劉懷遠(yuǎn)，陳逸琿，李嘉晨，宋福龍，陳正曦，余瀟瀟，吳 軍

（1.全球能源互聯(lián)網(wǎng)集團(tuán)有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京 100031；2.武漢大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院，武漢 430072；3.北京電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，北京 100055）

0 引言

工業(yè)園區(qū)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要載體，對(duì)全國(guó)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)達(dá)30%以上，同時(shí)也占據(jù)全國(guó)約31%的碳排放量［1］，其高能耗、高排放的生產(chǎn)方式對(duì)園區(qū)的供能技術(shù)提出了嚴(yán)格要求。本文即結(jié)合當(dāng)前的戰(zhàn)略方向，分析現(xiàn)有供能技術(shù)的應(yīng)用情況和投資潛力，加快推動(dòng)工業(yè)園區(qū)能源方式的轉(zhuǎn)型。

上世紀(jì)末，政府開(kāi)始提出“多電源”和“多通道電源”以緩解電力供應(yīng)不足等問(wèn)題，各工業(yè)企業(yè)紛紛投建自備電廠［2］，該供電模式得到快速發(fā)展。截至2018年底，自備電廠裝機(jī)容量已占全國(guó)煤電總裝機(jī)的9.4%［3］。但隨著近幾年環(huán)保約束趨緊，四川、山東等地相繼對(duì)自備電廠征收交叉性補(bǔ)貼和政府性基金費(fèi)用，碳捕集、利用與封存技術(shù)（carbon capture，utilization and storage，CCUS）也開(kāi)始融入電廠以實(shí)現(xiàn)化石能源利用凈零排放［4］，進(jìn)一步削弱了自備電廠的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

21世紀(jì)初，電力市場(chǎng)的深化改革拓寬了購(gòu)電用戶參與市場(chǎng)的途徑，簡(jiǎn)化了電網(wǎng)與大用戶之間的供電關(guān)系。配合電價(jià)機(jī)制等政策的引導(dǎo)，高耗能用戶的購(gòu)電成本有效降低，并且可以享受電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)壓服務(wù)［5－6］。大電網(wǎng)購(gòu)電還可以為清潔能源提供良好的交易平臺(tái)，提升綠電在電力市場(chǎng)中的比重，有利于綠色能源形式的轉(zhuǎn)型［7］。但是近幾年的差別電價(jià)政策提高了電能成本，降低了大電網(wǎng)購(gòu)電在高耗能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)效益。

2020年9月，習(xí)近平總書(shū)記正式提出“雙碳”目標(biāo)，黨的二十大報(bào)告中也強(qiáng)調(diào)了新型能源體系建設(shè)的重要性；歐盟等國(guó)先后出臺(tái)了碳關(guān)稅政策，鋼鐵、鋁等高碳產(chǎn)業(yè)面臨著出口關(guān)稅的經(jīng)濟(jì)壓力［8］。我國(guó)作為全球最大的碳排放國(guó)家，亟需推進(jìn)綠色供電方式的轉(zhuǎn)型，以清潔能源為主的微網(wǎng)系統(tǒng)得以快速發(fā)展。文獻(xiàn)［9］闡述了我國(guó)風(fēng)、光分布特征，說(shuō)明我國(guó)擁有微電網(wǎng)建設(shè)條件；印度多地建設(shè)了屋頂光伏系統(tǒng)補(bǔ)充發(fā)電［10］，歐洲REMOTE項(xiàng)目也利用氫儲(chǔ)能技術(shù)提高微網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的能力［11］。高耗能產(chǎn)業(yè)通常占地面積廣，可利用資源多，文獻(xiàn)［12］即利用園區(qū)資源構(gòu)建“源—網(wǎng)—荷—車(chē)—儲(chǔ)”系統(tǒng)，能夠提高微網(wǎng)運(yùn)行靈活性，降低碳交易成本；文獻(xiàn)［13］在電力市場(chǎng)環(huán)境下，注重園區(qū)微網(wǎng)與主網(wǎng)的有效互動(dòng)，降低了運(yùn)營(yíng)成本和不確定性。

