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

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

以下內(nèi)容轉自微信公眾號：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題

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

2、能源消費結構不合理，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。

4、新能源應用比例不高，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)。

在園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)開展電冷熱（暖）供應、多能協(xié)同供應、綜合梯級利用，以及低品位余熱利用等綜合能源服務，可以有效解決園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)的能源利用問題，越來越多的能源互聯(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：運營精細化、數(shù)據(jù)可視化、管理多維化。多層次完善園區(qū)整體及各項管理流程；運用數(shù)字分析手段，整合及協(xié)調(diào)園區(qū)資源，促進園區(qū)的產(chǎn)業(yè)推進，創(chuàng)建園區(qū)科學管理體系。

園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)綜合能源系統(tǒng)架構

園區(qū)綜合能源系統(tǒng)架構包含物理層、信息層和服務層。物理層是物質(zhì)基礎,實現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸、供應等功能；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, 進行數(shù)據(jù)的交互與共享、智慧用能控制、數(shù)據(jù)價值挖掘等；服務層是管理樞紐, 基于綜合能源系統(tǒng)物理架構及數(shù)據(jù)、信息技術的支撐, 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)綜合能源服務的商業(yè)模式是基于上述3個層次進行規(guī)劃、設計與實施。

園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)的能源消費情況

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)絡調(diào)度技術等因素的限制, 導致清潔能源應用比重不高等。

園區(qū)綜合能效提升分類指導亟待加強

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

園區(qū)能源基礎設施規(guī)模效率結構性鎖定

園區(qū)廣泛推行基礎設施共享，以熱定電為特征的集中式熱電聯(lián)產(chǎn)能源基礎設施普及推廣，但同時又呈現(xiàn)出“規(guī)模—效率”結構性鎖定，以及以化石能源為主的傳統(tǒng)能源與新能源供給結構失衡，導致溫室氣體排放結構性鎖定。目前，大部分基礎設施服役未到設計壽命的一半，園區(qū)基礎設施節(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)能降碳的關鍵舉措。當前，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化工園區(qū)進行了專題研究，分析了其八大類5000臺存量電機設備，總容量100 MW，單臺設備的平均容量約10kW，其中單機容量大于15kW以上的電機設備數(shù)量僅占設備總數(shù)的35%，容量占81%，小規(guī)模電機的能效提升面臨較大挑戰(zhàn)，需要電機技術的整體提升。

能效局部有效和系統(tǒng)整體有效需要平衡

“十一五”以來，在節(jié)能減排約束性指標的持續(xù)推動下，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，并從局部過程節(jié)能向全過程、全鏈條、全系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能轉變。以煉油行業(yè)為例，全國2020年煉油企業(yè)能效水平優(yōu)于水平的產(chǎn)能約25%，同時有20%的產(chǎn)能其能效低于基準水平。我國火力發(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)流能量流精細化管理短板明顯

《國務院關于印發(fā)2030年前碳達峰行動方案的通知》（國發(fā)〔2021〕23號）要求“加強園區(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程節(jié)能減污*直接、*有效、*經(jīng)濟的措施，是推進園區(qū)綜合能效提升的重要抓手。但實踐中，物質(zhì)流能量流管理*基礎的工作——三級計量體系建設尚存在明顯短板、弱項，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*發(fā)布的能源發(fā)展指導意見的推動下, 園區(qū)綜合能源系統(tǒng)建設及綜合能源服務業(yè)態(tài)發(fā)展得到了有力的推動,改變了傳統(tǒng)能源系統(tǒng)互相獨立的產(chǎn)供消方式，構建 “電、熱、冷、氣”橫向多能耦合、“源-網(wǎng)-荷-儲”縱向多能協(xié)同、以及能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費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主體。 

充分了解園區(qū)產(chǎn)業(yè)結構、用能需求特征和綜合能源服務資源稟賦，建設分布式與集中式供應相結合的綜合能源系統(tǒng)，開展針對傳統(tǒng)能源利用方面的項目規(guī)劃建設與投資運營。通過降低能源消費成本、提升能源利用效率獲得收益，同時對優(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，是園區(qū)能源利用的主要方式。分布式能源系統(tǒng)建設的業(yè)務方向包括:

①基礎設施服務，即能源基礎設施的建設、運行和維護，微能網(wǎng)的規(guī)劃、建設及運營，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)電廠的建設運營,如：園區(qū)大規(guī)模屋頂光伏和立面光伏系統(tǒng)的建設；

