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，將供能側的多種供能方式和用能側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能源消費結構不合理，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
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，但能源結構不合理，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，總容量100 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，有機結合儲能側和需求側的可用負荷，實現(xiàn)對發(fā)售電側的協(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)和能源結構雙優(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)絡架構見圖2。
圖2 能源數(shù)字化建設網(wǎng)絡架構
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)化用能結構提供技術支持。
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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