綜合當(dāng)前的主要供能技術(shù)，本文以蒙西地區(qū)某電解鋁產(chǎn)業(yè)為例，模擬自備電廠、大電網(wǎng)購(gòu)電、孤島模式微電網(wǎng)、并網(wǎng)模式微電網(wǎng)4種模式下的園區(qū)運(yùn)行特性，分別計(jì)算各方案在經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)境效益上的表現(xiàn)，為未來(lái)的園區(qū)投資者和建設(shè)者提供決策參考。

1 綠色工業(yè)園區(qū)供能技術(shù)

1.1 自備電廠運(yùn)行模式

自備電廠即企業(yè)建立的能夠?qū)崿F(xiàn)能量自發(fā)自用的電廠，主要通過(guò)燃燒煤炭或其他化石燃料來(lái)生產(chǎn)電能或熱能。該供能技術(shù)可以有效緩解園區(qū)的用電緊張，在發(fā)電成本上也具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。其機(jī)組規(guī)劃通常采用“N＋1”備用原則。

自備電廠也存在一些問(wèn)題：1）大量的污染排放；2）響應(yīng)速度慢；3）電廠容量有限，可能會(huì)有切負(fù)荷；4）自備電廠的高度自治可能會(huì)影響電網(wǎng)制定售電計(jì)劃；5）可能存在違規(guī)建設(shè)的現(xiàn)象［2］。

當(dāng)前，多地政府按自發(fā)自用電量向自備電廠征收政策性交叉補(bǔ)貼，部分地區(qū)還需繳納政府性基金和系統(tǒng)備用費(fèi)。且在“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)下，自備電廠需要處理高碳排放問(wèn)題，CCUS等設(shè)備的高額投資與運(yùn)行費(fèi)用提高了電廠的供電成本。因此以燃煤為主的自備電廠面臨著能源轉(zhuǎn)型的迫切要求。

1.2 向大電網(wǎng)購(gòu)電模式

大電網(wǎng)購(gòu)電是大用戶按照電價(jià)機(jī)制直接從電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)電能的供能方式。21世紀(jì)初，電力市場(chǎng)的深化改革釋放了市場(chǎng)活力，電網(wǎng)公司向發(fā)電企業(yè)和用電大戶提供交易平臺(tái)促成互利關(guān)系，大用戶因此擁有了更多的選擇權(quán)。

當(dāng)前大用戶從大電網(wǎng)購(gòu)電主要是通過(guò)中長(zhǎng)期交易市場(chǎng)，用戶可以先確定年度交易電量，再根據(jù)波動(dòng)補(bǔ)充月度交易電量。若購(gòu)電合同采取分時(shí)電價(jià)的方式，園區(qū)可以加設(shè)儲(chǔ)能設(shè)備引導(dǎo)用電情況的調(diào)整，進(jìn)一步縮減購(gòu)電成本。

大電網(wǎng)購(gòu)電方式可以充分利用電網(wǎng)公司的調(diào)頻、調(diào)壓服務(wù)，保障高質(zhì)量電能的輸送，并且有利于電力監(jiān)管機(jī)構(gòu)的垂直管理。大電網(wǎng)備用能力充足，能夠?qū)崟r(shí)滿足高耗能園區(qū)的用電需求，各地區(qū)還可以根據(jù)實(shí)際裝機(jī)情況增加新能源消納比例［14］。但當(dāng)前火電裝機(jī)比例高，送端的CCUS成本會(huì)以價(jià)格方式傳導(dǎo)至用電側(cè)。在節(jié)能減排的迫切要求下，電網(wǎng)公司也對(duì)8項(xiàng)高耗能產(chǎn)業(yè)執(zhí)行差別電價(jià)政策，提高了購(gòu)電成本。

1.3 微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式

微電網(wǎng)是將區(qū)域內(nèi)分散的發(fā)電單元組織起來(lái)形成的小型能源系統(tǒng)，具有區(qū)域性、靈活性等特點(diǎn)。微電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)需要以穩(wěn)定性較好的能源作為主要發(fā)電形式，其中太陽(yáng)能、風(fēng)能是覆蓋率最廣、能量最豐富的自然資源。但風(fēng)、光過(guò)度依賴(lài)氣候條件，存在間歇性和波動(dòng)性問(wèn)題，因此孤島模式微電網(wǎng)通常加設(shè)儲(chǔ)能設(shè)備改善運(yùn)行能力，或者利用多種能源間的互補(bǔ)關(guān)系增強(qiáng)供電的可靠性與連續(xù)性。孤島模式微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 孤島模式微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

