“雙碳”戰(zhàn)略下產(chǎn)業(yè)園區(qū)數(shù)字化能源云平臺建設與應用

深圳市中電電力技術股份有限公司 劉 寧 楊玉婉 蔣 帥

產(chǎn)業(yè)園區(qū)是實踐“雙碳”戰(zhàn)略的關鍵戰(zhàn)場，也是主要碳排放來源之一。據(jù)統(tǒng)計，以工業(yè)園區(qū)碳排放為例，已達全國總排放量的31%。“十四五”規(guī)劃中提出，加快能源產(chǎn)業(yè)數(shù)字化智能化升級是實現(xiàn)“雙碳”目標的支撐途徑[1]，園區(qū)作為城市碳排放最集中的空間，業(yè)態(tài)類型豐富，業(yè)務模式多樣，是落實能源數(shù)字化、低碳轉型的重要落腳點[2]。傳統(tǒng)園區(qū)能源管理存在著許多問題，如能源消耗難以實時監(jiān)測和精確評價，能源利用效率低下等。而數(shù)字化、信息化技術的快速發(fā)展為解決這些難題提供了新的機遇，智慧園區(qū)數(shù)字化能源云平臺應運而生，基于云計算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等前沿技術，實現(xiàn)對園區(qū)能源的全面監(jiān)測、分析和管理[3]。

在“雙碳”背景下，智慧園區(qū)作為關鍵戰(zhàn)場，持續(xù)運營更是節(jié)能降耗的關鍵環(huán)節(jié)。借助信息技術及園區(qū)大數(shù)據(jù)，建設產(chǎn)業(yè)園區(qū)數(shù)字化能源云平臺，實現(xiàn)對園區(qū)能源的高效管理，通過信息流有效牽動能源流，能源供給側與消費側自動匹配，實現(xiàn)園區(qū)分布式電源、儲能、空調、充電樁等各類能源基礎設施在不同時空尺度下的智能調度，降低能耗及減少碳排放，進而促進園區(qū)減碳增效，助力碳中和實現(xiàn)。同時，通過綜合能源運營管理，參加需求響應以及電力現(xiàn)貨交易，增加園區(qū)自身的運營收入。

1 數(shù)字化能源云平臺方案

1.1 項目背景

某集團公司以市場為導向，以客戶為中心，圍繞電力交易市場發(fā)展趨勢，建立產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同運作機制，打造集電力、節(jié)能、新能源及配網(wǎng)運營等多維一體的綜合能源服務體系公司。打造綜合能源服務，主要包括光伏發(fā)電、綜合節(jié)能、能效管理、電力儲能、負荷預測以及需量管理等業(yè)務板塊。可為用戶提供能耗在線監(jiān)測、需量管理、削峰填谷、需求側響應、節(jié)能改造等服務，為后續(xù)的整個園區(qū)運營及業(yè)務開展，量身打造一個能源輕資產(chǎn)服務云平臺。

1.2 項目建設目標

助力企業(yè)在參與電力市場的過程中實現(xiàn)成本節(jié)約：與電力現(xiàn)貨市場配合，通過調整綜合能源區(qū)域內的能源供需計劃，合理安排電力市場購電策略，降低企業(yè)綜合用電成本；在雙碳目標的大背景下緩解企業(yè)減排壓力：通過科學優(yōu)化調度，提高對園區(qū)內可再生能源消納作用，減少能源浪費，降低園區(qū)用能總碳排放量，助力“雙碳”目標實現(xiàn)；在外部能源供應緊張的情況下保障供能穩(wěn)定：結合企業(yè)的能源需求計劃和分布式能源供應情況，通過源網(wǎng)荷儲優(yōu)化調度，提升園區(qū)新能源消納能力，在外部能源供給緊張時，保障園區(qū)內部的能源供給；助力用戶高效利用區(qū)域內能源：利用現(xiàn)代通信技術和控制技術實現(xiàn)能源之間高效轉換、互相補償、協(xié)調優(yōu)化、動態(tài)平衡，整體提升能源系統(tǒng)的利用效率。

1.3 平臺系統(tǒng)架構

數(shù)字化能源云平臺系統(tǒng)架構如圖1所示，涵蓋感知層，通信層和平臺層。光伏、儲能、充電樁以及配電房監(jiān)測電表等現(xiàn)場設施通過智能網(wǎng)關接入平臺，并通過服務器、工作站進行數(shù)據(jù)分析和展示。在感知層，現(xiàn)場設施中的綜合能源元素感知，包括光伏、儲能、充電樁、配電房等，通過各類傳感器及監(jiān)測設備，為園區(qū)能源運營決策提供各種基礎數(shù)據(jù)支撐；在通信層，通過智能網(wǎng)關及交換機，實現(xiàn)感知層與平臺層之間的數(shù)據(jù)與控制指令安全傳輸；在平臺層，通過Web服務器、數(shù)據(jù)庫服務器，以及監(jiān)控工作站等硬件基礎設施，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集存儲，處理分析與功能展示。

