園區是城市經濟的主要承載
平臺和增長動力。根據華為與埃森哲共同發布的《未來智慧園區白皮書》,90%以上城市居民工作與生活在園區,80%以上的GDP和90%以上的創新在園區產生。不同園區由于資源稟賦、社會經濟發展等狀況各有差異,在開展綜合能源系統規劃時技術路線應各有側重。自本期起,針對智慧電力綜合用能型、地熱水源豐富型、大型能源設施輻射型、風光資源充裕型、傳統化石資源便利型五類園區,結合其基本經濟社會發展特點、能源系統特點,提出因地制宜的綜合能源技術路線以及規劃建議,以饗讀者。
《中國電氣化發展報告2019》顯示,2018年我國電能占終端能源消費比重達25.5%,預計到2035年,這一指標將提高至36%—38%。
園區在很大程度上會成為推進電能替代工作、提升城市電氣化水平的重要抓手。尤其是以機械制造業、高新技術產業為主的產業園區以及一些集商業、辦公、居住于一體的功能性園區,其本身存在高品質負荷需求,能源消費以電力為主,同時對能源系統的精細化管控、智慧化管理有較高訴求。
結合上述特點,筆者給出五條針對這類智慧電力型園區能源系統規劃的建議。
充分發揮電能的高品位能源特性,在大規模高品質負荷需求園區優先采用公共配電網供能模式,適應電力市場改革方向,進一步提升電能質量
智慧電力型園區主要涉及精密儀器、通信電子設備、新材料、工藝品制造、金屬制品、紡織、塑料、食品生產等行業,上述行業的電力消費占比均超過50%,其中通信電子設備制造業的電力消費占比更是高達91%。可見這類園區沒有大規模采暖、蒸汽等負荷需求,園內以電力消費為主,且高度關注電能質量問題。
考慮到電網安全穩定控制技術相對成熟,目前國內城市配電網供電可靠性最高可達99.999%,且電能傳輸損耗約2%—3%,采用公共配電網作為這類園區能源供應主要支撐,不僅可以滿足用戶對高品質用能的需求,同時可以保障園區內能源系統的安全可靠、經濟高效運行。
此外,隨著電力市場改革的推進,提供更優質的差異化電能質量服務將成為發展趨勢,這意味著用能對園內企業而言將不僅是一種成本支出,還可能是創造利潤的手段。
充分發揮電力基礎設施在系統布局、用戶配置等方面的平臺優勢,兼顧各種能源系統特點,科學合理配套其他能源供應方式,實現園區綜合能源的最高效利用。除電力外,智慧電力型園區還需要滿足其他形式的能源需求,園區的能源供給是一種多能源耦合的模式
考慮到電力基礎設施在系統布局以及用戶配置等方面的平臺優勢,熱(冷)負荷需求可以通過能量轉化設備由電能轉化而來,具體設備包括地源熱泵、空氣源熱泵、壓縮式制冷機等。
同理,燃氣負荷也可以通過電轉氣設備實現供應。此外,園區能源系統還可配置冰蓄冷空調、蓄熱罐等蓄熱(冷)等儲能設備來提高能源供應靈活性。
以國家電網公司北方客服中心園區為例,這是一個集生產、辦公、生活于一體的高度電氣化的園區,園內使用電炒鍋、電炸鍋、電蒸鍋和蓄熱式電鍋爐等廚房設備代替傳統燃煤燃氣設備,年電能替代用電量為1224.4萬千瓦時,相當于電代煤約7424.7噸/年,電代氣約24.4萬立方米/年,產生經濟效益約797.7萬元。
充分發揮電力在各類能源及消費方式中的高效靈活轉換作用,大力開發園區內部及周邊風、光、地熱、生物質等可再生能源資源,著力提高
清潔能源發電占比在能源和環保的雙重壓力下,我國的能源消費結構在不斷優化升級,
清潔能源發電占比逐年提升
中電聯數據顯示,到2030、2050年,清潔能源發電裝機占比分別達到59%、86%,發電量占比分別達到48%、83%。
智慧電力型園區在進行能源系統規劃時,可因地制宜規劃一些光伏、小型風力機、熱泵等分布式可再生能源發電項目,同時配合儲能、
新能源并網等技術的應用。
一方面,充分利用電力在能源匯集傳輸和轉換利用中的樞紐作用,促進園區內部及周邊可再生能源資源的開發利用,提高園區清潔能源發電占比;另一方面,可再生能源發電除自發自用外,還可余電上網,獲得一定盈利。
上海電力大學臨港校區就是典型的風光儲一體化、電熱冷多能供應的智慧電力型園區。校園內配置的光伏發電、風力發電等新能源分布式發電系統及儲能系統,承擔了校區17%的電力供應;同時采用空氣源熱泵和太陽能光熱互補供應熱水,滿足校區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、可精準控制、可統一調控的特點,構建園區級智慧電力能源管理平臺,與城市管理系統協同融合實現園區綜合能源系統的智慧化管控智慧電力型園區所在地區工業化水平較高,粗放的能源管理模式已經不能適應當前社會的高質量發展,有必要進行能源精細化管控
考慮到電能可精確測量、可精準控制、可統一調控的特點,以及對電力系統已有的智慧管控平臺的利用,構建園區智慧電力能源管理平臺,有效配置園區各類能源資源生產、傳輸、消費各環節,提高綜合能效、降低用能成本。
蘇州獨墅湖科教創新園區,就通過智慧能源管理平臺以及電力需求側平臺每年可降低10%的能耗,節電約713.15萬度,減少二氧化
碳排放約5883.49噸,相當于種植了12652棵樹。
未來,園區的智慧能源管理平臺可以為更大片區甚至城市級的資源互補協調與優化配置提供支撐,通過需求側響應、分布式能源交易等方式提供綜合能源增值服務,增強用戶參與度與獲得感,構建共贏、共享的能源生態圈。
因地制宜推廣高效儲能、交直流電網等電力新技術、新設備,打造智慧電力型園區能源系統的亮點,展現園區系統的創新性和示范性
一般而言,智慧電力型園區經濟實力、科技實力都比較強,園區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用一些能源新技術或新理念。
筆者建議,因地制宜推廣電力、通信等領域的新技術,滿足終端用戶對電、熱(冷)、氣等多種能源的個性化需求;或者結合園區所在地區的政策導向、基建水平、電力市場改革情況,在園區推動綜合能源服務項目落地。
同里綜合能源服務中心,作為蘇州城市能源變革創新的示范區,是一個以電網為平臺、再電氣化為核心,推廣應用包含高溫相變儲熱、交直流配電網、能源路由器等15項能源創新技術在內的
綠色低碳園區。
其中,高溫相變儲熱項目裝置電熱效率高達95%以上,可有效消納谷電或者棄風、棄光等可再生能源,提高電網調峰能力;而低壓直流配電網項目,滿足分布式電源和負荷的即插即用,實現區域內供電可靠性達99.9999%,綜合能效可提升6%。
總之,智慧電力綜合用能型園區是實現綜合能源系統耦合、綜合能源服務應用的絕佳場景,規劃這類園區的能源系統應綜合考慮園區功能定位、政策環境、資源稟賦等因素,構建以電為中心、多能耦合的“網—源—荷—儲”互動型綜合能源系統,打造能源供應清潔化、能源配置智能化、能源消費電氣化、能源服務共享化的園區級能源互聯網。
(作者供職于國網(蘇州)城市能源研究院)
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