孤島模式微電網(wǎng)能夠有效解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電問(wèn)題，改善當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量。高耗能產(chǎn)業(yè)園區(qū)通常全天處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，部分時(shí)段會(huì)出現(xiàn)供電嚴(yán)重不足的情況。在節(jié)能減排的背景下，這種低排放供電模式具有發(fā)展前景，電動(dòng)汽車(chē)、可中斷負(fù)荷、混合儲(chǔ)能等措施都能夠增強(qiáng)調(diào)度靈活性，緩解經(jīng)濟(jì)效益不足的問(wèn)題。

1.4 微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行模式

并網(wǎng)模式微電網(wǎng)通過(guò)公共連接點(diǎn)與大電網(wǎng)相連，可以位于電源側(cè)作為大型分布式電源，或靠近負(fù)荷側(cè)調(diào)整不平衡功率。如圖2所示，當(dāng)大電網(wǎng)故障時(shí)，可以通過(guò)保護(hù)與解列操作，使微網(wǎng)退網(wǎng)進(jìn)入孤島運(yùn)行模式，保證區(qū)域內(nèi)重要負(fù)荷的有效供電，等電網(wǎng)故障消除后再重新并入。

圖2 并網(wǎng)模式微電網(wǎng)運(yùn)行模式

并網(wǎng)模式微電網(wǎng)有充足的備用能力，系統(tǒng)與主電網(wǎng)間的友好互動(dòng)可以提高重要負(fù)荷的供電可靠性，改善用戶的用能水平。但是仍需要高額的投資成本，新能源供電的波動(dòng)性也增加了企業(yè)與電網(wǎng)公司間的交易復(fù)雜度，微網(wǎng)在孤島／并網(wǎng)的切換過(guò)程中也可能引起電壓和頻率波動(dòng)［15］。

2 綠色工業(yè)園區(qū)供能技術(shù)評(píng)估

本文的研究目的是對(duì)工業(yè)園區(qū)的主要供能技術(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。因此建立供能技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)及其數(shù)學(xué)模型，以合理量化各供能方案在經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)境效益上的表現(xiàn)。

2.1 平準(zhǔn)化度電成本

結(jié)合各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)因素建立供能技術(shù)成本分析體系，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。由于主要能量來(lái)源不同，各供能技術(shù)的設(shè)備情況存在差異。因此，本文于第3節(jié)中根據(jù)具體的成本費(fèi)用建立了數(shù)學(xué)模型，以準(zhǔn)確計(jì)算各方案的供能經(jīng)濟(jì)性。

圖3 供能技術(shù)成本分析體系結(jié)構(gòu)

本文以平準(zhǔn)化度電成本作為經(jīng)濟(jì)性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)作為各供能技術(shù)仿真運(yùn)行的優(yōu)化目標(biāo)。

式中：LOCE為平準(zhǔn)化度電成本；I0為初始投資；Fn為第n年總成本費(fèi)用；Dn為第n年系統(tǒng)折舊費(fèi)用；Rn為第n年系統(tǒng)總運(yùn)行成本；Vn為第n年稅費(fèi)；Wn為第n年項(xiàng)目還本付息成本；Bn為第n年其他來(lái)源收入；C為項(xiàng)目殘值；RE為外部因素風(fēng)險(xiǎn)成本；An為第n年發(fā)電量；n為年份；N為項(xiàng)目全生命周期；r為基準(zhǔn)折現(xiàn)率。

2.2 供電可靠率

供電可靠率是供能技術(shù)的可靠性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，作為約束條件考慮進(jìn)供能技術(shù)典型日運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型中。

式中：Reliability為供電可靠率；time＿cut為系統(tǒng)平均停電時(shí)間；sum＿time為統(tǒng)計(jì)期間時(shí)間。

2.3 日均碳排放量

日均碳排放量是供能技術(shù)的環(huán)境效益評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，主要包括自備電廠的火電機(jī)組燃煤排碳和電網(wǎng)側(cè)碳排放。該指標(biāo)通過(guò)碳排放單價(jià)和CCUS運(yùn)行成本折算進(jìn)度電成本中的系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用Rn。

