多能互補園區綜合智慧能源項目開發

周剛

多能互補園區綜合智慧能源項目開發

周剛

（中國華電集團有限公司天津分公司，天津 300000）

按照國家能源供給側結構性改革戰略部署，推動能源生產和消費方式變革，建設清潔低碳、安全高效的現代能源體系，是能源改革發展的重大歷史使命?；诙嗄芑パa的園區綜合智慧能源項目具備能源利用效率高、節能減排效果好等優點，是踐行能源革命的有效途徑。

多能互補；綜合能源；智慧能源；項目開發

中國能源消費以化石能源為主，煤炭在一次能源消費中比例超過70%，天然氣消費比例不到10%，特別是工業園區，能源消費存在供應模式單一、利用效率低、污染物排放高等諸多問題，亟需加快能源生產和消費革命，建設清潔低碳、安全高效的供能體系。

多能互補園區綜合智慧能源項目是針對工業園區熱電冷汽水等多種能源需求，互補利用傳統能源和新能源，按照能源互聯網思維構建的“源-網-荷-儲”一體化綜合智慧能源系統，對工業園區能源結構轉型具有重要支撐作用。

1 多能互補園區綜合智慧能源概念

多能互補園區綜合智慧能源項目以園區為單位，以天然氣分布式能源站為核心，集成分布式光伏、分散式風電、余熱回收、地源熱泵、空氣源熱泵、污水源熱泵、智能微網、儲能、需求側響應等輔助供用能系統，實現供能側的多能互補和用能側終端一體化，充分利用先進的能源互聯網、大數據、云服務平臺等信息化技術，實現區域能源供需的智慧化管理，構建新型供能用能生態鏈，滿足綠色低碳、安全高效、可持續發展要求。

2 典型多能互補園區綜合智慧能源項目構架

典型多能互補園區綜合智慧能源項目主要包括供能、用能和綜合智慧能源服務平臺等內容，通過采用先進的供能設備和智慧化能源管理系統，提高區域能源利用效率，實現節約能源，降低成本的目標。

2.1 區域型天然氣分布式能源站

工業園區能源需求以電熱冷汽水為主，分布式能源站以天然氣為燃料，采用先進的小型分布式燃機設備，天然氣燃燒產生的高品質熱能先用于發電，做功后的高溫煙氣進入余熱鍋爐，加熱水產生蒸汽進入汽輪機做功或進入熱網供熱，抽汽通過蒸汽型溴化鋰轉化為低溫冷水向用戶供冷，實現能量梯級利用，綜合能源利用效率一般可達到70%～90%，所發電力并入電網或直供用戶，全部就地消納。分布式作為獨立運行的電源可發揮應急保障作用，最大程度上耦合可再生能源的間歇性和波動性，保障能源供應安全，并可大幅減少二氧化碳、氮氧化物排放。

2.2 分布式光伏和分散式風電

中國地處北半球歐亞大陸的東部，主要處于溫帶和亞熱帶，風光資源較為豐富，各地的太陽輻射年總量在3.35× 103～8.4×103MJ/m2，其平均值約為5.86×103MJ/m2，70 m高度陸上3級及以上風能開發量在26億千瓦以上。工業園區廠房優質屋頂資源豐富，可利用園區大面積工業廠房屋頂建設分布式光伏；結合公交場站、辦公區停車場建設分布式光儲充一體化車棚，對新能源汽車進行充電；利用企業利用自有或租用閑散建設用地，開發低風速分散式風電，采用“自發自用、余電上網”或分布式發電市場化交易模式，實現就地消納，提升可再生能源消納比例。

2.3 儲能系統

儲能是多能互補園區綜合智慧能源供能側和用能側平衡調節的重要支撐，包括儲冷、儲熱、儲電等多種形式。對實行峰谷平電價的園區，儲能設施可充分利用夜間低谷電價，降低生產成本。儲冷儲熱多以水為介質，采用4～7 ℃冷水、蓄冰或60～95 ℃熱水，利用水的顯熱或潛熱實現冷熱量存儲。電儲能方式主要包括電池儲能、電感儲能、電容器儲能、機械儲能等多種形式，電池儲能最為常見，主要采用鉛蓄電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池等。儲能裝置可同時提升園區電力和熱力系統靈活性、經濟性和安全性，消除負荷間歇性變化對系統帶來的不利影響，優化運行方式，提高機組運行效率和經濟效益。

2.4 余熱回收利用系統

能源站在發電供熱的同時，有大量低溫煙氣通過煙囪、乏汽冷凝熱通過冷卻塔排放到大氣中，園區工業企業生產中也同步產生大量廢熱，余熱資源約占其燃料消耗總量的17%～67%，其中可回收率達60%，節能潛力巨大。余熱回收利用系統主要采用熱交換技術、熱功轉換技術、余熱制冷制熱技術等。余熱回收熱泵應用較多，系統消耗部分電能或熱能，回收生產過程中產生的廢熱，并按照溫度對口、梯級利用的原則用于供冷或供熱。北方地區生產廢熱可用于加熱熱網回水和鍋爐補水，降低燃料消耗，增加機組的供熱能力。

