周剛

多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目開發(fā)

周剛

（中國華電集團(tuán)有限公司天津分公司，天津 300000）

按照國家能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革戰(zhàn)略部署，推動能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式變革，建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，是能源改革發(fā)展的重大歷史使命?；诙嗄芑パa(bǔ)的園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目具備能源利用效率高、節(jié)能減排效果好等優(yōu)點(diǎn)，是踐行能源革命的有效途徑。

多能互補(bǔ)；綜合能源；智慧能源；項(xiàng)目開發(fā)

中國能源消費(fèi)以化石能源為主，煤炭在一次能源消費(fèi)中比例超過70%，天然氣消費(fèi)比例不到10%，特別是工業(yè)園區(qū)，能源消費(fèi)存在供應(yīng)模式單一、利用效率低、污染物排放高等諸多問題，亟需加快能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，建設(shè)清潔低碳、安全高效的供能體系。

多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目是針對工業(yè)園區(qū)熱電冷汽水等多種能源需求，互補(bǔ)利用傳統(tǒng)能源和新能源，按照能源互聯(lián)網(wǎng)思維構(gòu)建的“源-網(wǎng)-荷-儲”一體化綜合智慧能源系統(tǒng)，對工業(yè)園區(qū)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型具有重要支撐作用。

1 多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源概念

多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目以園區(qū)為單位，以天然氣分布式能源站為核心，集成分布式光伏、分散式風(fēng)電、余熱回收、地源熱泵、空氣源熱泵、污水源熱泵、智能微網(wǎng)、儲能、需求側(cè)響應(yīng)等輔助供用能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供能側(cè)的多能互補(bǔ)和用能側(cè)終端一體化，充分利用先進(jìn)的能源互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云服務(wù)平臺等信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域能源供需的智慧化管理，構(gòu)建新型供能用能生態(tài)鏈，滿足綠色低碳、安全高效、可持續(xù)發(fā)展要求。

2 典型多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目構(gòu)架

典型多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目主要包括供能、用能和綜合智慧能源服務(wù)平臺等內(nèi)容，通過采用先進(jìn)的供能設(shè)備和智慧化能源管理系統(tǒng)，提高區(qū)域能源利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，降低成本的目標(biāo)。

2.1 區(qū)域型天然氣分布式能源站

工業(yè)園區(qū)能源需求以電熱冷汽水為主，分布式能源站以天然氣為燃料，采用先進(jìn)的小型分布式燃機(jī)設(shè)備，天然氣燃燒產(chǎn)生的高品質(zhì)熱能先用于發(fā)電，做功后的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐，加熱水產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功或進(jìn)入熱網(wǎng)供熱，抽汽通過蒸汽型溴化鋰轉(zhuǎn)化為低溫冷水向用戶供冷，實(shí)現(xiàn)能量梯級利用，綜合能源利用效率一般可達(dá)到70%～90%，所發(fā)電力并入電網(wǎng)或直供用戶，全部就地消納。分布式作為獨(dú)立運(yùn)行的電源可發(fā)揮應(yīng)急保障作用，最大程度上耦合可再生能源的間歇性和波動性，保障能源供應(yīng)安全，并可大幅減少二氧化碳、氮氧化物排放。

2.2 分布式光伏和分散式風(fēng)電

中國地處北半球歐亞大陸的東部，主要處于溫帶和亞熱帶，風(fēng)光資源較為豐富，各地的太陽輻射年總量在3.35× 103～8.4×103MJ/m2，其平均值約為5.86×103MJ/m2，70 m高度陸上3級及以上風(fēng)能開發(fā)量在26億千瓦以上。工業(yè)園區(qū)廠房優(yōu)質(zhì)屋頂資源豐富，可利用園區(qū)大面積工業(yè)廠房屋頂建設(shè)分布式光伏；結(jié)合公交場站、辦公區(qū)停車場建設(shè)分布式光儲充一體化車棚，對新能源汽車進(jìn)行充電；利用企業(yè)利用自有或租用閑散建設(shè)用地，開發(fā)低風(fēng)速分散式風(fēng)電，采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”或分布式發(fā)電市場化交易模式，實(shí)現(xiàn)就地消納，提升可再生能源消納比例。

2.3 儲能系統(tǒng)