式中：Carbon為日均碳排放量；sum＿emission為統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)的碳排放總量。

3 綠色工業(yè)園區(qū)供電經(jīng)濟(jì)性算例分析

本文以內(nèi)蒙古地區(qū)某電解鋁項(xiàng)目為研究對(duì)象。設(shè)該園區(qū)機(jī)組24 h運(yùn)行，負(fù)荷波動(dòng)小，年耗電量為2.1×109kW·h，日負(fù)荷功率最大值為260 MW，年產(chǎn)值100 kt電解鋁，其負(fù)荷歸一化功率曲線如圖4所示［16］。園區(qū)有優(yōu)越的光伏、風(fēng)電開(kāi)發(fā)條件。設(shè)典型日儲(chǔ)能的初始能量為最大能量的1／2。

圖4 園區(qū)某日負(fù)荷歸一化功率曲線

3.1 自備電廠運(yùn)行模式

結(jié)合園區(qū)的負(fù)荷情況，依據(jù)“N＋1”的規(guī)劃原則，以4臺(tái)火電機(jī)組組建自備電廠，保證系統(tǒng)在故障或檢修時(shí)有充分的備用能力。火電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)如表1所示，水平年選擇2022年。

表1 火電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

園區(qū)在正常工作時(shí)，由機(jī)組1、機(jī)組2和機(jī)組3進(jìn)行供電，總裝機(jī)容量300 MW。機(jī)組4作為備用機(jī)組，裝機(jī)容量為120 MW。

自備電廠數(shù)學(xué)模型：

式中：Cg，i、Ccoal，i、Cgop，i、Cglife，i分別為第i臺(tái)火電機(jī)組的總成本、發(fā)電煤耗成本、運(yùn)行維護(hù)成本、投資成本；CCO2為處理碳排放的總成本，CCUS設(shè)備的CO2捕集率為90%，剩余部分需要支付額外的排放費(fèi)用；Cgorn為按自發(fā)自用電量繳納的政策性交叉補(bǔ)貼，蒙西地區(qū)征收標(biāo)準(zhǔn)為0.01元／（kW·h）［17］；Cother為人工成本、用水成本等其他固定費(fèi)用，自備電廠每年的固定成本約為系統(tǒng)總建設(shè)成本的2.5%；CCCUS、Cclife為CCUS設(shè)備的運(yùn)行總成本、投資成本；cCO2為碳排放價(jià)單價(jià)，取50元／t；ccc為碳捕集單價(jià)，取100元／t［18］；ccs為碳存儲(chǔ)單價(jià)，取30元／t［19－20］；Qem為CO2排放量；Qcc為CO2捕集量；Qccs為CO2存儲(chǔ)量；ccoal為電煤價(jià)格，取1 200元／t［21］；Pg，i，t為第i臺(tái)火電機(jī)組在時(shí)刻t的出力；Δt為機(jī)組發(fā)電時(shí)間；cglife為火電機(jī)組單位容量投資成本，取3 500元／kW；Tglife為火電機(jī)組全壽命周期。

如圖5所示，自備電廠正常運(yùn)行時(shí)各時(shí)段負(fù)荷需求均得到響應(yīng)。園區(qū)建立300＋120 MW 的自備電廠需要14.7億元，燃煤機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用日均117.42萬(wàn)元，總供給負(fù)荷5 807 MW·h。系統(tǒng)在該典型日排碳5 476 t，則電廠配置的CCUS設(shè)施年產(chǎn)能需達(dá)到2 000 kt，投資成本約為5.5億元［22］，日均運(yùn)行成本為64.07萬(wàn)元，還需要額外支付2.74萬(wàn)元的碳排放費(fèi)用。綜上所述，自備電廠的度電成本為0.492元／（kW·h）。

圖5 園區(qū)自備電廠運(yùn)行情況

由數(shù)據(jù)可得，自備電廠由多臺(tái)火電機(jī)組配合運(yùn)行，供電可靠，投資、運(yùn)行成本低。但是自備電廠的供能形式較為單一，日均碳排放量大，造成嚴(yán)重污染，其減排費(fèi)用使度電成本明顯增加。

