1園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)中能源綜合配置存在的問題
一直以來，我國園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)用戶用能方式多元化、電力消耗量也大。據(jù)統(tǒng)計，我國七成的工業(yè)用能都集中在園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)。對于園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)而言，開展綜合能源服務越來越有必要。綜合能源服務是適應現(xiàn)代能源供應體系和消費方式多樣化變革的需要，將供能側(cè)的多種供能方式和用能側(cè)的多種需求響應進行排列組合而形成的能源服務創(chuàng)新模式。
目前我國園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)的能源系統(tǒng)主要存在以下幾點問題：
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(jié)構(gòu)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)。
2園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)綜合能源系統(tǒng)架構(gòu)
我國工業(yè)園區(qū)中的能量流通過程包括能源生產(chǎn)、能量轉(zhuǎn)換、能量傳輸、能源儲存和能源消費5個環(huán)節(jié)，包含風力發(fā)電、光伏發(fā)電、光熱電站、燃氣發(fā)電、燃氣制熱、電制冷、吸收式制冷等多種用能形式，用能種類多、數(shù)量大，節(jié)能空間廣。常見的供能系統(tǒng)有冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、風光發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)等。工業(yè)園區(qū)內(nèi)普遍建設了用能監(jiān)控管理系統(tǒng)，用于對工業(yè)生產(chǎn)過程進行監(jiān)控，但能源結(jié)構(gòu)不合理，缺乏聯(lián)動方式及策略，能源利用率偏低；其次，部分工業(yè)園區(qū)正在使用的用能監(jiān)控管理系統(tǒng)只具備分析功能，不能對各能源模塊實施控制，無法實現(xiàn)能源設備出力的自動調(diào)節(jié)，使得工業(yè)園區(qū)整體能源效率偏低，提升空間巨大。
園區(qū)綜合能源系統(tǒng)架構(gòu)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(gòu)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。
3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。
4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?cè)萘?00 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。
5園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)綜合能源配置的商業(yè)模式
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，有機結(jié)合儲能側(cè)和需求側(cè)的可用負荷，實現(xiàn)對發(fā)售電側(cè)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(zhuǎn)換過程。
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%。
6推進園區(qū)工業(yè)地產(chǎn)節(jié)能降碳重點工程
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(jié)構(gòu)雙優(yōu)化、雙清潔化，優(yōu)化資源要素配置；以園區(qū)基礎設施為重點，推動能源、環(huán)境基礎設施系統(tǒng)優(yōu)化和循環(huán)共生；構(gòu)建智慧管理平臺，推動能源管理與園區(qū)安全、環(huán)保、物流等一體化、智慧化。為此，園區(qū)節(jié)能降碳建議優(yōu)先抓好以下重點工程：
①園區(qū)節(jié)能降碳分類指導能力建設工程
②園區(qū)三級計量精細化物質(zhì)流能量流管理提升工程
③園區(qū)基礎設施共生節(jié)能減污降碳提效工程
④園區(qū)數(shù)智強鏈數(shù)字化電氣化工程
⑤園區(qū)綜合能效提升系統(tǒng)工程
7工業(yè)園區(qū)能源數(shù)字化系統(tǒng)構(gòu)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(gòu)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)。
最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(gòu)見圖2。
圖2 能源數(shù)字化建設網(wǎng)絡架構(gòu)
8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(jié)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、高效、低碳用能的目的。
圖3 園區(qū)能源管理系統(tǒng)功能一覽圖
8.1 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
8.2 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
8.3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
8.4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
8.5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(zhuǎn)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
