碳。

研究顯示，通過(guò)有序?qū)嵤┥鲜鏊念悳p排措施，2015-2035年和2035-2050年期間，全生命周期碳排放量可分別減排28%和51%。現(xiàn)階段園區(qū)應(yīng)優(yōu)先實(shí)施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與能效提升減碳工程，挖掘其*大減排潛力；其次是提高園區(qū)非化石能源占比和增加CCUS應(yīng)用。從時(shí)間維度分析，2035-2050年期間通過(guò)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能效提升、能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的減排潛力基本釋放，進(jìn)一步深*減排則需要依靠工業(yè)生產(chǎn)的系統(tǒng)優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)空間布局優(yōu)化和必要的CCUS。

推動(dòng)園區(qū)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可著力生活垃圾、生物質(zhì)和污泥能源化，并輔以工藝過(guò)程余熱回收，“一園一策”發(fā)展風(fēng)、光、氫能等能源。已有研究顯示，2035年后預(yù)期對(duì)園區(qū)碳減排貢獻(xiàn)較大的途徑主要為氫能、風(fēng)電和光伏，到2050年其潛在減排貢獻(xiàn)率約為73%~81%，其中氫能在2015-2035年期間有望減碳36%~37%，預(yù)期2035-2050年達(dá)到46%~50%，將對(duì)園區(qū)深*減碳起到積極作用。

園區(qū)三級(jí)計(jì)量精細(xì)化物質(zhì)流能量流管理提升工程

完善企業(yè)三級(jí)計(jì)量，是“加強(qiáng)園區(qū)物質(zhì)流管理”的重要支撐。推動(dòng)園區(qū)深入開展精細(xì)化數(shù)字化計(jì)量工程，配齊能、水、料三級(jí)計(jì)量監(jiān)測(cè)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理；推行數(shù)字化智能化計(jì)量工作，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧化物質(zhì)流管理系統(tǒng)。

設(shè)立園區(qū)及企業(yè)能效專職崗位，推動(dòng)用能、用水量大的企業(yè)配全三級(jí)計(jì)量設(shè)備，并適當(dāng)超前配備數(shù)字化智能化儀表，逐步實(shí)現(xiàn)園區(qū)全覆蓋，實(shí)時(shí)采集能量流、物質(zhì)流信息并接入園區(qū)智慧化管理平臺(tái)，建立多源時(shí)間序列數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的園區(qū)智能分析和精細(xì)管理決策，做好園區(qū)能源和物質(zhì)平衡管理，在此基礎(chǔ)上建立數(shù)字化碳管理系統(tǒng)。

通過(guò)完善園區(qū)企業(yè)用戶側(cè)分時(shí)三級(jí)計(jì)量表計(jì)的建設(shè)改造，自下而上厘清園區(qū)多產(chǎn)品、多元素、多層級(jí)的物質(zhì)能量代謝結(jié)構(gòu)、路徑、過(guò)程等特征，定量揭示全生命周期的環(huán)境影響，提出靶向減污降碳調(diào)控措施，推動(dòng)企業(yè)內(nèi)、企業(yè)間、產(chǎn)業(yè)間物料閉路循環(huán)，并持續(xù)循環(huán)迭代優(yōu)化。

園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施共生節(jié)能減污降碳提效工程

針對(duì)工業(yè)園區(qū)能源基礎(chǔ)設(shè)施的三大特點(diǎn)，課題組建立了年份—存量減碳模型，研究了五種主要技術(shù)措施的減碳潛力及成本效益，主要包括：天然氣替代燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)、垃圾焚燒熱電聯(lián)產(chǎn)替代燃煤、抽凝/純凝式汽輪機(jī)升級(jí)為背壓式汽輪機(jī)、將小容量燃煤機(jī)組用大容量機(jī)組替代、發(fā)展天然氣聯(lián)合循環(huán)機(jī)組替代燃煤小機(jī)組。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)五種措施綜合應(yīng)用，溫室氣體可減排8%~16%，同時(shí)能減排SO2 24%~31%、減排NOx 10%~14%，并有34%~39%的節(jié)水潛力。五種措施綜合作用情景下，可獲得519元/噸CO2當(dāng)量收益（按2015年可比價(jià)）。

園區(qū)能源基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施之間建立余熱利用、污水深*處理資源化、污泥能源化等為主的能—水耦合共生系統(tǒng)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水減污。課題組研究表明，全國(guó)80%的園區(qū)有集中式能源環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施，72%的園區(qū)有集中式污水處理廠，園區(qū)水環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施和能源基礎(chǔ)設(shè)施之間建立能--水耦合的共生關(guān)系是減污降碳的重要舉措。

針對(duì)級(jí)經(jīng)開區(qū)的研究顯示，210余家園區(qū)可建立518條共生關(guān)系，其中239條基于能源交換，279條基于水資源交換；通過(guò)共生，能源和水資源節(jié)約潛力分別為7%和73%，可獲得的節(jié)水潛力、節(jié)能潛力、降碳潛力分別為12.8億立方米/年、90.9萬(wàn)噸標(biāo)煤/年、572萬(wàn)噸CO2當(dāng)量/年。

