園區(qū)是城市經(jīng)濟(jì)的主要承載
平臺和增長動力。根據(jù)華為與埃森哲共同發(fā)布的《未來智慧園區(qū)白皮書》,90%以上城市居民工作與生活在園區(qū),80%以上的GDP和90%以上的創(chuàng)新在園區(qū)產(chǎn)生。不同園區(qū)由于資源稟賦、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等狀況各有差異,在開展綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃時技術(shù)路線應(yīng)各有側(cè)重。自本期起,針對智慧電力綜合用能型、地?zé)崴簇S富型、大型能源設(shè)施輻射型、風(fēng)光資源充裕型、傳統(tǒng)化石資源便利型五類園區(qū),結(jié)合其基本經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展特點、能源系統(tǒng)特點,提出因地制宜的綜合能源技術(shù)路線以及規(guī)劃建議,以饗讀者。
《中國電氣化發(fā)展報告2019》顯示,2018年我國電能占終端能源消費比重達(dá)25.5%,預(yù)計到2035年,這一指標(biāo)將提高至36%—38%。
園區(qū)在很大程度上會成為推進(jìn)電能替代工作、提升城市電氣化水平的重要抓手。尤其是以機(jī)械制造業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)園區(qū)以及一些集商業(yè)、辦公、居住于一體的功能性園區(qū),其本身存在高品質(zhì)負(fù)荷需求,能源消費以電力為主,同時對能源系統(tǒng)的精細(xì)化管控、智慧化管理有較高訴求。
結(jié)合上述特點,筆者給出五條針對這類智慧電力型園區(qū)能源系統(tǒng)規(guī)劃的建議。
充分發(fā)揮電能的高品位能源特性,在大規(guī)模高品質(zhì)負(fù)荷需求園區(qū)優(yōu)先采用公共配電網(wǎng)供能模式,適應(yīng)電力市場改革方向,進(jìn)一步提升電能質(zhì)量
智慧電力型園區(qū)主要涉及精密儀器、通信電子設(shè)備、新材料、工藝品制造、金屬制品、紡織、塑料、食品生產(chǎn)等行業(yè),上述行業(yè)的電力消費占比均超過50%,其中通信電子設(shè)備制造業(yè)的電力消費占比更是高達(dá)91%??梢娺@類園區(qū)沒有大規(guī)模采暖、蒸汽等負(fù)荷需求,園內(nèi)以電力消費為主,且高度關(guān)注電能質(zhì)量問題。
考慮到電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)相對成熟,目前國內(nèi)城市配電網(wǎng)供電可靠性最高可達(dá)99.999%,且電能傳輸損耗約2%—3%,采用公共配電網(wǎng)作為這類園區(qū)能源供應(yīng)主要支撐,不僅可以滿足用戶對高品質(zhì)用能的需求,同時可以保障園區(qū)內(nèi)能源系統(tǒng)的安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效運行。
此外,隨著電力市場改革的推進(jìn),提供更優(yōu)質(zhì)的差異化電能質(zhì)量服務(wù)將成為發(fā)展趨勢,這意味著用能對園內(nèi)企業(yè)而言將不僅是一種成本支出,還可能是創(chuàng)造利潤的手段。
充分發(fā)揮電力基礎(chǔ)設(shè)施在系統(tǒng)布局、用戶配置等方面的平臺優(yōu)勢,兼顧各種能源系統(tǒng)特點,科學(xué)合理配套其他能源供應(yīng)方式,實現(xiàn)園區(qū)綜合能源的最高效利用。除電力外,智慧電力型園區(qū)還需要滿足其他形式的能源需求,園區(qū)的能源供給是一種多能源耦合的模式
考慮到電力基礎(chǔ)設(shè)施在系統(tǒng)布局以及用戶配置等方面的平臺優(yōu)勢,熱(冷)負(fù)荷需求可以通過能量轉(zhuǎn)化設(shè)備由電能轉(zhuǎn)化而來,具體設(shè)備包括地源熱泵、空氣源熱泵、壓縮式制冷機(jī)等。
同理,燃?xì)庳?fù)荷也可以通過電轉(zhuǎn)氣設(shè)備實現(xiàn)供應(yīng)。此外,園區(qū)能源系統(tǒng)還可配置冰蓄冷空調(diào)、蓄熱罐等蓄熱(冷)等儲能設(shè)備來提高能源供應(yīng)靈活性。
以國家電網(wǎng)公司北方客服中心園區(qū)為例,這是一個集生產(chǎn)、辦公、生活于一體的高度電氣化的園區(qū),園內(nèi)使用電炒鍋、電炸鍋、電蒸鍋和蓄熱式電鍋爐等廚房設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃煤燃?xì)庠O(shè)備,年電能替代用電量為1224.4萬千瓦時,相當(dāng)于電代煤約7424.7噸/年,電代氣約24.4萬立方米/年,產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約797.7萬元。
充分發(fā)揮電力在各類能源及消費方式中的高效靈活轉(zhuǎn)換作用,大力開發(fā)園區(qū)內(nèi)部及周邊風(fēng)、光、地?zé)?、生物質(zhì)等可再生能源資源,著力提高
清潔能源發(fā)電占比在能源和環(huán)保的雙重壓力下,我國的能源消費結(jié)構(gòu)在不斷優(yōu)化升級,
