吳正勇 邵恩澤 王燦

（江蘇方天電力技術有限公司 江蘇南京 210012）

0 引言

隨著高耗能企業(yè)逐漸向園區(qū)聚集，園區(qū)企業(yè)用能成本居高不下、消費結(jié)構(gòu)不合理、能源利用效率偏低、能源管理精細化程度不高等問題凸顯［1］，高效用能、降低企業(yè)用能成本是工業(yè)園區(qū)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟關注的焦點。在園區(qū)的能源管理中，對能耗情況科學合理的分析，制定以園區(qū)為整體的系統(tǒng)性能耗指標，準確反映園區(qū)能效水平，在此基礎上結(jié)合能效管理，實現(xiàn)園區(qū)多種能源的互補協(xié)調(diào)運行是節(jié)能減排的關鍵。

以某工業(yè)園區(qū)為例，建立綜合考慮多種能源共同參與的園區(qū)級系統(tǒng)化能效評估指標，形成關于園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的能效評估方法。某工業(yè)園區(qū)占地約6 km2，園區(qū)內(nèi)入駐有印染、紡織成衣、橡膠輪胎、裝配等多種類型企業(yè)。主要用能形式為電能和蒸汽，自建一座24 MW熱電廠為整個園區(qū)提供主要的電能和熱能，同時建設有15 MW分布式光伏電站、4 MW電池儲能系統(tǒng)等多種能源供給系統(tǒng)，電能可通過35 kV電網(wǎng)線路進行供電和上網(wǎng)。園區(qū)總共接入監(jiān)測點25 000余個，實時采集能耗相關數(shù)據(jù)，開展電、光、熱、儲多能協(xié)調(diào)優(yōu)化和綜合管理。分別建立各個能耗單元的指標模型，計算分析其能耗水平，引入綜合能源利用率這個指標，反映園區(qū)的總體能效水平。

1 熱電廠指標模型

園區(qū)熱電廠為母管制機組，選取供電煤耗率和全廠供熱煤耗率作為評價熱電廠的主要性能指標。除此之外，重要指標還包括鍋爐效率、噸煤產(chǎn)汽量、管道效率、汽機熱耗率、熱電比、循環(huán)水溫升、加熱端差、廠用電率等。供電煤耗率如下式計算：

式中：bg為供電煤耗率，g/kWh；Lfcy為發(fā)電廠用電率，%；bf為發(fā)電煤耗率，g/kWh

全廠供熱煤耗率如下式計算：

式中：br為全廠供熱煤耗率，g/GJ；Bb為統(tǒng)計期內(nèi)耗用標準煤量，t；α 為供熱比，%；Qgr為統(tǒng)計期內(nèi)的汽輪機熱耗量，GJ。

2 光伏指標模型

光伏指標主要是光伏電站綜合系統(tǒng)效率（PR），是指光伏實際交流發(fā)電量與理論直流發(fā)電量的比值，它可以有效地判斷光伏系統(tǒng)的建設和運營水平，系統(tǒng)能效越高，光伏電站系統(tǒng)發(fā)電水平就越高。光伏電站綜合系統(tǒng)效率如下式計算：

式中：PRT為在T時間段內(nèi)光伏電站綜合系統(tǒng)效率；ET為在T時間段內(nèi)電站輸入電網(wǎng)的電量，kWh；Pe為光伏電站組件裝機的標稱容量，kW；hT為T時間段內(nèi)方陣面上的峰值日照時數(shù)，h。

3 儲能指標模型

儲能電站的綜合效率為評價周期內(nèi)，儲能電站生產(chǎn)運行過程中上網(wǎng)電量與下網(wǎng)電量的比值，按下式計算：

式中：ηEESS為儲能電站綜合效率，%；Eon為評價周期內(nèi)儲能電站的上網(wǎng)電量，kWh；Eoff為評價周期內(nèi)儲能電站的下網(wǎng)電量，kWh。