圖1 數(shù)字化能源云平臺系統(tǒng)架構

1.4 平臺功能架構

在“雙碳”目標下，簡單的能耗可視化、能效分析展示已經(jīng)不能適應時代的發(fā)展。將用能數(shù)字化、根據(jù)用能數(shù)據(jù)科學化能源交易，并對外提供能源輕資產(chǎn)服務；在降低企業(yè)用能、購電成本的同時，持續(xù)提供服務、持續(xù)獲利，將成為時代的主流。

數(shù)字化能源云平臺功能架構如圖2所示。在傳統(tǒng)能源管理的基礎上，平臺還提供需求響應、電力交易等業(yè)務功能，能夠結合用戶能耗情況給出用能優(yōu)化建議，實現(xiàn)從“數(shù)據(jù)展示”到“數(shù)據(jù)運用”的轉變。平臺具有駕駛艙、配電監(jiān)控、抄表計費、綜合能源、需求響應、電力交易等功能模塊，在實現(xiàn)上述功能模塊的過程中，數(shù)字化能源云平臺結合“云大物移智鏈”等前沿技術，通過智能化手段采集園區(qū)的各種能源設施參數(shù)，數(shù)據(jù)架構高內聚，應用松耦合，功能需求按需組合、易擴展并微應用化。

圖2 數(shù)字化能源云平臺功能架構

圖3 電力需求響應

2 平臺建設方案

2.1 駕駛艙

數(shù)字化能源云平臺駕駛艙，展示園區(qū)“能源生產(chǎn)消費一張圖”，整合園區(qū)內能耗數(shù)據(jù)，包括能源生產(chǎn)相關數(shù)據(jù)，如能源結構、新能源相關數(shù)據(jù)，能源消費相關數(shù)據(jù)，包括園區(qū)電、水、氣、冷等各個能源類型的運行態(tài)勢進行統(tǒng)計分析。支持能耗趨勢分析、能耗指標綜合考評，對能源調度、設備運行、環(huán)境態(tài)勢等要素數(shù)據(jù)進行多維可視分析，幫助管理人員掌握園區(qū)各個環(huán)節(jié)的能源消耗情況，為園區(qū)節(jié)能降碳提供數(shù)據(jù)基礎。

通過對全國接入的項目數(shù)據(jù)進行集中展示，形成多項目、多組織、跨區(qū)域的統(tǒng)一服務體系。平臺以電子地圖形式展示全國各省用戶數(shù)據(jù)情況，支持無縫下鉆到項目層級，查看用戶能耗情況。除了地圖形式的顯示，駕駛艙還提供了多維的統(tǒng)計信息，從宏觀角度全面了解各個項目的能源使用情況，幫助管理人員更好地掌控全國范圍內的能源使用趨勢，并進行戰(zhàn)略規(guī)劃和資源配置。

2.2 電力監(jiān)控

為提高園區(qū)配電系統(tǒng)的安全性、可靠性，提供電力監(jiān)控模塊，該模塊包括配電系統(tǒng)監(jiān)控、重要設備監(jiān)控以及電能質量監(jiān)測等功能。

配電系統(tǒng)監(jiān)控。對園區(qū)供配電網(wǎng)絡的各項電力參數(shù)進行實時監(jiān)控，如電流、電壓、頻率和功率因數(shù)等，并通過組態(tài)的方式，圖形化展示整個配電系統(tǒng)的基本概況，顯示一二次接線圖、能流圖等，將采集到的數(shù)據(jù)實時顯示在組態(tài)畫面上，模擬園區(qū)配電網(wǎng)絡運行。

重要設備監(jiān)控。對園區(qū)重要設備進行實時監(jiān)控，包括光伏、儲能、充電樁、制冷站等，掌握設備運行態(tài)勢。對光伏發(fā)電、儲能充放電、充電樁充放電在不同時段下的能耗數(shù)據(jù)相關指標統(tǒng)計，并進行柱狀圖、曲線圖等方式的可視化展示，輔助快速識別異常；對冷站里制冷系統(tǒng)各設備進行監(jiān)控，實時展示空調主機、水泵、冷卻塔等設備的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