園區(qū)數(shù)智強(qiáng)鏈數(shù)字化電氣化工程

推動(dòng)數(shù)字要素、智能制造加快向園區(qū)集聚發(fā)展，促進(jìn)企業(yè)層面和園區(qū)層面數(shù)字化、智能化、綠色化融*發(fā)展，強(qiáng)化電力管理智能化，提升產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈、創(chuàng)新鏈協(xié)同配套能力，提高產(chǎn)業(yè)鏈韌性，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈安全性，催生“產(chǎn)業(yè)化+數(shù)字化+智能制造”新業(yè)態(tài)；加強(qiáng)園區(qū)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃、工藝技術(shù)、物料配送、設(shè)備監(jiān)控維護(hù)、質(zhì)量管控以及能量流物質(zhì)流智能化跟蹤管理。

搭建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的園區(qū)節(jié)能降碳決策支撐平臺(tái)，設(shè)計(jì)開發(fā)園區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，并定期動(dòng)態(tài)更新，由專*機(jī)構(gòu)和科研單位聯(lián)合運(yùn)維并開展數(shù)據(jù)挖掘研究，支撐管理決策。

加強(qiáng)園區(qū)電氣化建設(shè)。針對(duì)園區(qū)海量中低壓小容量電力用戶，開發(fā)終端智控裝置和資源群控平臺(tái)，建立碎片資源喚醒聚合互動(dòng)新模式，以“小裝置”感知、柔性調(diào)節(jié)、本地控制用戶多類型設(shè)備，以“大平臺(tái)”聚合可調(diào)資源，智能輔助決策，開展分層分級(jí)響應(yīng)；以“強(qiáng)服務(wù)”注重用戶無(wú)感體驗(yàn)，拓展節(jié)能降費(fèi)增值服務(wù)，實(shí)現(xiàn)政*、用戶、電網(wǎng)多方共贏。

加強(qiáng)園區(qū)電力資源配置優(yōu)化。通過(guò)能源系統(tǒng)綜合規(guī)劃、多用戶互動(dòng)、電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制及智能化改造，實(shí)現(xiàn)冷熱電氣協(xié)同、源網(wǎng)荷儲(chǔ)集群聯(lián)控；通過(guò)優(yōu)化負(fù)荷和儲(chǔ)能有功控制及電力電子設(shè)備無(wú)功調(diào)控對(duì)沖有功和無(wú)功沖擊，提升園區(qū)電能質(zhì)量；通過(guò)智慧電務(wù)，基于設(shè)備級(jí)用能數(shù)據(jù)，開展精細(xì)化綜合能源服務(wù)。

園區(qū)綜合能效提升系統(tǒng)工程

立足園區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和用能特點(diǎn)，加強(qiáng)工業(yè)園區(qū)能源系統(tǒng)建設(shè)，突出系統(tǒng)優(yōu)化和全生命周期思想，著力三個(gè)轉(zhuǎn)變：一是橫向多能互補(bǔ)，從單一能源向綜合能源轉(zhuǎn)變；二是縱向建立“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”協(xié)調(diào)，形成多樣化能源的供給、需求及儲(chǔ)能調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)平衡；三是集中與分布式相協(xié)調(diào)。

以化工園區(qū)為例，首先，針對(duì)園區(qū)能源生產(chǎn)—能源供應(yīng)—化工生產(chǎn)等多系統(tǒng)，綜合運(yùn)用生產(chǎn)工藝綠色化、電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化、電機(jī)設(shè)備升級(jí)、余熱回收等推進(jìn)園區(qū)系統(tǒng)性節(jié)能和效率提升。其次，強(qiáng)化生產(chǎn)過(guò)程—產(chǎn)業(yè)鏈接—基礎(chǔ)設(shè)施—安全環(huán)境管理協(xié)同，抓住綠色化學(xué)與綠色化工技術(shù)集成的關(guān)鍵，加強(qiáng)短流程原子經(jīng)濟(jì)合成技術(shù)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)源頭減污和源頭節(jié)能，通過(guò)多產(chǎn)品多過(guò)程共生耦合，實(shí)現(xiàn)園區(qū)整體性能效提升和減污降碳。

當(dāng)前，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的仍在工業(yè)，工業(yè)發(fā)展重在以工業(yè)地產(chǎn)為載體的產(chǎn)業(yè)園區(qū)。作為工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的載體，工業(yè)園區(qū)和園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)的綠色發(fā)展是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的重要組成。揭示工業(yè)園區(qū)人地關(guān)系的內(nèi)涵，協(xié)同優(yōu)化工業(yè)園區(qū)人地關(guān)系，是化解園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)中園區(qū)與環(huán)境的矛盾、推進(jìn)園區(qū)綠色發(fā)展的必然選擇。