③虛擬電廠的建設，利用通信及控制技術,整合不同類型分布式能源，結合儲能側和需求側的可用負荷，實現(xiàn)對發(fā)售電側的協(xié)調(diào)運行；

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

實際案例

1 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，平滑整體用電負荷，起到了削峰填谷，多能互補的作用。預計到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%。 

2 以德國能源市場為例說明。企業(yè)可根據(jù)可再生能源的資源情況調(diào)整生產(chǎn)計劃，當可再生能源資源充足時，實時電價相對較低，在資源欠缺時則相反,企業(yè)可據(jù)此調(diào)節(jié)其生產(chǎn)計劃，以降低用能成本，提高其生產(chǎn)經(jīng)濟效益。德國RegModHarz項目是德國“E-Energy”計劃支持的項目之一，通過制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標準,將風能、抽水蓄能、太陽能、生物質(zhì)能等能源系統(tǒng)連接起來，并為用能客戶安裝能源管理系統(tǒng)，對發(fā)電端和用電端實施雙向管理，基于日前和日內(nèi)市場的價格調(diào)控用戶的用電時間和用電量。

項目為客戶提供供熱、供冷項目的規(guī)劃設計、建設、運營等服務，并提供專家服務以實現(xiàn)客戶項目實施過程中的成本控制，在此過程中，客戶能夠?qū)Ｗ⒂谄鋵?領域內(nèi)，而將能源相關的技術問題交給專*人員處理，為其實現(xiàn)降低用能成本、能源利用的目的。服務內(nèi)容包括但不限于:

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

②供熱、供冷設備設施的建設及后續(xù)運營、維護和故障處理;

③冷、熱管網(wǎng)的建設與運維管理；

④能源審計服務等。

其主要的服務模式包括2種: 合同能源管理與集中式供能。合同能源管理是用能，承包商需利用技術為客戶提供用能服務;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,服務對象越多則分攤成本越低，提高整體運營效率。

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

推進園區(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，推進園區(qū)經(jīng)濟—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，強化節(jié)約、提效、開源，產(chǎn)業(yè)和能源結構雙優(yōu)化、雙清潔化，優(yōu)化資源要素配置；以園區(qū)基礎設施為重*，推動能源、環(huán)境基礎設施系統(tǒng)優(yōu)化和循環(huán)共生；構建智慧管理平臺，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)能降碳分類指導能力建設工程

“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)濟規(guī)模、產(chǎn)業(yè)特征、能源結構、能源效率、碳排放等維度，對園區(qū)分級分類；從產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化、生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈網(wǎng)、能源系統(tǒng)優(yōu)化、基礎設施升級等方面，明確各類園區(qū)能效提升。

總體來看，園區(qū)作為實體經(jīng)濟主戰(zhàn)場，未來隨著經(jīng)濟持續(xù)增長能耗總量和碳排放總量仍將繼續(xù)增長。針對園區(qū)能源消耗及碳排放特點，課題組提出“以地定產(chǎn)、以產(chǎn)見能(碳)、以能(碳)優(yōu)產(chǎn)”的碳達峰方略，將園區(qū)綜合能效提升作為關鍵，系統(tǒng)有序推進產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化、能效提升、能源結構轉型、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%?，F(xiàn)階段園區(qū)應優(yōu)先實施產(chǎn)業(yè)結構調(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應用。從時間維度分析，2035-2050年期間通過產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化、能效提升、能源結構轉型的減排潛力基本釋放，進一步深*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。

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

園區(qū)三級計量精細化物質(zhì)流能量流管理提升工程

完善企業(yè)三級計量，是“加強園區(qū)物質(zhì)流管理”的重要支撐。推動園區(qū)深入開展精細化數(shù)字化計量工程，配齊能、水、料三級計量監(jiān)測設施，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動管理；推行數(shù)字化智能化計量工作，建立實時數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧化物質(zhì)流管理系統(tǒng)。

設立園區(qū)及企業(yè)能效專職崗位，推動用能、用水量大的企業(yè)配全三級計量設備，并適當超前配備數(shù)字化智能化儀表，逐步實現(xiàn)園區(qū)全覆蓋，實時采集能量流、物質(zhì)流信息并接入園區(qū)智慧化管理平臺，建立多源時間序列數(shù)據(jù)驅(qū)動的園區(qū)智能分析和精細管理決策，做好園區(qū)能源和物質(zhì)平衡管理，在此基礎上建立數(shù)字化碳管理系統(tǒng)。

通過完善園區(qū)企業(yè)用戶側分時三級計量表計的建設改造，自下而上厘清園區(qū)多產(chǎn)品、多元素、多層級的物質(zhì)能量代謝結構、路徑、過程等特征，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)基礎設施共生節(jié)能減污降碳提效工程