8.6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(jié)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(jié)構(gòu)提供技術支持。
圖9 充電樁控制和功率預測
8.7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。
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應用 |
保護測控裝置 |
| AM6 | 實現(xiàn)35kV、10kV回路的保護、測量和自動控制功能 | 中壓回路 |
電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置 |
| APView500 | 實時監(jiān)測電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諧波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件，記錄事件發(fā)生前后的波形，輔助用戶分析電能質(zhì)量發(fā)生的原因,定位擾動源。 | 高低壓進線回路 |
弧光保護裝置 |
| ARB6-M | 適用于開關柜弧光信號和電流信號的采集，并控制進線柜或母聯(lián)柜分閘 | 中壓母線保護 |
智能操控裝置 |
| ASD500系列 | 35kV、10kV開關柜狀態(tài)的綜合測控以及柜內(nèi)環(huán)境溫濕度的測量與控制。 | 適用于35kV、10kV開關柜狀態(tài)的綜合測控以及柜內(nèi)環(huán)境溫濕度的測量與控制。 |
無線測溫傳感器 |
| ATE400 | 監(jiān)測35kV及以下電壓等級配電系統(tǒng)關鍵接點溫度和溫升預警。 | 適用于35kV、10kV以及0.4kV開關柜母排、斷路器、電纜接頭等接點溫度監(jiān)測 |
動態(tài)諧波無功補償系統(tǒng) |
| AnCos*/*-G Ⅰ型 | 同時具備諧波治理、無功功率線性補償與三相電流平衡治理和穩(wěn)定電壓的功能,響應時間快，精度高、運行穩(wěn)定，能根據(jù)系統(tǒng)的無功特性自動調(diào)整輸出，動態(tài)補償功率因數(shù)； | 0.4kV電能質(zhì)量治理 |
網(wǎng)絡電力儀表 |
| APM520 | 具有全電量測量，諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計、電能統(tǒng)計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 主要用于高低壓電能監(jiān)測和電能管理 |
電能表 |
| DTSD1352 | 具有全電量測量，電能統(tǒng)計，80A內(nèi)可直接接入，導軌安裝 | 低壓配電箱 |
物聯(lián)網(wǎng)儀表 |
| ADW300 | 主要用于計量中低壓配電的三相電氣參數(shù)，可靈活安裝于配電箱內(nèi)，自帶開口式互感器，安裝接線方便，具備RS485、4G、LoRaWan無線通信功能，適用于配電系統(tǒng)數(shù)字化改造。 | 數(shù)字化改造 |
物聯(lián)網(wǎng)儀表 |
| ARCM300 | 三相交流電能計量、漏電電流測量、諧波分析、4路溫度采集功能，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，RS485通訊或4G通訊功能。 | 電氣消防和數(shù)字化改造 |
直流電能表 |
| DJSF1352-RN | 可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率以及正反向電能等，具備配套霍爾傳感器(可選)。 | 直流計量 |
馬達保護 |
| ARD3M | 電動機保護控制器，適用于額定電壓至 660V 的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動機安全運行，強大的邏輯可編程功能可以滿足各種控制要求，多種可選配的通訊方式適應現(xiàn)場不同的總線通訊需求。 | 工廠電機控制 |
抗晃電裝置 |
| ARD-KHD | 電壓短暫失壓時防止接觸器脫扣，電壓恢復后不間斷運行，避免系統(tǒng)受到?jīng)_擊。 |
|
遙信遙控單元 |
| ARTU-KJ8 | 8路DI，8路DO，導軌式安裝，485通訊，可實現(xiàn)斷路器或接觸器的遠程控制和狀態(tài)量采集。 | 遙信和遙控 |
限流式保護器 |
| ASCP200 | 當?shù)蛪号潆娀芈钒l(fā)生短路故障時，ASCP200電氣防火限流式保護器能以微秒級速度快速(＜150μs)限制短路電流以實現(xiàn)滅弧保護，從而能顯著減少電氣火災事故。 | 用電安全 |
充電樁 |
| AEV200-DC160S | 7kW交流充電樁和30/60/120/160kW直流充電樁。具備測量、控制與保護的功能，如運行狀態(tài)監(jiān)測、故障狀態(tài)監(jiān)測、充電計量與計費以及充電過程的聯(lián)動控制等。 | 充電樁運營和充電控制 |
照明控制器 |
| ASL220Z-Sx/16 | 通過集中控制、感應控制、定時控制、經(jīng)緯度、調(diào)光控制等控制方式避免長明燈，節(jié)約照明能源，延長燈具壽命。 | 照明控制 |
遠傳式水表 | / | / | 計量用水量，MBUS或RS485通訊接口 | 用水計量 |
遠傳式能量表 | / | / | 渦街、超聲波、電磁式等方式計量冷熱量、蒸汽用量和瞬時流量，RS485通訊接口。 | 能量計量 |
遠傳式氣表 | / | / | 計量燃氣(防爆)、壓縮空氣等用量，RS485通訊接口。 | 氣體計量 |
智能網(wǎng)關 |
| ANet-2E4SM | 邊緣計算網(wǎng)關，嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議 | 電能、環(huán)境等數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和邏輯判斷 |
9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(zhuǎn)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。
參考文獻
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》.
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