--以上內(nèi)容轉(zhuǎn)自微信公眾號(hào)：PPP產(chǎn)業(yè)大講堂，2023年5月23日《產(chǎn)業(yè)園區(qū)中工業(yè)廠房的能源綜合配置》。

1. 文章解讀

文章指出當(dāng)前園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)能源配置存在的主要問(wèn)題，包括能源供應(yīng)保障不足、傳統(tǒng)能源比例過(guò)高、能源管理方式粗放、新能源利用比例偏低、對(duì)多種能源的使用情況無(wú)法實(shí)時(shí)掌握等。通過(guò)園區(qū)綜合能源架構(gòu)：物理層、信息層、服務(wù)層三個(gè)層次進(jìn)行園區(qū)綜合能源的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與實(shí)施，推進(jìn)園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)節(jié)能降碳工程包括五個(gè)方面：園區(qū)節(jié)能降碳分類指導(dǎo)能力建設(shè)工程、園區(qū)三級(jí)計(jì)量精細(xì)化物質(zhì)流能量流管理提升工程、園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施共生節(jié)能減污降碳提效工程、園區(qū)數(shù)智強(qiáng)鏈數(shù)字化電氣化工程和園區(qū)綜合能效提升系統(tǒng)工程。

近三年來(lái)，多部門發(fā)文均有提及針對(duì)工業(yè)園區(qū)節(jié)能減排工作指導(dǎo)意見，要求提升工業(yè)園區(qū)能源利用效率，加快園區(qū)能源數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，利用數(shù)字技術(shù)構(gòu)建智慧能源體系，打造綠色低碳型工業(yè)園區(qū)。

工業(yè)園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)構(gòu)成

把一個(gè)工業(yè)園區(qū)的能源系統(tǒng)看成一個(gè)微網(wǎng)，這個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)各類能源的精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)多級(jí)能源計(jì)量和評(píng)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(gè)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(gè)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(shí)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)和計(jì)量?jī)x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)。

*后還需要把感知系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過(guò)簡(jiǎn)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(guò)邊緣計(jì)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)

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(jì)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(shí)現(xiàn)園區(qū)電網(wǎng)電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計(jì)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、照明控制、負(fù)荷監(jiān)控、充電樁運(yùn)營(yíng)管理、分布式光伏監(jiān)控、儲(chǔ)能控制管理、用水監(jiān)測(cè)、暖通管網(wǎng)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、能源計(jì)費(fèi)等功能，通過(guò)一套平臺(tái)實(shí)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、低碳用能的目的。

圖3 園區(qū)能源管理系統(tǒng)功能一覽圖

電力監(jiān)控，提升園區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行安全

AcrelEMS對(duì)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(wú)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，監(jiān)測(cè)園區(qū)電網(wǎng)主要回路的電能質(zhì)量并進(jìn)行治理，對(duì)故障及時(shí)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(cè)

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(jì)量?jī)x表及電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(jì)，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(duì)照分析

儲(chǔ)能策略控制，提升新能源消納

AcrelEMS接入儲(chǔ)能系統(tǒng)（EMS）、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲(chǔ)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(cè)電芯電流、溫度、SOC、SOH，檢測(cè)直流系統(tǒng)絕緣狀況，并根據(jù)企業(yè)峰谷特點(diǎn)和電價(jià)波動(dòng)以及上級(jí)平臺(tái)指令設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電策略，控制儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電，實(shí)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(chǔ)能系統(tǒng)PCS監(jiān)測(cè)和電池監(jiān)測(cè)

能耗管理，搭建計(jì)量體系

AcrelEMS采集園區(qū)電、水、熱、燃?xì)獾饶茉聪模罱ㄈ?jí)能源計(jì)量體系，進(jìn)行分類分項(xiàng)能耗統(tǒng)計(jì)，計(jì)算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢(shì)，對(duì)標(biāo)主要用能設(shè)備能效進(jìn)行能效診斷，計(jì)算企業(yè)碳排放，為園區(qū)實(shí)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

負(fù)荷控制及計(jì)費(fèi)，精細(xì)化管理降低能耗

AcrelEMS系統(tǒng)通過(guò)對(duì)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(shí)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(duì)接，通過(guò)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

負(fù)荷預(yù)測(cè)，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(jì)劃等，預(yù)測(cè)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(duì)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(chǔ)能充放電計(jì)劃，為園區(qū)制定能源計(jì)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(cè)

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(chǎng)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(cè)和計(jì)量?jī)x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(wú)線溫度傳感器、水表、燃?xì)獗怼⒛芰勘淼雀黝惍a(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)。

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(shí)體經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)，未來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)能耗總量和碳排放總量仍將繼續(xù)增長(zhǎng)。要實(shí)現(xiàn)雙碳計(jì)劃，工業(yè)園區(qū)節(jié)能減排任務(wù)相當(dāng)緊迫，碳排放評(píng)價(jià)試點(diǎn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)也開始實(shí)施，如果我們還在依靠傳統(tǒng)的手段來(lái)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(tái)政策推動(dòng)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(shì)在必行。

作者介紹

未曉妃，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。