電能質量監(jiān)測。結合電能質量監(jiān)測裝置，對園區(qū)進線電能質量進行監(jiān)測。對電能質量監(jiān)測指標進行監(jiān)測分析，包括供電電壓偏差、電壓波動和閃變、諧波、三相電壓不平衡、頻率偏差、暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓、間諧波、電壓暫降與短時中斷等，評估電能質量整體情況。

2.3 計費管理

當前，園區(qū)抄表方式為人工抄表，抄表實時性、準確性存在提升空間。將園區(qū)租戶的計量計費表計接入平臺，提供以計費管理為核心，滿足計費客戶的在線抄表計費、財務管理、物業(yè)管理等一體化管理的計費管理功能模塊。

平臺以租戶為管理單元，提供可靠、高效的遠程在線數(shù)據(jù)采集，不用人工開表箱并且打破原有的數(shù)據(jù)不回收的現(xiàn)象。支持靈活的開戶方式保障一戶多表和一戶一表的多種情況并存，并實現(xiàn)集中統(tǒng)一的預付費管理。提供用電數(shù)據(jù)遠程在線抄表、費率設置、賬單統(tǒng)計匯總、通知查詢、用電控制等諸多功能；支持先充值后用電的預付費管理模式；不僅支持現(xiàn)金，還可以通過第三方網(wǎng)絡付費方式進行繳費，大大提高便捷性。另外，支持短信預警、微信自助充值等功能，能更好地提高計費管理的客戶滿意度。實現(xiàn)遠程費控，大大提高了整個系統(tǒng)的容錯率，有效解決商鋪管理分散收費難的問題，并支持通過用戶用電分析來提高能源服務水平，分析出浪費用電的原因。

2.4 綜合能源管理

基于細顆粒度的計量數(shù)據(jù)，通過平臺綜合能源管理模塊，優(yōu)化園區(qū)生產(chǎn)計劃，通過智能優(yōu)化耗能設備的控制、充電樁有序運營，不同用能設備的錯峰使用，合理控制設備啟停提高能源利用效率，減少園區(qū)綜合能源消耗，降低用戶用能成本。在滿足用戶基本園區(qū)運營需求的同時，用戶能利用綜合能源管理的各項功能對外輸出輕資產(chǎn)服務，實現(xiàn)營收持續(xù)化、最大化。

綜合能源管理模塊滿足用戶從最基礎的數(shù)據(jù)展示需求到最高級的專屬訂閱需求；功能類型層級劃分為計量級—分析級—優(yōu)化級—決策級—咨詢服務；滿足用戶不同角色、不同層級使用者的多層次需求。對外輸出輕資產(chǎn)服務覆蓋的目標客戶從最基本的自營園區(qū)，到客戶園區(qū)、工業(yè)企業(yè)、建筑寫字樓等能源用戶，再到負荷聚合商、居間商等合作伙伴。在日常運營過程中，滿足管理人員詳細分析數(shù)據(jù)和問題挖掘的需求，能耗查詢與分析，提供全面的數(shù)據(jù)支撐及各種分析方式，賦能用戶快速且精準地進行數(shù)據(jù)的深入分析。

2.5 需求側響應

在綜合能源服務模式下，需求側響應是實現(xiàn)源荷互動、供需兩側雙向良性交互的有效措施[4]。在新型電力系統(tǒng)的背景下，新能源的波動性和隨機性給電力系統(tǒng)帶來了很大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是通過電源側的功率調節(jié)來保障發(fā)電和用電側的實時平衡，但這種方法成本過高。需求側響應的主要作用是喚醒用戶側的海量資源，利用用戶側資源的靈活性，通過削峰填谷的手段，調動用戶主動參與調節(jié)電力系統(tǒng)的實時平衡。這不僅可以促進源網(wǎng)荷儲友好互動，降低電力系統(tǒng)的生產(chǎn)和消費成本，也可以使用戶增收，獲得一定的補貼收益。

平臺提供需求響應功能模塊，幫助園區(qū)以負荷聚合商的角色通過管理園區(qū)內各電力用戶負荷來參與電力公司發(fā)出的需求響應邀約，響應執(zhí)行以及確認成功后可獲取補貼收益。主要內容包括響應計劃發(fā)布，用戶應邀，簽訂響應合約，計算響應基線，開始響應執(zhí)行，響應過程監(jiān)控，響應完成后進行響應核算，分不同時間進度進行統(tǒng)計分析。

2.6 電力市場交易

電力交易模塊以“購電交易”“售電管理”和“客戶服務”為中心，通過購電預案分析和競價決策，協(xié)助售電公司制定批發(fā)市場的報價策略；通過歷史數(shù)據(jù)挖掘進行用電特性分析，協(xié)助售電公司制定售電策略；通過提供能效管理、電務管理等增值服務，協(xié)助售電公司增加客戶粘度、提升客戶滿意度。

