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淺談智慧能源管理系統(tǒng)在工業(yè)園區(qū)的應用

2023-02-28 [573]

安科瑞鮑靜君

　　摘要：國網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司以新建工業(yè)園區(qū)作為布局，將高負荷用電區(qū)域作為選擇，開展以電為中心的綜合能源服務，促進多能互補，實現(xiàn)“源、網(wǎng)、荷、儲"全面協(xié)調(diào)發(fā)展，“電、氣、熱"互聯(lián)互通，建設“交互式智聯(lián)網(wǎng)絡、在線化智能運營、友好型智享服務"能源管理平臺，構(gòu)建物理能源網(wǎng)、信息物聯(lián)網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)，實施供能系統(tǒng)能源綜合梯級利用改造，形成規(guī)模效應，降低企業(yè)成本，提升多元化清潔能源消納和供應能力，推動“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源"戰(zhàn)略在蘇州落地。

　　關鍵詞：智慧能源；互聯(lián)網(wǎng)；綜合能源服務；規(guī)模效益

　　0引言

　　蘇州工業(yè)園區(qū)位于歷史名城蘇州古城區(qū)東面，地處中國沿海經(jīng)濟開放區(qū)與長江三角洲經(jīng)濟發(fā)展帶交匯處，土地面積占蘇州市的3.4%，人口占5.2%，工業(yè)用電量占7%，二氧化硫排放量占1%，COD排放量占2%，創(chuàng)造了蘇州市近15%的經(jīng)濟總量，連續(xù)多年名列“中國城市具競爭力開發(fā)區(qū)"排序前列。從園區(qū)能源消費結(jié)構(gòu)來看，電力是園區(qū)主要的能源消費類型，占園區(qū)全社會能源消費總量的55%以上，工業(yè)用電量占比在70%以上。園區(qū)積極推廣清潔能源、電動汽車、綠色建筑、需求響應，開展能源互聯(lián)網(wǎng)試點示范建設，以實現(xiàn)未來綠色園區(qū)的目標。

　　1實施背景

　　1.1 “互聯(lián)網(wǎng)+"智慧能源國家發(fā)展戰(zhàn)略的需要

　　為深入推進能源革命，提高能源利用效率，國務院頒發(fā)了《關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+"行動的指導意見》，提出構(gòu)建智慧能源系統(tǒng)，統(tǒng)籌能源與通信等基礎設施網(wǎng)絡建設，建設“源網(wǎng)荷"協(xié)調(diào)發(fā)展、集成互補的能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求，提高能源綠色、低碳、智能發(fā)展水平。國家逐步深化“互聯(lián)網(wǎng)+"理念，強調(diào)可再生能源接入、多類能源互補組合利用，并提出多

　　種運營方式、政府支持等各種優(yōu)惠政策，在區(qū)域、城市、跨區(qū)等范圍積極探索多種形式的能源互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術(shù)和建設模式，開展能源互聯(lián)網(wǎng)建設實踐。

　　1.2 供電企業(yè)角色轉(zhuǎn)型、跨越發(fā)展的需要

　　開展綜合能源管理推動供電公司由傳統(tǒng)電力供應商向綜合能源供應商轉(zhuǎn)型，挖掘電網(wǎng)潛在功能和商業(yè)價值，充分發(fā)揮清潔能源供應、商業(yè)平臺構(gòu)建、生態(tài)環(huán)境治理、信息交互體驗等作用，將綜合能源服務業(yè)務作為除輸配業(yè)務外的二主業(yè)，培育新的市場業(yè)務，打造能源互聯(lián)網(wǎng)背景下電網(wǎng)企業(yè)的核心競爭力。

　　1.3 多元化能源服務需求的需要

　　綜合能源服務利益相關方主要有政府、供電公司、用能用戶、能源供應商、能源服務商、軟硬件設備供應商、咨詢機構(gòu)、金融機構(gòu)等，這些主體共同構(gòu)成了能源產(chǎn)業(yè)鏈的生態(tài)體系。不同主體在綜合能源服務價值鏈中的訴求既有部分統(tǒng)一性，又有差異性，利益相關方對綠電使用、節(jié)能改造、能效服務、綜合供能、能源數(shù)據(jù)價值挖掘提出了更高的需求。

　　2主要做法

　　在蘇州工業(yè)園區(qū)構(gòu)建清潔、環(huán)保、能源互聯(lián)、信息互通、金融互享的能源互聯(lián)格局是必要和緊要的。供電企業(yè)聯(lián)合能源相關企業(yè)，依托物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建能源數(shù)據(jù)中心，融合共享用能數(shù)據(jù)，橫向為客戶提供電、水、熱、氣、建筑節(jié)能等綜合用能解決方案；縱向?qū)崿F(xiàn)分布式發(fā)電、電能替代、儲能、設備運行方式優(yōu)化、需求響應、區(qū)域能源共享等全鏈條用能解決方案，降低用戶用能成本，提升電能在終端能源消費領域占有率，滿足新一代電力客戶對綜合能源服務需求旺盛、服務需求多樣化的要求。

