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浅谈产业园区中工业厂房的能源综合配置

发布时间:2023-09-27    浏览量:110

以下内容摘自微信公众号:PPP产业大讲堂,《产业园区中工业厂房的能源综合配置》。

园区工业地产中能源综合配置存在的问题

我国园区工业地产建设已历经近40年的发展, 园区在区域经济发展、产业集聚方面发挥了重要的载体和平台作用, 有力推动了我国社会经济的高质量发展。园区工业地产是国民经济的发展的重要载体, 但同时也是集中的环境污染源。绿色、低碳发展对园区工业地产尤为重要,园区迫切需要构建全新的清洁、低碳、安全的能源体系。园区因其经济基础好、能源消耗大、产业集聚等特点成为了能源转型与变革试点、示范的重要对象,是综合能源服务的“理想试验田”。

目前我国园区工业地产的能源系统主要存在以下几点问题:

1、能源供应安全保障不足,很多园区由于供电、供气、供热等能源供应安全保障不足,影响其经济发展。

2、能源消费结构不合理,传统能源的使用比例过高,给园区节能减排带来巨大压力。

3、管理方式粗放,管理平台覆盖率低,存在管控盲点。

4、新能源应用比例不高,开发利用可再生能源的意识不足。

5、管理方式粗放,数据变量大、属性杂,对于能源的使用情况难以实时掌控和直观呈现。

在园区工业地产开展电冷热(暖)供应、多能协同供应、综合梯级利用,以及低品位余热利用等综合能源服务,可以有效解决园区工业地产的能源利用问题,越来越多的能源互联网企业为解决园区工业地产用能问题,已在这方面深耕多年。帮助园区工业地产在用能方面:运营精细化、数据可视化、管理多维化。多层次完善园区整体及各项管理流程;运用数字分析手段,整合及协调园区资源,促进园区的产业推进,创建园区科学管理体系。

园区工业地产综合能源系统架构

工业园区是我国经济发展的重要组成部分,如何实现经济、环保的发展十分重要。综合能源服务能够实现多能综合利用,提高能源利用率,增加可再生能源消纳能力,成为节能减排的有效方式。园区工业地产在发展综合能源服务方面具有天然的优势,随着我国能源变革进程的不断推进,可以想见,未来园区的综合能源服务市场将成为各类市场参与主体开展竞争的重要领域。

园区工业地产的能源消费情况

园区工业地产按其产业类型可分为综合类、行业类和静脉产业类园区。综合类园区工业地产产业集群程度较高, 行业类别较多,资源消耗种类也繁多复杂;行业类园区工业地产一般以某一类行业及其衍生行业为核心, 资源消耗种类相对简单,静脉产业类园区主要从事再生资源回收、加工和利用, 其用能类型也相对简单, 以电等二次能源为主。

园区综合能效提升分类指导亟待加强

园区地域分布广,资源禀赋差异大,个性共性兼具,园区间能耗总量和强度、碳排放总量和强度差异大。按照能源消耗总量和强度双控向碳排放总量和强度双控转变的要求,不同地域不同园区差异很大,控能控碳哪个优先、如何来控,缺乏分类指导。亟需加强园区综合能效提升的分类指导,推动绿色低碳发展。

园区能源基础设施规模效率结构性锁定

园区广泛推行基础设施共享,以热定电为特征的集中式热电联产能源基础设施普及推广,但同时又呈现出“规模—效率”结构性锁定,以及以化石能源为主的传统能源与新能源供给结构失衡,导致温室气体排放结构性锁定。目前,大部分基础设施服役未到设计寿命的一半,园区基础设施节能降碳改造需要解决好成本收益的平衡,能源加工转化效率及系统优化亟待提升。

终端电气化面临规模数量成本综合制约

终端电气化是园区深化节能降碳的关键举措。当前,园区大部分企业的装备电气化面临单体规模小、数量多的问题,节能提效技术创新及装备推广存在投入成本高等短板。课题组对某典型精细化工园区进行了专题研究,分析了其八大类5000台存量电机设备,总容量100 MW,单台设备的平均容量约10kW,其中单机容量大于15kW以上的电机设备数量仅占设备总数的35%,容量占81%,小规模电机的能效提升面临较大挑战,需要电机技术的整体提升。

园区物质流能量流精细化管理短板明显

《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》(国发〔2021〕23号)要求“加强园区物质流管理”,这里物质流是广义的概念,既包括生产原料也包括能源。园区物质流能量流管理是全过程节能减污直接、有效、经济的措施,是推进园区综合能效提升的重要抓手。但实践中,物质流能量流管理基础的工作——三级计量体系建设尚存在明显短板、弱项,特别是中小规模企业。