平臺電力交易模塊提供客戶管理、合同管理、數(shù)據(jù)管理、交易管理、輔助決策、經(jīng)營分析等功能，實現(xiàn)售電業(yè)務的全流程打通。同時，通過負荷預測等手段，輔助售電公司進行購電決策，制定合理購電策略獲得更大盈利空間。基于售電公司需求購電量、對電力市場的評估，結合預估的利潤以及與電力用戶的分成策略，進行電力市場交易前的評估，輔助年度長協(xié)購電合同簽訂。合同簽訂后，通過對電力用戶負荷情況監(jiān)測及預測，提前進行偏差預警，提升售電公司偏差管理水平，為日前市場、日內市場和實時平衡提供支持。

3 平臺應用效果與綜合效益分析

3.1 平臺應用效果

該產(chǎn)業(yè)園區(qū)數(shù)字化能源云平臺于2021年12月正式上線，基于平臺的功能模塊，應用于園區(qū)不同的能源運營場景，進行能源數(shù)據(jù)的分析和決策。對園區(qū)內光伏、儲能、冷站等重要設備進行監(jiān)測，掌握能源運行態(tài)勢；通過能源流向分析、用電時序分析、損耗分析、峰谷分析等挖掘園區(qū)節(jié)能降費潛力，制定節(jié)能措施。同時，為園區(qū)能源用戶提供增值服務，包括節(jié)能診斷、設備運維以及新能源規(guī)劃等服務。

平臺圍繞建設綠色園區(qū)目標，從降碳、替碳、節(jié)碳方向探索園區(qū)綜合能源運營新模式，實現(xiàn)降碳過程數(shù)據(jù)化，助力園區(qū)實現(xiàn)“雙碳”目標。打造園區(qū)數(shù)字化能源云平臺，統(tǒng)一接入園區(qū)能源設備，實現(xiàn)能源生產(chǎn)與消費的監(jiān)管與調度，平衡供給側與需求側能源，降低園區(qū)全生命周期碳排放；利用園區(qū)綜合能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、新能源充電樁的聯(lián)調與聯(lián)控，構建新能源本地消納體系，提升新能源消納；打造數(shù)字化綜合能源管控平臺，優(yōu)化園區(qū)能源策略，削峰填谷降低綜合能耗成本；開展售電和需求響應服務，對制冷系統(tǒng)、公區(qū)照明、光伏、儲能等進行綜合能源管控，提升能源效率，實現(xiàn)節(jié)能增效的同時，增加經(jīng)濟效益。

3.2 綜合效益分析

平臺自上線后已安全穩(wěn)定運行一年，接入園區(qū)建筑面積約150萬m2，供電容量約10萬kVA，接入點位約1萬個。實現(xiàn)雙向服務，對內實現(xiàn)內部能源管理的專業(yè)縱向到底、區(qū)域協(xié)同橫向覆蓋域內所有能源的管理體系，為集團、園區(qū)提供系統(tǒng)管理工具；對外部客戶能源數(shù)據(jù)分析和管理的軟服務，應用效果明顯。

保障園區(qū)安全生產(chǎn)，設備穩(wěn)定運行。平臺實時監(jiān)控園區(qū)供配電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分析園區(qū)電能質量情況，監(jiān)測重要設備狀態(tài)參數(shù)，設備故障及時預警，避免安全事故發(fā)生，保障安全生產(chǎn)，提升運維服務水平；提升能源利用效率，促進能源雙控。通過平臺智能分析手段，包括損耗優(yōu)化、節(jié)能挖掘、能源高效利用等，再結合節(jié)能效果驗證實現(xiàn)管理、技改及政策節(jié)能閉環(huán)，綜合能耗強度降低5%～10%。

數(shù)據(jù)量化支撐，降低用能成本。系統(tǒng)通過負荷預測、曲線分解等智能化輔助，量化指導電力運營博弈，通過科學持倉、交易及響應決策，再結合需求響應、削峰填谷、有序用電等措施降低度電成本近20%；促進園區(qū)能源互聯(lián)建設，打造數(shù)字化能源平臺標桿。該平臺的建設作為智慧園區(qū)能源數(shù)字化示范，為園區(qū)用能分析、能源運營提供了有力的生產(chǎn)力工具。領先性的全面利用“云大物移智鏈”等現(xiàn)代化信息技術，通過協(xié)同調度策略，改善園區(qū)能源電力生產(chǎn)和消費模式，形成標桿性的能源數(shù)字化技術實踐。