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淺談智慧能源管理系統在工業園區的應用

2023-02-28 [1107]

安科瑞鮑靜君

　　摘要：國網江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司以新建工業園區作為布局，將高負荷用電區域作為選擇，開展以電為中心的綜合能源服務，促進多能互補，實現“源、網、荷、儲"全面協調發展，“電、氣、熱"互聯互通，建設“交互式智聯網絡、在線化智能運營、友好型智享服務"能源管理平臺，構建物理能源網、信息物聯網、能源互聯網，實施供能系統能源綜合梯級利用改造，形成規模效應，降低企業成本，提升多元化清潔能源消納和供應能力，推動“互聯網+智慧能源"戰略在蘇州落地。

　　關鍵詞：智慧能源；互聯網；綜合能源服務；規模效益

　　0引言

　　蘇州工業園區位于歷史名城蘇州古城區東面，地處中國沿海經濟開放區與長江三角洲經濟發展帶交匯處，土地面積占蘇州市的3.4%，人口占5.2%，工業用電量占7%，二氧化硫排放量占1%，COD排放量占2%，創造了蘇州市近15%的經濟總量，連續多年名列“中國城市具競爭力開發區"排序前列。從園區能源消費結構來看，電力是園區主要的能源消費類型，占園區全社會能源消費總量的55%以上，工業用電量占比在70%以上。園區積極推廣清潔能源、電動汽車、綠色建筑、需求響應，開展能源互聯網試點示范建設，以實現未來綠色園區的目標。

　　1實施背景

　　1.1 “互聯網+"智慧能源國家發展戰略的需要

　　為深入推進能源革命，提高能源利用效率，國務院頒發了《關于積極推進“互聯網+"行動的指導意見》，提出構建智慧能源系統，統籌能源與通信等基礎設施網絡建設，建設“源網荷"協調發展、集成互補的能源互聯網的發展要求，提高能源綠色、低碳、智能發展水平。國家逐步深化“互聯網+"理念，強調可再生能源接入、多類能源互補組合利用，并提出多

　　種運營方式、政府支持等各種優惠政策，在區域、城市、跨區等范圍積極探索多種形式的能源互聯網關鍵技術和建設模式，開展能源互聯網建設實踐。

　　1.2 供電企業角色轉型、跨越發展的需要

　　開展綜合能源管理推動供電公司由傳統電力供應商向綜合能源供應商轉型，挖掘電網潛在功能和商業價值，充分發揮清潔能源供應、商業平臺構建、生態環境治理、信息交互體驗等作用，將綜合能源服務業務作為除輸配業務外的二主業，培育新的市場業務，打造能源互聯網背景下電網企業的核心競爭力。

　　1.3 多元化能源服務需求的需要

　　綜合能源服務利益相關方主要有政府、供電公司、用能用戶、能源供應商、能源服務商、軟硬件設備供應商、咨詢機構、金融機構等，這些主體共同構成了能源產業鏈的生態體系。不同主體在綜合能源服務價值鏈中的訴求既有部分統一性，又有差異性，利益相關方對綠電使用、節能改造、能效服務、綜合供能、能源數據價值挖掘提出了更高的需求。

　　2主要做法

　　在蘇州工業園區構建清潔、環保、能源互聯、信息互通、金融互享的能源互聯格局是必要和緊要的。供電企業聯合能源相關企業，依托物聯網和互聯網技術，構建能源數據中心，融合共享用能數據，橫向為客戶提供電、水、熱、氣、建筑節能等綜合用能解決方案；縱向實現分布式發電、電能替代、儲能、設備運行方式優化、需求響應、區域能源共享等全鏈條用能解決方案，降低用戶用能成本，提升電能在終端能源消費領域占有率，滿足新一代電力客戶對綜合能源服務需求旺盛、服務需求多樣化的要求。