3.2 向大電網(wǎng)購(gòu)電模式

大電網(wǎng)購(gòu)電除了考慮分時(shí)電價(jià)和容量電價(jià)外，根據(jù)全區(qū)62.44%的火電裝機(jī)占比［23］，園區(qū)還需支付供電產(chǎn)生的碳排放成本。蒙西地區(qū)的分時(shí)電價(jià)［24］如表2所示。

表2 分時(shí)電價(jià)

大電網(wǎng)供電與負(fù)荷需求保持實(shí)時(shí)平衡，按分時(shí)電價(jià)機(jī)制，園區(qū)在峰時(shí)購(gòu)電1 008.61 MW·h，在平時(shí)購(gòu)電2 646.21 MW·h，在谷時(shí)購(gòu)電2 152.41 MW·h，則園區(qū)在典型日向大電網(wǎng)支付的購(gòu)電成本為216.61萬(wàn)元。根據(jù)內(nèi)蒙古電網(wǎng)電價(jià)表，容量電費(fèi)每月28元／kW，工業(yè)園區(qū)在大電網(wǎng)購(gòu)電模式下的最大需量是260 MW，則每月需支付728萬(wàn)元的容量電費(fèi)，年均8 736萬(wàn)元。

該典型日總供給負(fù)荷5 807 MW·h，其中火電發(fā)電3 626 MW·h，造成3 419 t碳排放，送端CCUS成本傳導(dǎo)至用戶側(cè)為40.14萬(wàn)元，還需要1.72萬(wàn)元的碳排放費(fèi)用。綜上所述，大電網(wǎng)購(gòu)電的度電成本為0.511元／（kW·h）。

由數(shù)據(jù)可得，向大電網(wǎng)購(gòu)電的供電可靠率高，負(fù)荷需求能夠?qū)崟r(shí)滿足，且園區(qū)不需要裝設(shè)額外的供電設(shè)備，節(jié)省了投資費(fèi)用和占地面積。但是其度電成本相對(duì)較高，以火電為主的發(fā)電側(cè)仍有大量碳排放。

3.3 微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式

電解鋁項(xiàng)目的生產(chǎn)園區(qū)擁有優(yōu)質(zhì)的光伏、風(fēng)能資源，典型日發(fā)電的歸一化功率如圖6所示。

圖6 園區(qū)某日光伏、風(fēng)電歸一化功率

本文為工業(yè)園區(qū)建立風(fēng)、光、儲(chǔ)綠色微電網(wǎng)系統(tǒng)，其中風(fēng)電裝機(jī)800 MW，光伏裝機(jī)200 MW，設(shè)置2 000 MW·h的磷酸鐵鋰電池，額定功率為260 MW［25］。

孤島模式微電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型為：

式中：Cpv、Cw為光伏、風(fēng)電的運(yùn)行成本；Cs為儲(chǔ)能成本；CIL為失負(fù)荷損失；cIL為失負(fù)荷損失單價(jià)，取8元／（kW·h）；PIL，t為時(shí)刻t的失負(fù)荷功率；CsE為儲(chǔ)能能量投資成本；Csop為儲(chǔ)能運(yùn)維成本，通常年運(yùn)維成本為儲(chǔ)能建設(shè)成本的2%；csE為儲(chǔ)能單位能量投資成本，取1 800元／（kW·h）［25］；Emaxs為儲(chǔ)能最大容量；Tslife為儲(chǔ)能全壽命周期；Ppv，t、Pw，t為光伏、風(fēng)電在時(shí)刻t的消納功率；Ppv，max、Pw，max為光伏、風(fēng)電裝機(jī)容量；cpvop為光伏單位電量運(yùn)維成本，取0.025元／（kW·h）；cwop為風(fēng)電單位電量運(yùn)維成本，取0.045元／（kW·h）；cpvlife為光伏單位容量投資成本，取4 000元／kW；cwlife為風(fēng)電單位容量投資成本，取5 000元／kW；Tpvlife、Twlife為光伏、風(fēng)電的全壽命周期。

如圖7所示，風(fēng)、光互補(bǔ)系統(tǒng)白天能量過(guò)剩、夜間供給不足，由儲(chǔ)能設(shè)備平抑發(fā)電波動(dòng)，提高能源利用效率。孤島模式微電網(wǎng)的設(shè)備投資需84億元，其中儲(chǔ)能系統(tǒng)成本為36億元。