4 綜合能源利用率

工業(yè)園區(qū)內(nèi)有電熱光儲等多種能源形式并存，需要一個系統(tǒng)性的指標來衡量園區(qū)的能源利用效率。綜合能源利用率從能源系統(tǒng)穩(wěn)定輸出的角度考慮一次能源的利用情況，并結(jié)合用戶實際的負荷需求，從能量的數(shù)量和質(zhì)量綜合角度分析解釋系統(tǒng)或設備中有效能的轉(zhuǎn)移、傳遞、利用以及損失等情況，反映園區(qū)能源消耗水平和利用效果，是能源有效利用程度的綜合指標。針對園區(qū)實際情況，考慮上下網(wǎng)以及儲能充放電不同工作狀態(tài)情況下的綜合能源利用率如下式計算：

（1）園區(qū)有電能下網(wǎng)且儲能充電時

（2）園區(qū)有電能下網(wǎng)且儲能放電時

（3）園區(qū)有電能上網(wǎng)且儲能充電時

（4）園區(qū)有電能上網(wǎng)且儲能放電時

式（5）-（8）中：ηwhole為綜合能源利用率；E 為向園區(qū)用戶供應的電量，kWh；Q為向園區(qū)用戶的供熱量，kJ；Ebat為儲能充放電量，充電為正，放電為負，kWh；LHV為標煤的低位熱值，kJ/kg；B為熱電廠消耗總標煤量，kg；Egrid為網(wǎng)電電量，下網(wǎng)正，上網(wǎng)負，kWh；b為考慮發(fā)電效率的網(wǎng)電折算標煤量，kg/kWh；α為網(wǎng)電中可再生能源占比。

5 模型應用實例

通過對日常園區(qū)能耗性能指標的分析，可以判斷園區(qū)當前整體能效情況的高低。若發(fā)現(xiàn)異常的低能效區(qū)間，有針對性的分析原因并調(diào)整運行策略，提高園區(qū)整體用能效率。

選取園區(qū)某一天的綜合能源利用率曲線（圖1）進行分析，發(fā)現(xiàn)12∶00—13∶00綜合能源利用率有一段異常突降。通過分析熱電廠、光伏、儲能相關指標發(fā)現(xiàn)，在中午時段天氣轉(zhuǎn)晴，光伏發(fā)電量達到峰值，由于園區(qū)內(nèi)有部分工廠午休使得總負荷有所下降，所以此時熱電廠負荷被迫下降，導致供電煤耗率上升（圖2），但同時熱電廠是背壓汽輪機，熱電比無法進行大范圍調(diào)整，故電負荷下降有限，并產(chǎn)生上網(wǎng)電，而此時儲能無充放電，以上多種原因?qū)е戮C合能源利用率下降。

針對上述情況分析得出對策，一方面應發(fā)揮儲能調(diào)峰的優(yōu)勢，參與到多能互補的環(huán)節(jié)中來，避免熱電廠負荷過低和發(fā)電上網(wǎng)，另一方面可結(jié)合負荷預測協(xié)調(diào)園區(qū)用戶進行內(nèi)部的電熱負荷調(diào)整，避免園區(qū)負荷波動，盡可能減少供需之間的不平衡，使園區(qū)整體能效得到提升的同時也可以增強園區(qū)能源供應的安全性。

6 結(jié)論與建議

隨著經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境污染矛盾的日益突出，工業(yè)園區(qū)的節(jié)能減排已經(jīng)成為發(fā)展趨勢，越來越受到有關政府和部門的重視［2］。從園區(qū)的實際需求出發(fā)，針對不同工況生成最優(yōu)運行策略，形成有效的多能互補解決方案。針對工業(yè)園區(qū)能效建立評斷標準，便于實現(xiàn)工業(yè)園區(qū)用能管理，技術人員可實時分析能耗數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)問題并提出相應的高效運行策略。