拓展园区工业地产的综合能源增值服务

工业园区的人地关系调控是园区绿色发展的重要科学问题。园区尺度上,“人”主要体现为经济活动,“地”即园区的资源环境基础,主要表现为能源、水资源、土地资源、环境影响等。经济、能源、水、土地、环境构成了工业园区人地系统中的子系统,各子系统之间存在着许多联系与作用。能源、水、土地资源开发利用既对园区经济发展及其生态环境有直接作用,又对更大尺度的生态环境问题产生影响。

园区综合能源规划的定量分析离不开经济性测算结果。常规的经济性测算工具主要针对单种能源系统,当开展综合能源系统规划时将面临不同的税收优惠政策、不同的财政补贴方式、不同的项目评价周期及不同的可变成本系数。同时,园区综合能源规划的经济性评价结果需覆盖系统全寿命阶段,不仅考虑设备初始投资,还包括运行期内的外购燃料成本及运维检修成本。

园区综合能源规划的经济性测算也跟采用的商业模式息息相关,采用常规销售模式时,能源收入就是能源量乘以能源单价。采用节能量分成时,能源收入就变成了节能收益的分成比例。采用能源托管方式时,能源收入可能就变成了一个固定量。因此,建议在开展园区综合能源规划经济性测算时需要多种等效方式,比如将不同周期的能源设备更替作为分阶段规划的一个节点,或者将部分设备的更替费用折算成更大的运维费用放入经济性评价。同时,园区综合能源规划需要及时更新税收优惠、补贴政策,确保园区综合能源规划经济性测算更加真实可信。

园区数智强链数字化电气化工程

推动数字要素、智能制造加快向园区集聚发展,促进企业层面和园区层面数字化、智能化、绿色化发展,强化电力管理智能化,提升产业链、供应链、创新链协同配套能力,提高产业链韧性,增强产业链安全性,催生“产业化+数字化+智能制造”新业态;加强园区企业生产计划、工艺技术、物料配送、设备监控维护、质量管控以及能量流物质流智能化跟踪管理。

搭建数据驱动的园区节能降碳决策支撑平台,设计开发园区基础数据库,并定期动态更新,由专业机构和科研单位联合运维并开展数据挖掘研究,支撑管理决策。

加强园区电气化建设。针对园区海量中低压小容量电力用户,开发终端智控装置和资源群控平台,建立碎片资源唤醒聚合互动新模式,以“小装置”感知、柔性调节、本地控制用户多类型设备,以“大平台”聚合可调资源,智能辅助决策,开展分层分级响应;以“强服务”注重用户无感体验,拓展节能降费增值服务,实现政府、用户、电网多方共赢。

加强园区电力资源配置优化。通过能源系统综合规划、多用户互动、电网协调控制及智能化改造,实现冷热电气协同、源网荷储集群联控;通过优化负荷和储能有功控制及电力电子设备无功调控对冲有功和无功冲击,提升园区电能质量;通过智慧电务,基于设备级用能数据,开展精细化综合能源服务。

--以上内容摘自微信公众号:PPP产业大讲堂,2023年5月23日《产业园区中工业厂房的能源综合配置》。

1. 文章解读

文章指出当前园区工业地产能源配置存在的主要问题,包括能源供应保障不足、传统能源比例过高、能源管理方式粗放、新能源利用比例偏低、对多种能源的使用情况无法实时掌握等。通过园区综合能源架构:物理层、信息层、服务层三个层次进行园区综合能源的规划、设计与实施,推进园区工业地产节能降碳工程包括五个方面:园区节能降碳分类指导能力建设工程、园区三级计量精细化物质流能量流管理提升工程、园区基础设施共生节能减污降碳提效工程、园区数智强链数字化电气化工程和园区综合能效提升系统工程。

近三年来,政府多部门发文均有提及针对工业园区节能减排工作指导意见,要求提升工业园区能源利用效率,加快园区能源数字基础设施建设,利用数字技术构建智慧能源体系,打造绿色低碳型工业园区。

2. 工业园区能源数字化系统构成

把一个工业园区的能源系统看成一个微网,这个能源微网可能由微电网、给/排水网、供冷/热管网、燃气管网等等组成。要提高园区的能源利用效率,管理者首先要实现对园区各类能源的精细化管理,实现多级能源计量和评估,这就需要建立一套园区能源的数字化系统,系统可以反馈整个园区能源的运行情况。能源数字化系统包括物理系统、感知系统和信息系统三个维度。

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图1 园区微电网数字化系统的三维构成

物理系统是能源的物质基础,实现能源生产、传输、供应等功能,以微电网为例,包括市电、新能源(光伏、风力发电等)、变压器、输配电开关柜、储能系统、用电负荷(空调、照明、电机等)、V2G充电桩等等。