圖7 孤島模式微電網(wǎng)運(yùn)行情況

光伏設(shè)備輸出1 478 MW·h，風(fēng)電設(shè)備輸出4 628 MW·h；儲(chǔ)能設(shè)備放電1 273 MW·h，充電1 572 MW·h，由于儲(chǔ)能充放電過(guò)程存在轉(zhuǎn)換效率，因此放電電量小于充電電量。設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有污染排放，但是存在能源浪費(fèi)，風(fēng)能利用率為85.68%，且在特殊天氣下仍存在失負(fù)荷等故障風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述，孤島模式微電網(wǎng)的度電成本為0.513元／（kW·h）。

由數(shù)據(jù)可得，孤島模式微電網(wǎng)基于風(fēng)、光機(jī)組和儲(chǔ)能設(shè)備間的互補(bǔ)運(yùn)行，運(yùn)行成本低，幾乎沒(méi)有環(huán)境污染，但是需要高額的設(shè)備投資成本，綜合經(jīng)濟(jì)性較差，并且風(fēng)、光的波動(dòng)性會(huì)造成能源浪費(fèi)和可靠性問(wèn)題。

3.4 微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行模式

并網(wǎng)模式微電網(wǎng)的風(fēng)電裝機(jī)650 MW，光伏裝機(jī)125 MW，儲(chǔ)能設(shè)備的容量為1 200 MW·h，額定功率為200 MW，總投資成本為59.1億元。

并網(wǎng)模式微電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型：

式中：Cpur為大電網(wǎng)購(gòu)電成本。

以并網(wǎng)模式微電網(wǎng)供電的園區(qū)系統(tǒng)運(yùn)行情況如圖8所示。工業(yè)園區(qū)在并網(wǎng)模式微電網(wǎng)的供電模式下，最大需量為200 MW，每月需支付560萬(wàn)元的容量電費(fèi)，年均6 720萬(wàn)元。工業(yè)園區(qū)在典型日向大電網(wǎng)購(gòu)電894 MW·h，支付了30.37萬(wàn)元的購(gòu)電費(fèi)用，并需要額外支付約6.18萬(wàn)元的CCUS運(yùn)行費(fèi)用和0.26萬(wàn)元的碳排放費(fèi)用。系統(tǒng)內(nèi)光伏設(shè)備供電924 MW·h，風(fēng)電設(shè)備供電4 165 MW·h，風(fēng)能利用率為94.90%；儲(chǔ)能設(shè)備在典型日放電746 MW·h，充電922 MW·h，日均充放電總量為1 668 MW·h。儲(chǔ)能在該調(diào)度過(guò)程中通過(guò)“削峰填谷”提高新能源消納率，通過(guò)“低充高放”降低電網(wǎng)購(gòu)電成本，通過(guò)工作日“一充一放”延長(zhǎng)使用壽命。綜上所述，并網(wǎng)模式微電網(wǎng)的度電成本為0.468元／（kW·h）。

圖8 并網(wǎng)模式微電網(wǎng)運(yùn)行情況

由數(shù)據(jù)可得，并網(wǎng)模式微電網(wǎng)有大電網(wǎng)作為支撐，供電可靠性得到保障，高比例新能源的融入降低了運(yùn)行成本，減少了污染排放，總體經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)。

如表3所示，在相同的供電可靠性水平下，自備電廠運(yùn)行靈活，存在大量碳排放，需要額外的CCUS費(fèi)用，而且交叉性補(bǔ)貼和基金費(fèi)用削弱了電廠的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。大電網(wǎng)購(gòu)電供電穩(wěn)定，可以提供調(diào)頻、調(diào)壓服務(wù)，適合對(duì)電能質(zhì)量要求高的用電企業(yè)，并且能夠優(yōu)化輸電網(wǎng)絡(luò)，節(jié)約建設(shè)用地，提升綠電在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。孤島模式微電網(wǎng)具有最好的環(huán)境效益，在“雙碳”目標(biāo)進(jìn)一步推進(jìn)、碳關(guān)稅成本持續(xù)上升的背景下，該供電模式具有投資潛力，但是存在失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)需要大量的儲(chǔ)能設(shè)備，一次投資成本高。并網(wǎng)模式微電網(wǎng)減少了設(shè)備投資費(fèi)用和碳排放成本，兼顧環(huán)境效益和供電可靠性，發(fā)展前景好，但是分布式電源供電的不確定性會(huì)增加企業(yè)與電網(wǎng)交易的復(fù)雜度。