清潔能源發(fā)電占比逐年提升
中電聯(lián)數(shù)據(jù)顯示,到2030、2050年,清潔能源發(fā)電裝機(jī)占比分別達(dá)到59%、86%,發(fā)電量占比分別達(dá)到48%、83%。
智慧電力型園區(qū)在進(jìn)行能源系統(tǒng)規(guī)劃時,可因地制宜規(guī)劃一些光伏、小型風(fēng)力機(jī)、熱泵等分布式可再生能源發(fā)電項目,同時配合儲能、
新能源并網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用。
一方面,充分利用電力在能源匯集傳輸和轉(zhuǎn)換利用中的樞紐作用,促進(jìn)園區(qū)內(nèi)部及周邊可再生能源資源的開發(fā)利用,提高園區(qū)清潔能源發(fā)電占比;另一方面,可再生能源發(fā)電除自發(fā)自用外,還可余電上網(wǎng),獲得一定盈利。
上海電力大學(xué)臨港校區(qū)就是典型的風(fēng)光儲一體化、電熱冷多能供應(yīng)的智慧電力型園區(qū)。校園內(nèi)配置的光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)及儲能系統(tǒng),承擔(dān)了校區(qū)17%的電力供應(yīng);同時采用空氣源熱泵和太陽能光熱互補(bǔ)供應(yīng)熱水,滿足校區(qū)1000多名師生生活熱水需求,校園整體能耗比一般校園低25%左右。
充分利用電能可精確測量、可精準(zhǔn)控制、可統(tǒng)一調(diào)控的特點,構(gòu)建園區(qū)級智慧電力能源管理平臺,與城市管理系統(tǒng)協(xié)同融合實現(xiàn)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的智慧化管控智慧電力型園區(qū)所在地區(qū)工業(yè)化水平較高,粗放的能源管理模式已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前社會的高質(zhì)量發(fā)展,有必要進(jìn)行能源精細(xì)化管控
考慮到電能可精確測量、可精準(zhǔn)控制、可統(tǒng)一調(diào)控的特點,以及對電力系統(tǒng)已有的智慧管控平臺的利用,構(gòu)建園區(qū)智慧電力能源管理平臺,有效配置園區(qū)各類能源資源生產(chǎn)、傳輸、消費各環(huán)節(jié),提高綜合能效、降低用能成本。
蘇州獨墅湖科教創(chuàng)新園區(qū),就通過智慧能源管理平臺以及電力需求側(cè)平臺每年可降低10%的能耗,節(jié)電約713.15萬度,減少二氧化
碳排放約5883.49噸,相當(dāng)于種植了12652棵樹。
未來,園區(qū)的智慧能源管理平臺可以為更大片區(qū)甚至城市級的資源互補(bǔ)協(xié)調(diào)與優(yōu)化配置提供支撐,通過需求側(cè)響應(yīng)、分布式能源交易等方式提供綜合能源增值服務(wù),增強(qiáng)用戶參與度與獲得感,構(gòu)建共贏、共享的能源生態(tài)圈。
因地制宜推廣高效儲能、交直流電網(wǎng)等電力新技術(shù)、新設(shè)備,打造智慧電力型園區(qū)能源系統(tǒng)的亮點,展現(xiàn)園區(qū)系統(tǒng)的創(chuàng)新性和示范性
一般而言,智慧電力型園區(qū)經(jīng)濟(jì)實力、科技實力都比較強(qiáng),園區(qū)主體投資商可以接受一些前期投資成本較高的項目或者推廣應(yīng)用一些能源新技術(shù)或新理念。
筆者建議,因地制宜推廣電力、通信等領(lǐng)域的新技術(shù),滿足終端用戶對電、熱(冷)、氣等多種能源的個性化需求;或者結(jié)合園區(qū)所在地區(qū)的政策導(dǎo)向、基建水平、電力市場改革情況,在園區(qū)推動綜合能源服務(wù)項目落地。
同里綜合能源服務(wù)中心,作為蘇州城市能源變革創(chuàng)新的示范區(qū),是一個以電網(wǎng)為平臺、再電氣化為核心,推廣應(yīng)用包含高溫相變儲熱、交直流配電網(wǎng)、能源路由器等15項能源創(chuàng)新技術(shù)在內(nèi)的
綠色低碳園區(qū)。
其中,高溫相變儲熱項目裝置電熱效率高達(dá)95%以上,可有效消納谷電或者棄風(fēng)、棄光等可再生能源,提高電網(wǎng)調(diào)峰能力;而低壓直流配電網(wǎng)項目,滿足分布式電源和負(fù)荷的即插即用,實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)供電可靠性達(dá)99.9999%,綜合能效可提升6%。
總之,智慧電力綜合用能型園區(qū)是實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)耦合、綜合能源服務(wù)應(yīng)用的絕佳場景,規(guī)劃這類園區(qū)的能源系統(tǒng)應(yīng)綜合考慮園區(qū)功能定位、政策環(huán)境、資源稟賦等因素,構(gòu)建以電為中心、多能耦合的“網(wǎng)—源—荷—儲”互動型綜合能源系統(tǒng),打造能源供應(yīng)清潔化、能源配置智能化、能源消費電氣化、能源服務(wù)共享化的園區(qū)級能源互聯(lián)網(wǎng)。
(作者供職于國網(wǎng)(蘇州)城市能源研究院)
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