很多物理系统不具备数字化通讯能力,需要配置感知设备实现对物理系统的数字化展现,主要为二次设备,其中包括保护控制装置、监测和计量仪表、电量变送器、电能质量分析治理设备等,这些二次设备组成了园区能源数字化的感知系统。

还需要把感知系统的数据通过简单易懂的界面展示给管理人员,并提供分析建议和控制策路以达到园区能源管理和节能降耗的目的。感知系统的大量数据通过边缘计算网关采集并初步处理后传输给人机界面--信息系统,提供能源数据服务和控制、运维功能,网络架构见图2

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图2 能源数字化建设网络架构

3. 工业园区能源数字化系统功能

AcrelEMS工业园区能源管理系统帮助搭建工业园区的能源计量体系和能源管理,结合物联网、大数据技术,可实现园区电网电力监控、能耗统计、负荷预测、照明控制、负荷监控、充电桩运营管理、分布式光伏监控、储能控制管理、用水监测、暖通管网监测、环境监测、能源计费等功能,通过一套平台实现园区能源数字化集中管理,达到可靠、安全、节约、低碳用能的目的。

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图3 园区能源管理系统功能一览图

3.1 电力监控,提升园区电网运行安全

AcrelEMS对园区变电站、高低压变配电系统的变压器、断路器、直流屏、母排、无功补偿柜及电缆等配电相关设备的电气参数、运行状态、漏电电流、接点温度进行实时监测和控制,监测园区电网主要回路的电能质量并进行治理,对故障及时处理并发出告警信息,提高园区供电可靠性。


 

图4 电力监控和温度监测

3.2 新能源接入,提升园区能源供应安全

AcrelEMS接入园区分布式光伏电站运行数据,包括逆变器、箱变、计量仪表及电能质量监测装置,协助管理者进行光伏发电效率分析、发电量及收益统计,扩展园区供电容量,降低用电成本,减少碳排放。

 

图5 光伏发电曲线对照分析

3.3储能策略控制,提升新能源消纳

AcrelEMS接入储能系统(EMS)、电池管理系统(BMS)和储能变流器(PCS)数据,为管理者提供运行模式监视和控制策略选择,系统监测电芯电流、温度、SOC、SOH,检测直流系统绝缘状况,并根据企业峰谷特点和电价波动以及上级平台指令设置储能系统的充放电策略,控制储能系统充放电,实现削峰填谷,促进新能源消纳,降低园区用电成本。  

图6 储能系统PCS监测和电池监测

3.4能耗管理,搭建计量体系

AcrelEMS采集园区电、水、热、燃气等能源消耗,搭建三级能源计量体系,进行分类分项能耗统计,计算单位面积或单位产品的能耗数据以及趋势,对标主要用能设备能效进行能效诊断,计算企业碳排放,为园区实现能源精细化管理,制定碳达峰、碳中和路线提供数据支持。

 

图7 能耗分析

3.5负荷控制及计费,精细化管理降低能耗

AcrelEMS系统通过对园区建筑内部和公共照明的集中控制、感应控制、定时控制等方式节约照明能源,还可以帮助管理者更好地管理转供电的能源收费,做到欠费提前通知、欠费控制以及支付对接,通过算法消纳园区能耗公摊,避免不合理收费,保障能源收支平衡。

 

图8 照明智能控制和能源预付费管理

3.6负荷预测,协调控制,保障园区供用平衡

AcrelEMS系统基于历史负荷数据,结合天气因素、园区生产计划等,预测园区功率需求、光伏发电功率、充电需求,根据变压器负载率和负荷变化,对园区可调可控设备进行统一协调控制,引导有序充电,调整储能充放电计划,为园区制定能源计划、优化用能结构提供技术支持。

 

图9 充电桩控制和功率预测

4. 能源数字化系统感知设备

园区能源数字化系统除了软件外,还离不开安装于现场的各类感知设备,包括高低压配电保护控制装置、监测和计量仪表、电量变送器、电能质量分析治理设备、照明控制器、有线/无线温度传感器、水表、燃气表、能量表等各类产品,安科瑞可以为园区能源数字化系统建设提供一站式服务。

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5. 工业园区能源数字化系统的建设意义

园区作为实体经济主战场,未来随着经济持续增长能耗总量和碳排放总量仍将继续增长。要实现双碳计划,工业园区节能减排任务相当紧迫,碳排放评价试点产业园区也开始实施,如果我们还在依靠传统的手段来管理园区的能源体系显然是不可取的。国家主管部门陆续出台政策推动产业园区数字化转型,打造绿色低碳产业园区,因此园区的能源数字化管理系统也是势在必行。


                              

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