　　2.1 搭建三層級架構，實施“一站式"智慧能源服務

　　根據蘇州工業園區熱、電、冷使用情況及負荷特性，規劃建設天然氣分布式能源項目、屋頂光伏項目，完善發電基礎設施。同時，引導落實需求側管理，充電樁分布，能源監控與儲能管理，終實現向蘇州工業園區工商企業提供冷熱電3種能源，降低園區內尖峰負荷，提供獨立可靠高質量的清潔能源。依托局域能源互聯網，構建物理能源網、信息物聯網和互聯服務網，降低輸配電線路和供配電設備的投資，打造全國能源互聯網示范區，綜合能效、多能互補滲透率和融合率高的能源互聯網示范區，清潔能源比例和自供比例高的示范區，建立與現代工業相適應的能源體制示范區。

　　2.1.1 交互式智聯網絡

　　采用能流圖的宏觀方式展示區域能流全景。清晰呈現園區能源供應總量、能源類型、損耗情況、消費使用情況數據，并與經濟數據結合，得到區域能效關鍵指標數據，作為政府監管決策依據。實現水、電、氣、熱能源類型全覆蓋，實現關口、回路、設備網絡節點全覆蓋，實現遙測、遙信、遙控參數類型全覆蓋以及實時、分鐘、小時、月度時間尺度全覆蓋。

　　2.1.2 在線化智能運營

　　提升能源網絡設施日常運營管理水平能力。展現園區內源、網、儲、荷各類能源設施實時運行動態，包括燃氣電站、儲能電站、分布式光伏、能源中心、充電樁、用能企業等，掌握能源供需關系，及時獲得安全、能效、環保等數據。

　　2.1.3 友好型智享服務

　　為企業提供一鍵能效體檢服務。企業能效指標按區域、行業進行對標分析，通過用戶畫像等大數據算法實現機會準確推介，縮短決策鏈條，創造綜合能源服務市場價值。“蘇州友好型2.5智能產業園區"的建成創造性地進行了落地實證應用。該系統設計了套覆蓋園區級能源互聯網功能的公共信息模型，實現了信息模型標準化；建設了套園區多類型儲能系統建設示范工程，實現園區用能協調、細化管理。

　　2.2 構建物理能源網，實現多能互補，源、網、荷、儲協調發展

　　在園區能源供給側提供電網能源和清潔能源（分布式光伏、分布式天然氣等），在能源需求側開展智能交通（電動汽車、充電樁）、智能社區、智能建筑、智能微網（產業園、企業）建設，滿足政府部門、用能企業、能源服務商、社會公眾等各方需求，優化園區能源產業鏈、價值鏈生態。

　　2.2.1 源端低碳

　　在園區內因地制宜地建設光伏、風電、燃氣三聯供等清潔的電源系統，熱泵、太陽能集熱、電鍋爐、電空調、燃氣鍋爐等熱源系統。使用零碳可再生能源電能替代方式，替代部分污染較高、效率較低的電源、熱源、氣源系統，提高園區清潔電力比例，實現源端低碳化。

　　2.2.2 網端優化

　　對于存量電網、熱網、氣網開展設備節能優化改造和網架結構優化，減少“跑、冒、滴、漏"，實現降損降耗。對于增量部分，在規劃階段即統籌考慮節能設備應用，落地實施時一步到位予以執行。

　　2.2.3 荷端節能

　　對于存量電、熱、氣負荷，根據負荷性質不同（工業、商業、居民等）、用熱形式不同（蒸汽、熱水、供暖）、用氣用途不同（供熱、烹飪等），采用不同的節能改造方案，減少能源浪費，提高能效。對于增量部分，在規劃階段即統籌考慮采用不同的節能建設方案和優化替代方案。

　　2.2.4 儲端互動

　　在園區內建設電、熱、氣儲能系統，包括源側配套儲能、網側配套儲能與荷側配套儲能，同時通過氣—電—熱轉換，增強園區電力、熱力、燃氣系統內部與外部系統的互動響應能力。

　　2.3 構建信息物聯網，實現全景感知、全域聯通

　　通過開發區域能效全景類、企業能效監測分析類、綜合能源管理類、綜合能源線上商城類、社會公共服務類、能源互聯網平臺運營類等六大類應用功能，建成多能互補智慧能源系統，形成“能源監測—數據挖掘—交易撮合—數據運營"全過程、端到端的服務能力，實現綠色能源供應基礎建設、信息物理融合、多能互補柔性調度，推動區域綜合能源市場蓬勃發展。