2.5 污水源熱泵

工業園區及周邊城市污水排放量較大，水溫相對較高，全年溫度在10～25 ℃之間，且隨季節變化較小，是可利用資源。污水源熱泵系統可有效利用污水冬暖夏涼的特點，通過電能驅動供熱制冷，系統綜合COP可達到3～5，同電空調制冷、燃氣鍋爐供熱相比，節能率可達70%以上，并可有效降低供熱供冷成本，實現循環經濟。

2.6 土壤源熱泵

土壤源熱泵利用地下常溫土壤溫度相對穩定的特性，以土壤作為熱源、冷源，采用高效熱泵機組和深埋于建筑物周圍的系統管路，冬季從土壤中取熱，向建筑物供暖；夏季向土壤排熱，為建筑物制冷。高效熱泵機組COP可達到3～6，與傳統的電制冷和燃氣鍋爐供熱相比，全年能耗可節省40%左右，且無污染物排放。

2.7 多能互補園區綜合智慧能源平臺

多能互補綜合智慧能源平臺是項目實施的關鍵支撐。供能側園區的各種供能系統，特別是光伏、風電等新能源在供能時間上存在間歇性和隨機性的特點，不能滿足企業各時段用能需求；用能側不同企業間生產計劃、用能時段存在較大差異，需通過多能互補綜合智慧能源平臺對園區能源生產、輸送、消費、存儲全過程精細化管控。平臺設備層建設以分布式能源為核心的能源供應體系，通過自動化設備、智能表計實現冷熱電汽等綜合能源數據采集與監控；通信層采用高速互聯網，實現數據采集、遠程操控以及客戶之間的雙向互動；決策層通過對不同發電系統和負荷的數據統計、分析、計算，實時計算發電、用電量、購電量等指標，實現對可再生能源效率、區域電能質量、需求側負荷特性、節能效益的分析和統計，并提供節能、優化運行、調度策略。

3 多能互補園區綜合智慧能源項目開發策略

3.1 深入開展負荷分析

多能互補綜合智慧能源項目以整個園區為供能對象，應對園區發展定位、資源稟賦、企業用能特點及形式進行深入分析，針對電熱冷汽水等負荷需求，按照供熱季、供冷季、過渡季編制典型日逐時負荷曲線和延時負荷曲線，并對園區及周邊可利用的太陽能、風能、地熱能、水源能、工藝廢熱、生物質等進行詳細分析，科學制訂多能互補開發方案。

3.2 優化設備選型

目前國內以天然氣分布式為主的多能互補項目多存在熱負荷不達標、經濟效益不佳、運營成本偏高等問題。多能互補園區綜合智慧能源項目開發應徹底摒棄傳統“大而全”的開發思路，結合園區能源需求量身定做，按照以熱冷定電、欠匹配原則，合理確定基礎負荷和調峰負荷，特別是新建園區，應根據企業入駐情況，做好負荷培育和分階段建設方案，減少初期投資，避免設備閑置。

3.3 合理安排運行方式

多能互補園區綜合智慧能源項目經濟效益提升的關鍵在各能源系統間的協同配合，在能量生產、傳輸、存儲和管理的各個方面，都需要考慮運用系統化、集成化和精細化的方法來分析整個能源系統，要通過綜合智慧能源管理平臺，建立智能調控、協同控制、綜合評估的運行策略，實現各種能源之間的高效互補，綜合運用儲能等調節設施，不斷提升能源梯級利用效率，并顯著降低用能價格。

3.4 創新商業模式

多能互補園區綜合智慧能源項目是國家大力發展的能源利用形式，但現行能源政策下，所發電力存在上網價格低、直供電政策不允許等多重障礙。項目開發應緊密跟蹤電力體制改革進展，創新商業模式，通過整合售電服務、市場化交易、直供電、增量配網、智能微網、綜合能源服務等方式，促進所發電力就近消納，加大同電網、燃氣企業的合作力度，打造上下游一體化發展優勢。

3.5 做好風險防控

多能互補園區綜合智慧能源項目單位投資較高，同常規燃煤鍋爐、燃氣熱電聯產相比沒有價格優勢，且運行模式更為復雜，需要進行詳細的經濟評價和風險分析。項目盈利的影響因素主要為冷、熱價格、氣價及電價等，投資主體要深入開展經濟性評價，積極爭取政策性投資補貼、節能補助資金等，開展綜合能源多樣化增值服務，提高項目經濟性。

4 結語

能源“十三五”發展規劃指出，清潔低碳能源是能源結構調整的主攻方向，要逐步降低煤炭消費比例，提高天然氣和非化石能源消費比例，非化石能源消費比例要提高到15%以上，天然氣消費比例力爭達到10%。中國工業園區數量超過10 000個，多能互補園區綜合智慧能源項目是未來工業園區能源供應的主要形式，是國家推進能源供給側結構性改革的重要載體，對推進節能減排和能源可持續發展意義重大，應加大政策支持，優化發展環境，不斷提升項目經濟性，實現高質量發展目標。

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F206

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.048

2095－6835（2019）23－0107－02

周剛（1981—），男，本科，山東鄒城人，工程師，主要從事能源規劃、項目開發、技術研究等工作。

〔編輯：張思楠〕