針對工業(yè)園區(qū)能源基礎設施的三大特點，課題組建立了年份—存量減碳模型，研究了五種主要技術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/純凝式汽輪機升級為背壓式汽輪機、將小容量燃煤機組用大容量機組替代、發(fā)展天然氣聯(lián)合循環(huán)機組替代燃煤小機組。研究發(fā)現(xiàn)，通過五種措施綜合應用，溫室氣體可減排8%~16%，同時能減排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當量收益（按2015年可比價）。

園區(qū)能源基礎設施和環(huán)境基礎設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)，可同時實現(xiàn)節(jié)能節(jié)水減污。課題組研究表明，全國80%的園區(qū)有集中式能源環(huán)境基礎設施，72%的園區(qū)有集中式污水處理廠，園區(qū)水環(huán)境基礎設施和能源基礎設施之間建立能--水耦合的共生關系是減污降碳的重要舉措。

針對級經(jīng)開區(qū)的研究顯示，210余家園區(qū)可建立518條共生關系，其中239條基于能源交換，279條基于水資源交換；通過共生，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、90.9萬噸標煤/年、572萬噸CO2當量/年。

園區(qū)數(shù)智強鏈數(shù)字化電氣化工程

推動數(shù)字要素、智能制造加快向園區(qū)集聚發(fā)展，促進企業(yè)層面和園區(qū)層面數(shù)字化、智能化、綠色化融*發(fā)展，強化電力管理智能化，提升產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈、創(chuàng)新鏈協(xié)同配套能力，提高產(chǎn)業(yè)鏈韌性，增強產(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)；加強園區(qū)企業(yè)生產(chǎn)計劃、工藝技術、物料配送、設備監(jiān)控維護、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)動的園區(qū)節(jié)能降碳決策支撐平臺，設計開發(fā)園區(qū)基礎數(shù)據(jù)庫，并定期動態(tài)更新，由專*機構和科研單位聯(lián)合運維并開展數(shù)據(jù)挖掘研究，支撐管理決策。

加強園區(qū)電氣化建設。針對園區(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，建立碎片資源喚醒聚合互動新模式，以“小裝置”感知、柔性調(diào)節(jié)、本地控制用戶多類型設備，以“大平臺”聚合可調(diào)資源，智能輔助決策，開展分層分級響應；以“強服務”注重用戶無感體驗，拓展節(jié)能降費增值服務，實現(xiàn)政*、用戶、電網(wǎng)多方共贏。

加強園區(qū)電力資源配置優(yōu)化。通過能源系統(tǒng)綜合規(guī)劃、多用戶互動、電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制及智能化改造，實現(xiàn)冷熱電氣協(xié)同、源網(wǎng)荷儲集群聯(lián)控；通過優(yōu)化負荷和儲能有功控制及電力電子設備無功調(diào)控對沖有功和無功沖擊，提升園區(qū)電能質(zhì)量；通過智慧電務，基于設備級用能數(shù)據(jù)，開展精細化綜合能源服務。

園區(qū)綜合能效提升系統(tǒng)工程

立足園區(qū)產(chǎn)業(yè)結構和用能特點，加強工業(yè)園區(qū)能源系統(tǒng)建設，突出系統(tǒng)優(yōu)化和全生命周期思想，著力三個轉變：一是橫向多能互補，從單一能源向綜合能源轉變；二是縱向建立“源、網(wǎng)、荷、儲”協(xié)調(diào)，形成多樣化能源的供給、需求及儲能調(diào)節(jié)的動態(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，針對園區(qū)能源生產(chǎn)—能源供應—化工生產(chǎn)等多系統(tǒng)，綜合運用生產(chǎn)工藝綠色化、電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化、電機設備升級、余熱回收等推進園區(qū)系統(tǒng)性節(jié)能和效率提升。其次，強化生產(chǎn)過程—產(chǎn)業(yè)鏈接—基礎設施—安全環(huán)境管理協(xié)同，抓住綠色化學與綠色化工技術集成的關鍵，加強短流程原子經(jīng)濟合成技術開發(fā)，實現(xiàn)源頭減污和源頭節(jié)能，通過多產(chǎn)品多過程共生耦合，實現(xiàn)園區(qū)整體性能效提升和減污降碳。