　　2.3.1 終端感知

　　按照源、網、荷、儲4個部分（每個部分又細分為電、熱、水、氣等類型），部署各類采集終端、控制終端、計量終端與其他終端，實現園區綜合能源物理網絡系統的全景感知。將用能監測從用電關口延伸至客戶內部設施，實現能源數據的集中采集和深度挖掘，為各類能源服務和購售電服務提供數據支撐。

　　2.3.2 網端聯通

　　建設接入層網絡、匯聚層網絡、核心層網絡，選擇合適的通信方式、通信協議和組網模式，實現信息流通。優化利用現有網絡資源，打通各環節間信息壁壘。

　　2.3.3 云端集成

　　建設園區能源互聯網綜合管控云平臺，將源、網、荷、儲各側獨立平臺接入該平臺，實現源網荷儲互動。儲能電站預留接口，具備友好互動（秒級）的負荷控制響應能力；在電網高峰負荷和應急情況下，通過自動需求響應系統提供調峰和緊急功率支持等服務；發揮分布式儲能系統孤網運行能力，提供事故備用、黑啟動、孤網運行等服務，保障園區重要負荷電力供應。

　　2.4 構建能源互聯網，實現靈活電能交易

　　以互聯網為載體，將能源系統中分散化的用戶、差異化的能源、多元化的商業主體緊密聯系起來，擴大市場成員的交互范圍與頻度，降低交易成本，顯著提高市場成員參與能源交易的便利性與存在感。通過多種能源形式的耦合和互聯網精神的滲透催生一個競爭充分、多邊對等、主動參與的全新的能源系統生態圈。園區政府層面的應用主要包括決策分析服務、能效監管服務、節能減排服務、電能交易服務；面向社會層面的應用包括綠色能源交易服務、綠色認證服務、碳排放交易服務等；面向企業層面的應用則包括配售電服務、智慧用電服務、電能交易服務、微小用能直供服務等。

　　2.4.1 控制靈活

　　能源互聯網綜合管控云平臺，強調設備智能、多能協同、信息對稱、供需分散、系統扁平、交易開放等關鍵特征，開展靈活化的局域能源互聯網運行監控、優化調度，提高能源系統運行的安全性、可靠性、靈活性。

　　2.4.2 服務多元

　　能源互聯網綜合管控云平臺開展多元化的“互聯網+"增值能源服務，支持在能源設施規劃、設計、建設、運營全過程中提升能源效率，積極開展電能替代、節能改造、能效管理、需求響應、變配電設施集中運維、同業用能比較等能效服務。

　　2.4.3 交易便捷

　　能源互聯網綜合管控云平臺對接園區外部交易平臺，協助各市場主體參與電力交易、輔助服務交易、熱交易、氣交易、碳交易、組合交易等多種交易類型，實現園區能源便捷交易全覆蓋，還原能源商品屬性，激活園區能源市場，提高市場運行效率。

　　3 實施效果

　　蘇州智慧能源管理系統整體覆蓋蘇州工業園區，是一個多能互補智慧能源系統，該系統實現了綠色能源供應基礎設施、信息物理融合、多能互補柔性調度的目標，成為政府機構的參謀助手、社會公眾的節能導師、園區企業的能源診療醫生，滿足了電力客戶對綠電使用、節能改造、能效服務、綜合供能、能源數據價值挖掘的迫切需求。

　　3.1 經濟效益

　　通過對配電網、分布式電源、多樣性負荷的協調優化控制，可以在原有新能源基礎上，提高新能源發電的消納能力。可實現分布式電源功率預測、柔性負荷預測、可調度容量分析、協調控制策略優化，提高設備利用率，間接增加供電能力，提升電網的安全可靠運行水平和經濟性。

