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浅谈产业园区中工业厂房的能源综合配置方案 安科瑞 许敏

 更新时间:2024-07-09 点击量:20
  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、 高效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、高效的能源体系。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”。
 
  一直以来,我国园区工业地产用户用能方式多元化、电力消耗量也大。据统计,我国七成的工业用能都集中在园区工业地产。对于园区工业地产而言,开展综合能源服务越来越有必要。综合能源服务是适应现代能源供应体系和消费方式多样化变革的需要,将供能侧的多种供能方式和用能侧的多种需求响应进行排列组合而形成的能源服务创新模式。
 
  发展至今,园区工业地产的能源系统依然存在一些问题急需解决,而综合能源服务的职责之一就是要将园区工业地产的能源生成、消耗、输配等,通过系统充分利用可再生能源、降低化石能源的消耗,提升用能效率和经济性。
 
  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一体化电冷热(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,比如“能源e+”等,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、高效的发展十分重要。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。
 
  我国工业园区中的能量流通过程包括能源生产、能量转换、能量传输、能源储存和能源消费5个环节,包含风力发电、光伏发电、光热电站、燃气发电、燃气制热、电制冷、吸收式制冷等多种用能形式,用能种类多、数量大,节能空间广。常见的供能系统有冷热电三联供系统、热泵系统、风光发电系统、储能系统等。工业园区内普遍建设了用能监控管理系统,用于对工业生产过程进行监控,但能源结构不合理,缺乏联动方式及策略,能源利用率偏低;其次,部分工业园区正在使用的用能监控管理系统只具备分析功能,不能对各能源模块实施控制,无法实现能源设备出力的自动调节,使得工业园区整体能源效率偏低,提升空间巨大。
 
  目前园区综合能源业务推广的技术研究和应用方向,主要包括可再生能源利用,区域集中供冷、供热,生产过程及工艺的节能改造,余热、余能、废水、废渣回收利用,电动汽车,储能及信息化系统等,通过集成各种能量转换装置和节能优化技术,将风、光、气、储、地热等多种分布式能源以信息网及电力网或热力网的方式进行高效互联,实现多能源互补、多供用能主体互联互济、资源设施共享,满足多种用能需求,提高能源利用效率、运行经济性、可再生能源利用率,有效降低了系统运行成本和环境压力。今后工业园区的综合能源业务将实现多元化、多领域发展,可以进一步拓展能源交易、需求响应和现货交易等新型业态,成为支撑能源互联网建设的重要领域,也是综合能源服务提升经济效益、扩大业务范围的主要阵地。
 
  园区综合能源系统架构包含物理层、信息层和服务层。物理层是物质基础,实现能源生产、传输、供应等功能;信息层是数据与控制中心,利用能源数据与信息通信技术, 进行数据的交互与共享、智慧用能控制、数据价值挖掘等;服务层是管理枢纽, 基于综合能源系统物理架构及数据、信息技术的支撑, 在清洁能源消纳、能源效率提升、能源智慧管理等方面提供综合能源的整体解决方案。园区综合能源服务的商业模式是基于上述3个层次进行规划、设计与实施。
 
  以石油、电力、天然气等多种能源资源为供应侧, 构建分布式和集中式能源协调互补的供应方式, 促进电网、石油管网、天然气网、供热网等多种资源管网耦合集成,运用多种仓储设施及储备方法满足电力负荷、热负荷、冷负荷等消费侧能源需求, 实现终端用户的用能优化。
 
  针对各能源子系统建立动态数据中心,实现用 户侧的能源生产、传输、存储、共享等各环节的数据监测、分析、挖掘,提供能源智慧管理策略;基于能源数据与信息通信技术实现对能源枢纽站、源网荷储协调、虚拟电厂、负荷侧虚拟同步等的控制;构建微功率无线通信、电力线通信、泛在智能无线专网等通信网络;在数据、控制、通信耦合集成基础上开发云平台技术服务模块、综合能源服务互动平台。
 
  在工业区规划“源网荷储一体化”能源体系,其中“源”着重以热电项目和外域可再生能源电量为基础,并集成工业区内分布式风电和光伏等,形成多系统集成、多能互补供能系统;“网”着重搭建增量配电网、区域微电网、热网及其他形式的能源网络,成为联系“源”与“荷”的重要纽带;“荷”着重广义负荷供应(能源托管、节能服务和调频调峰等),此外做好典型用户供能外同时兼顾新型用户供能,同时规划建设用户端智能终端,实现“源”与“荷”深度关联;“储”一方面注重常规的调频、调峰功能,另一方面更加注重一体化供能系统冷热电供能可靠性和安全性功能。
 
  提供多元化的综合能源服务,实现清洁能源有效利用, 提升能源利用整体效率,如:分布式能源、储能及电动汽车充电站的建设与运营;构建区域能源市场,形成公平、开放的准入机制,开展能源零售与能源交易;针对用户侧海量能源数据进行分类与挖掘,分析用户个性化需求,开展综合能源套餐定制等增值服务。
 
  园区工业地产的能源消费情况
 
  园区工业地产按其主导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。
 
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  除生产用能以外, 园区工业地产内的商业、居民建筑、园区交通等, 也是园区用能的重要组成。 目前园区工业地产能源消费面临着诸多问题, 如:能源消耗总量大, 温室气体排放量大;园区内电、水、热等能源的耦合利用不足, 各类企业资源回收、余能利用不足, 能源综合利用率不高;因本地资源禀赋、能源网络调度技术等因素的限制, 导致清洁能源应用比重不高等。
 
  随着“四个革命、一个合作”能源战略思想, 能源生产和消费转型成为我国可持续发展的重要命题。园区工业地产能源系统的低碳、高效、多能、智能发展已成为必然的发展方向。
 
  工业园区综合能效提升的五大挑战面向双碳战略目标以及减污降碳协同增效总要求,全面深化能效提升,工业园区仍面临若干重要挑战。
 
  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(Guo et al., 2021)。
 
  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(Tian et al., 2012),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10 kW,其中单机容量大于15 kW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。
 
  能效局部有效和系统整体有效需要平衡
 
  “十一五”以来,在节能减排约束性指标的持续推动下,重点用能行业节能挖潜难度日益加大,亟待平衡好局部有效和系统整体有效,并从局部过程节能向全过程、全链条、全系统优化节能转变。以炼油行业为例,全国2020年炼油企业能效水平优于水平的产能约25%,同时有20%的产能其能效低于基准水平。我国火力发电、钢铁、化工产业和垃圾焚烧热电联产自身的能效已较高,但进一步与周边城市和社区协同挖掘余热利用方面,尚有较大潜力。研究显示,中国北方地区工业余热供暖潜力约为区域热需求的1.4 倍(Zheng et al., 2020)。
 
  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最直接措施,是推进园区综合能效提升的重要抓手。但实践中,物质流能量流管理最基础的工作——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。
 
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