當前，中國經(jīng)濟發(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)展是中國經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)文明建設的重要組成。揭示工業(yè)園區(qū)人地關系的內(nèi)涵，協(xié)同優(yōu)化工業(yè)園區(qū)人地關系，是化解園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)中園區(qū)與環(huán)境的矛盾、推進園區(qū)綠色發(fā)展的必然選擇。

--以上內(nèi)容轉自微信公眾號：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

文章指出當前園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)能源配置存在的主要問題，包括能源供應保障不足、傳統(tǒng)能源比例過高、能源管理方式粗放、新能源利用比例偏低、對多種能源的使用情況無法實時掌握等。通過園區(qū)綜合能源架構：物理層、信息層、服務層三個層次進行園區(qū)綜合能源的規(guī)劃、設計與實施，推進園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)節(jié)能降碳工程包括五個方面：園區(qū)節(jié)能降碳分類指導能力建設工程、園區(qū)三級計量精細化物質(zhì)流能量流管理提升工程、園區(qū)基礎設施共生節(jié)能減污降碳提效工程、園區(qū)數(shù)智強鏈數(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，多部門發(fā)文均有提及針對工業(yè)園區(qū)節(jié)能減排工作指導意見，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)字基礎設施建設，利用數(shù)字技術構建智慧能源體系，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)、燃氣管網(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)的三維構成

物理系統(tǒng)是能源的物質(zhì)基礎,實現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸、供應等功能，以微電網(wǎng)為例，包括市電、新能源(光伏、風力發(fā)電等)、變壓器、輸配電開關柜、儲能系統(tǒng)、用電負荷（空調(diào)、照明、電機等）、V2G充電樁等等。

很多物理系統(tǒng)不具備數(shù)字化通訊能力，需要配置感知設備實現(xiàn)對物理系統(tǒng)的數(shù)字化展現(xiàn)，主要為二次設備，其中包括保護控制裝置、監(jiān)測和計量儀表、電量變送器、電能質(zhì)量分析治理設備等，這些二次設備組成了園區(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)關采集并初步處理后傳輸給人機界面--信息系統(tǒng)，提供能源數(shù)據(jù)服務和控制、運維功能，網(wǎng)絡架構見圖2。

圖2 能源數(shù)字化建設網(wǎng)絡架構

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，結合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術，可實現(xiàn)園區(qū)電網(wǎng)電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計、負荷預測、照明控制、負荷監(jiān)控、充電樁運營管理、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、無功補償柜及電纜等配電相關設備的電氣參數(shù)、運行狀態(tài)、漏電電流、接點溫度進行實時監(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

新能源接入，提升園區(qū)能源供應安全

AcrelEMS接入園區(qū)分布式光伏電站運行數(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)助管理者進行光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計，擴展園區(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

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)峰谷特點和電價波動以及上級平臺指令設置儲能系統(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

能耗管理，搭建計量體系

AcrelEMS采集園區(qū)電、水、熱、燃氣等能源消耗，搭建三級能源計量體系，進行分類分項能耗統(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，對標主要用能設備能效進行能效診斷，計算企業(yè)碳排放，為園區(qū)實現(xiàn)能源精細化管理，制定碳達峰、碳中和路線提供數(shù)據(jù)支持。

圖7 能耗分析

負荷控制及計費，精細化管理降低能耗

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供電的能源收費，做到欠費提前通知、欠費控制以及支付對接，通過算法消納園區(qū)能耗公攤，避免不合理收費，保障能源收支平衡。

圖8 照明智能控制和能源預付費管理

負荷預測，協(xié)調(diào)控制，保障園區(qū)供用平衡

AcrelEMS系統(tǒng)基于歷史負荷數(shù)據(jù)，結合天氣因素、園區(qū)生產(chǎn)計劃等，預測園區(qū)功率需求、光伏發(fā)電功率、充電需求，根據(jù)變壓器負載率和負荷變化，對園區(qū)可調(diào)可控設備進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，引導有序充電，調(diào)整儲能充放電計劃，為園區(qū)制定能源計劃、優(yōu)化用能結構提供技術支持。

圖9 充電樁控制和功率預測

能源數(shù)字化系統(tǒng)感知設備

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)場的各類感知設備，包括高低壓配電保護控制裝置、監(jiān)測和計量儀表、電量變送器、電能質(zhì)量分析治理設備、照明控制器、有線/無線溫度傳感器、水表、燃氣表、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)建設提供一站式服務。

工業(yè)園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)的建設意義

園區(qū)作為實體經(jīng)濟主戰(zhàn)場，未來隨著經(jīng)濟持續(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)能減排任務相當緊迫，碳排放評價試點產(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。

作者介紹

未曉妃，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為微電網(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。