儲能是多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源供能側(cè)和用能側(cè)平衡調(diào)節(jié)的重要支撐，包括儲冷、儲熱、儲電等多種形式。對實(shí)行峰谷平電價的園區(qū)，儲能設(shè)施可充分利用夜間低谷電價，降低生產(chǎn)成本。儲冷儲熱多以水為介質(zhì)，采用4～7 ℃冷水、蓄冰或60～95 ℃熱水，利用水的顯熱或潛熱實(shí)現(xiàn)冷熱量存儲。電儲能方式主要包括電池儲能、電感儲能、電容器儲能、機(jī)械儲能等多種形式，電池儲能最為常見，主要采用鉛蓄電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池等。儲能裝置可同時提升園區(qū)電力和熱力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和安全性，消除負(fù)荷間歇性變化對系統(tǒng)帶來的不利影響，優(yōu)化運(yùn)行方式，提高機(jī)組運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 余熱回收利用系統(tǒng)

能源站在發(fā)電供熱的同時，有大量低溫?zé)煔馔ㄟ^煙囪、乏汽冷凝熱通過冷卻塔排放到大氣中，園區(qū)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)中也同步產(chǎn)生大量廢熱，余熱資源約占其燃料消耗總量的17%～67%，其中可回收率達(dá)60%，節(jié)能潛力巨大。余熱回收利用系統(tǒng)主要采用熱交換技術(shù)、熱功轉(zhuǎn)換技術(shù)、余熱制冷制熱技術(shù)等。余熱回收熱泵應(yīng)用較多，系統(tǒng)消耗部分電能或熱能，回收生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢熱，并按照溫度對口、梯級利用的原則用于供冷或供熱。北方地區(qū)生產(chǎn)廢熱可用于加熱熱網(wǎng)回水和鍋爐補(bǔ)水，降低燃料消耗，增加機(jī)組的供熱能力。

2.5 污水源熱泵

工業(yè)園區(qū)及周邊城市污水排放量較大，水溫相對較高，全年溫度在10～25 ℃之間，且隨季節(jié)變化較小，是可利用資源。污水源熱泵系統(tǒng)可有效利用污水冬暖夏涼的特點(diǎn)，通過電能驅(qū)動供熱制冷，系統(tǒng)綜合COP可達(dá)到3～5，同電空調(diào)制冷、燃?xì)忮仩t供熱相比，節(jié)能率可達(dá)70%以上，并可有效降低供熱供冷成本，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

2.6 土壤源熱泵

土壤源熱泵利用地下常溫土壤溫度相對穩(wěn)定的特性，以土壤作為熱源、冷源，采用高效熱泵機(jī)組和深埋于建筑物周圍的系統(tǒng)管路，冬季從土壤中取熱，向建筑物供暖；夏季向土壤排熱，為建筑物制冷。高效熱泵機(jī)組COP可達(dá)到3～6，與傳統(tǒng)的電制冷和燃?xì)忮仩t供熱相比，全年能耗可節(jié)省40%左右，且無污染物排放。

2.7 多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源平臺

多能互補(bǔ)綜合智慧能源平臺是項(xiàng)目實(shí)施的關(guān)鍵支撐。供能側(cè)園區(qū)的各種供能系統(tǒng)，特別是光伏、風(fēng)電等新能源在供能時間上存在間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，不能滿足企業(yè)各時段用能需求；用能側(cè)不同企業(yè)間生產(chǎn)計(jì)劃、用能時段存在較大差異，需通過多能互補(bǔ)綜合智慧能源平臺對園區(qū)能源生產(chǎn)、輸送、消費(fèi)、存儲全過程精細(xì)化管控。平臺設(shè)備層建設(shè)以分布式能源為核心的能源供應(yīng)體系，通過自動化設(shè)備、智能表計(jì)實(shí)現(xiàn)冷熱電汽等綜合能源數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控；通信層采用高速互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程操控以及客戶之間的雙向互動；決策層通過對不同發(fā)電系統(tǒng)和負(fù)荷的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算，實(shí)時計(jì)算發(fā)電、用電量、購電量等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對可再生能源效率、區(qū)域電能質(zhì)量、需求側(cè)負(fù)荷特性、節(jié)能效益的分析和統(tǒng)計(jì)，并提供節(jié)能、優(yōu)化運(yùn)行、調(diào)度策略。

3 多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目開發(fā)策略

3.1 深入開展負(fù)荷分析

多能互補(bǔ)綜合智慧能源項(xiàng)目以整個園區(qū)為供能對象，應(yīng)對園區(qū)發(fā)展定位、資源稟賦、企業(yè)用能特點(diǎn)及形式進(jìn)行深入分析，針對電熱冷汽水等負(fù)荷需求，按照供熱季、供冷季、過渡季編制典型日逐時負(fù)荷曲線和延時負(fù)荷曲線，并對園區(qū)及周邊可利用的太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、水源能、工藝廢熱、生物質(zhì)等進(jìn)行詳細(xì)分析，科學(xué)制訂多能互補(bǔ)開發(fā)方案。