　　3.1.1 儲能電站

　　通過分布式能源參與配電網削峰填谷、負荷就地平衡，降低產業園夏季峰谷差占大負荷比例20%，提供1 MW的調峰容量，從而減少調峰電源投資。在園區產業園內建設1座250 kWh磷酸鐵鋰電池儲能電站，電池價格為94.6萬元。按照執行谷電價（峰時電價1.1元/kWh，平時電價0.67元/kWh，谷時電價0.32元/kWh）計算，該儲能電站（250 kW/1 000 kWh）每天2次循環，可消納谷電21.9萬kWh，即消納綠色電力（可再生能源）21.9萬kWh。該電池淘汰后，由電池制造商負責回收，價格為電池價格的10%，即9.46萬元，解決了廢舊電池處理帶來的環境保護問題。

　　3.1.2 蓄熱鍋爐

　　在園區產業園建設1臺100kW的電蓄熱鍋爐。園區產業園“一般工商業及其它用電"價格為0.8183元/kWh，蓄熱鍋爐享受分時電價，即0：00～8：00按0.37元/kWh計算，每年節約費用：（0.818 3~0.37）元/kWh×261 kWh/天×365天=4.28萬元。

　　3.1.3 公交充電站

　　工業園區內25個公交充電站年充電量可超過1500萬kWh，是用電穩定、營收可觀的綜合能源服務項目。

　　3.1.4 分布式光伏

　　分布式光伏裝機總容量39 MWp，分散布置于“蘇州2.5"產業園、中節能（蘇州）環保科技產業園、耐世特汽車系統（蘇州）有限公司內的各個建筑的屋頂，分布式光伏發電系統平均每年發電量為7840萬kWh，累計25年可發電量為19.6億kWh。

　　3.1.5 網源荷協調控制

　　通過柔性直流互聯技術手段，高可靠性示范區內花瓣型網架結構并實現花瓣間的合環，供電可靠性由目前的99.9994%提高到99.9999%以上。電網合理規劃對供電可靠性的提高相當于每年多銷售電量130.575萬kWh，以每千瓦時電對國民生產總值的貢獻值10.847元估算，提高供電可靠性可對社會貢獻產值達1416.347萬元。

　　3.2 管理效益

　　通過建設一批規模大、效益好、可復制、可推廣的示范項目，大化地實現工業領域用能大戶的能源集約利用，創新能源服務與交易模式，助推區域綠色轉型與智慧升級。完成“園區分布式儲能協調管理系統"申請，分布式儲能電站設備的遠程監視、協調控制和統計分析，實現對多種能源協調控制、充分消納新能源、電力需求快速響應以及部分替代應急柴油發電機組的目標。打破園區能源產業鏈、價值鏈業務壁壘，產生互補共贏、開放共享的協同效應，新能源比重明顯提高。

　　3.3 社會效益

　　科技部《公民節能減排手冊》中對1kWh電所產生的能源消耗做了如下說明：每節約1kWh電，就相當于省下了0.4kg標準煤和4 L凈水，與此同時，還減少了0.272 kg 碳粉塵、0.997 kg二氧化碳、0.03 kg二氧化硫，0.015 kg氮氧化物等污染物。到2020年，園區通過建設改造，規劃范圍內可降低理論線損0.01個百分點，折合電量0.105億kWh。規劃區內主要以火力發電為主，相當于節約 1.26萬tce、12.6萬t水，減少0.8565萬t碳粉塵，3.141萬t二氧化碳，0.0945萬t二氧化硫以及0.04725萬t氮氧化物的排放。以國內碳排放交易價格67.738元/t計算，減排的二氧化碳量又可為企業創造相當于213萬元的利潤。

　　4安科瑞企業能源管控系統解決方案

　　4.1系統方案

　　Acrel-7000企業能源管控系統釆用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行的動態監控和數據化管理，監測企業電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘，幫助企業針對各種能源需求及實際用能情況、產品能源單耗、工序能耗、設備用能等進行能耗統計、同環比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、為節能評估、能源審計提供基礎數據。

　　4.2應用場所

　　適用于新建或者改建的能源供給企業、高耗能企業和離散制造企業廠房、工業園區、集團公司等不同行業的能耗監測與管理的系統設計、施工和運行維護。在具體工程中可結合當地政府部門要求和企業管理需求，在系統軟硬件配置上優化調整，滿足各類工程能耗監測與管理的要求。

　　4.3系統結構