表3 供電技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

3.5 敏感性分析

當(dāng)前國(guó)際碳中和戰(zhàn)略持續(xù)推動(dòng)，我國(guó)的碳排放價(jià)格預(yù)計(jì)于2030年達(dá)到150元／t左右。CCUS、儲(chǔ)能等技術(shù)的成本會(huì)持續(xù)下降，預(yù)計(jì)到2030年，碳捕集、碳存儲(chǔ)的綜合成本會(huì)降低至100元／t左右，磷酸鐵鋰等電化學(xué)儲(chǔ)能的建設(shè)成本也會(huì)縮減至原先成本的60%?？紤]到碳排放價(jià)格的提升，CCUS設(shè)備和儲(chǔ)能成本的下降，各供能技術(shù)的度電成本的發(fā)展趨勢(shì)如圖9所示。

圖9 供能技術(shù)敏感性分析曲線

敏感性分析結(jié)果如下：

1）CCUS成本的降低使高排放供能技術(shù)的度電成本呈下降趨勢(shì)。

2）碳排放價(jià)格的提升使自備電廠和大電網(wǎng)購(gòu)電的度電成本有緩慢上升趨勢(shì)，因CCUS設(shè)備補(bǔ)集了約90%的碳，需要額外支付的碳排放費(fèi)用有限，當(dāng)碳捕集率進(jìn)一步提高時(shí)，碳排放費(fèi)用對(duì)度電成本的影響會(huì)繼續(xù)減弱。

3）儲(chǔ)能是對(duì)微電網(wǎng)影響程度最大的敏感因素，其建設(shè)成本的下降大幅改善了微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)儲(chǔ)能成本下降至80%左右時(shí)，孤島模式微電網(wǎng)的度電成本已經(jīng)逼近了大電網(wǎng)購(gòu)電；當(dāng)儲(chǔ)能成本縮減至60%，并網(wǎng)模式微電網(wǎng)的度電成本將降低至0.382元／（kW·h）。并且在該背景下，大電網(wǎng)購(gòu)電也可以采用儲(chǔ)能設(shè)備協(xié)調(diào)優(yōu)化購(gòu)電成本。

4 結(jié)論

經(jīng)濟(jì)效益方面，自備電廠在碳排放成本影響下度電成本明顯增加，孤島模式微電網(wǎng)需要高額的一次投資成本，相比之下，含高比例新能源的并網(wǎng)模式微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

可靠性方面，有大電網(wǎng)作為支撐的供能技術(shù)表現(xiàn)最優(yōu)，其中向大電網(wǎng)購(gòu)電還能夠通過(guò)調(diào)頻、調(diào)壓保障電能質(zhì)量，而孤島模式微電網(wǎng)由于可再生能源的波動(dòng)性存在失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)，可靠性較差。

環(huán)境效益方面，微電網(wǎng)以清潔能源為發(fā)電主體，推進(jìn)了碳減排的工作進(jìn)程，而以火電為主的供能技術(shù)排碳嚴(yán)重，并且會(huì)影響園區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益。

隨著節(jié)能減排政策的推動(dòng)，大電網(wǎng)購(gòu)電與自備電廠都不再具備優(yōu)惠政策，甚至需要繳納懲罰費(fèi)用。孤島模式微電網(wǎng)在高耗能工業(yè)園區(qū)的應(yīng)用尚不成熟，存在高額的投資費(fèi)用和可靠性問(wèn)題。并網(wǎng)模式微電網(wǎng)是當(dāng)前綜合效益相對(duì)最優(yōu)的供能方式，既可以保障供電可靠性，又促進(jìn)了分布式電源與電網(wǎng)的結(jié)合。

經(jīng)敏感性分析，當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)和碳捕集技術(shù)正在高速發(fā)展，其應(yīng)用成本將持續(xù)下降，且碳關(guān)稅等政策也在嚴(yán)格推進(jìn)，這使得微電網(wǎng)技術(shù)將更加具備經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼?，投資者需要綜合考慮發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)園區(qū)生產(chǎn)性能、經(jīng)濟(jì)情況和實(shí)際條件，選擇最合適的供能技術(shù)。