3.2 優(yōu)化設(shè)備選型

目前國內(nèi)以天然氣分布式為主的多能互補(bǔ)項(xiàng)目多存在熱負(fù)荷不達(dá)標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益不佳、運(yùn)營成本偏高等問題。多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目開發(fā)應(yīng)徹底摒棄傳統(tǒng)“大而全”的開發(fā)思路，結(jié)合園區(qū)能源需求量身定做，按照以熱冷定電、欠匹配原則，合理確定基礎(chǔ)負(fù)荷和調(diào)峰負(fù)荷，特別是新建園區(qū)，應(yīng)根據(jù)企業(yè)入駐情況，做好負(fù)荷培育和分階段建設(shè)方案，減少初期投資，避免設(shè)備閑置。

3.3 合理安排運(yùn)行方式

多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益提升的關(guān)鍵在各能源系統(tǒng)間的協(xié)同配合，在能量生產(chǎn)、傳輸、存儲和管理的各個方面，都需要考慮運(yùn)用系統(tǒng)化、集成化和精細(xì)化的方法來分析整個能源系統(tǒng)，要通過綜合智慧能源管理平臺，建立智能調(diào)控、協(xié)同控制、綜合評估的運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)各種能源之間的高效互補(bǔ)，綜合運(yùn)用儲能等調(diào)節(jié)設(shè)施，不斷提升能源梯級利用效率，并顯著降低用能價格。

3.4 創(chuàng)新商業(yè)模式

多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目是國家大力發(fā)展的能源利用形式，但現(xiàn)行能源政策下，所發(fā)電力存在上網(wǎng)價格低、直供電政策不允許等多重障礙。項(xiàng)目開發(fā)應(yīng)緊密跟蹤電力體制改革進(jìn)展，創(chuàng)新商業(yè)模式，通過整合售電服務(wù)、市場化交易、直供電、增量配網(wǎng)、智能微網(wǎng)、綜合能源服務(wù)等方式，促進(jìn)所發(fā)電力就近消納，加大同電網(wǎng)、燃?xì)馄髽I(yè)的合作力度，打造上下游一體化發(fā)展優(yōu)勢。

3.5 做好風(fēng)險防控

多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目單位投資較高，同常規(guī)燃煤鍋爐、燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)相比沒有價格優(yōu)勢，且運(yùn)行模式更為復(fù)雜，需要進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)評價和風(fēng)險分析。項(xiàng)目盈利的影響因素主要為冷、熱價格、氣價及電價等，投資主體要深入開展經(jīng)濟(jì)性評價，積極爭取政策性投資補(bǔ)貼、節(jié)能補(bǔ)助資金等，開展綜合能源多樣化增值服務(wù)，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語

能源“十三五”發(fā)展規(guī)劃指出，清潔低碳能源是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的主攻方向，要逐步降低煤炭消費(fèi)比例，提高天然氣和非化石能源消費(fèi)比例，非化石能源消費(fèi)比例要提高到15%以上，天然氣消費(fèi)比例力爭達(dá)到10%。中國工業(yè)園區(qū)數(shù)量超過10 000個，多能互補(bǔ)園區(qū)綜合智慧能源項(xiàng)目是未來工業(yè)園區(qū)能源供應(yīng)的主要形式，是國家推進(jìn)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要載體，對推進(jìn)節(jié)能減排和能源可持續(xù)發(fā)展意義重大，應(yīng)加大政策支持，優(yōu)化發(fā)展環(huán)境，不斷提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)。

［1］國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，國網(wǎng)天津節(jié)能服務(wù)有限公司.綜合能源服務(wù)技術(shù)與商業(yè)模式［M］.北京：中國電力出版社，2018.

［2］肖徐兵，楊宇峰.區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架下的綜合能源服務(wù)［J］.機(jī)電信息，2019（17）：171-172.

［3］應(yīng)鴻，張揚(yáng).綜合能源服務(wù)知識體系研究［J］.浙江電力，2018（7）：171-172.

F206

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.048

2095－6835（2019）23－0107－02

周剛（1981—），男，本科，山東鄒城人，工程師，主要從事能源規(guī)劃、項(xiàng)目開發(fā)、技術(shù)研究等工作。

〔編輯：張思楠〕