　　2.1 搭建三層級架構(gòu)，實施“一站式"智慧能源服務

　　根據(jù)蘇州工業(yè)園區(qū)熱、電、冷使用情況及負荷特性，規(guī)劃建設天然氣分布式能源項目、屋頂光伏項目，完善發(fā)電基礎設施。同時，引導落實需求側(cè)管理，充電樁分布，能源監(jiān)控與儲能管理，終實現(xiàn)向蘇州工業(yè)園區(qū)工商企業(yè)提供冷熱電3種能源，降低園區(qū)內(nèi)尖峰負荷，提供獨立可靠高質(zhì)量的清潔能源。依托局域能源互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建物理能源網(wǎng)、信息物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)服務網(wǎng)，降低輸配電線路和供配電設備的投資，打造全國能源互聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)，綜合能效、多能互補滲透率和融合率高的能源互聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)，清潔能源比例和自供比例高的示范區(qū)，建立與現(xiàn)代工業(yè)相適應的能源體制示范區(qū)。

　　2.1.1 交互式智聯(lián)網(wǎng)絡

　　采用能流圖的宏觀方式展示區(qū)域能流全景。清晰呈現(xiàn)園區(qū)能源供應總量、能源類型、損耗情況、消費使用情況數(shù)據(jù)，并與經(jīng)濟數(shù)據(jù)結(jié)合，得到區(qū)域能效關鍵指標數(shù)據(jù)，作為政府監(jiān)管決策依據(jù)。實現(xiàn)水、電、氣、熱能源類型全覆蓋，實現(xiàn)關口、回路、設備網(wǎng)絡節(jié)點全覆蓋，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控參數(shù)類型全覆蓋以及實時、分鐘、小時、月度時間尺度全覆蓋。

　　2.1.2 在線化智能運營

　　提升能源網(wǎng)絡設施日常運營管理水平能力。展現(xiàn)園區(qū)內(nèi)源、網(wǎng)、儲、荷各類能源設施實時運行動態(tài)，包括燃氣電站、儲能電站、分布式光伏、能源中心、充電樁、用能企業(yè)等，掌握能源供需關系，及時獲得安全、能效、環(huán)保等數(shù)據(jù)。

　　2.1.3 友好型智享服務

　　為企業(yè)提供一鍵能效體檢服務。企業(yè)能效指標按區(qū)域、行業(yè)進行對標分析，通過用戶畫像等大數(shù)據(jù)算法實現(xiàn)機會準確推介，縮短決策鏈條，創(chuàng)造綜合能源服務市場價值?！疤K州友好型2.5智能產(chǎn)業(yè)園區(qū)"的建成創(chuàng)造性地進行了落地實證應用。該系統(tǒng)設計了套覆蓋園區(qū)級能源互聯(lián)網(wǎng)功能的公共信息模型，實現(xiàn)了信息模型標準化；建設了套園區(qū)多類型儲能系統(tǒng)建設示范工程，實現(xiàn)園區(qū)用能協(xié)調(diào)、細化管理。

　　2.2 構(gòu)建物理能源網(wǎng)，實現(xiàn)多能互補，源、網(wǎng)、荷、儲協(xié)調(diào)發(fā)展

　　在園區(qū)能源供給側(cè)提供電網(wǎng)能源和清潔能源（分布式光伏、分布式天然氣等），在能源需求側(cè)開展智能交通（電動汽車、充電樁）、智能社區(qū)、智能建筑、智能微網(wǎng)（產(chǎn)業(yè)園、企業(yè)）建設，滿足政府部門、用能企業(yè)、能源服務商、社會公眾等各方需求，優(yōu)化園區(qū)能源產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈生態(tài)。

　　2.2.1 源端低碳

　　在園區(qū)內(nèi)因地制宜地建設光伏、風電、燃氣三聯(lián)供等清潔的電源系統(tǒng)，熱泵、太陽能集熱、電鍋爐、電空調(diào)、燃氣鍋爐等熱源系統(tǒng)。使用零碳可再生能源電能替代方式，替代部分污染較高、效率較低的電源、熱源、氣源系統(tǒng)，提高園區(qū)清潔電力比例，實現(xiàn)源端低碳化。

　　2.2.2 網(wǎng)端優(yōu)化

　　對于存量電網(wǎng)、熱網(wǎng)、氣網(wǎng)開展設備節(jié)能優(yōu)化改造和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少“跑、冒、滴、漏"，實現(xiàn)降損降耗。對于增量部分，在規(guī)劃階段即統(tǒng)籌考慮節(jié)能設備應用，落地實施時一步到位予以執(zhí)行。

　　2.2.3 荷端節(jié)能

　　對于存量電、熱、氣負荷，根據(jù)負荷性質(zhì)不同（工業(yè)、商業(yè)、居民等）、用熱形式不同（蒸汽、熱水、供暖）、用氣用途不同（供熱、烹飪等），采用不同的節(jié)能改造方案，減少能源浪費，提高能效。對于增量部分，在規(guī)劃階段即統(tǒng)籌考慮采用不同的節(jié)能建設方案和優(yōu)化替代方案。

　　2.2.4 儲端互動

　　在園區(qū)內(nèi)建設電、熱、氣儲能系統(tǒng)，包括源側(cè)配套儲能、網(wǎng)側(cè)配套儲能與荷側(cè)配套儲能，同時通過氣—電—熱轉(zhuǎn)換，增強園區(qū)電力、熱力、燃氣系統(tǒng)內(nèi)部與外部系統(tǒng)的互動響應能力。

　　2.3 構(gòu)建信息物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)全景感知、全域聯(lián)通

　　通過開發(fā)區(qū)域能效全景類、企業(yè)能效監(jiān)測分析類、綜合能源管理類、綜合能源線上商城類、社會公共服務類、能源互聯(lián)網(wǎng)平臺運營類等六大類應用功能，建成多能互補智慧能源系統(tǒng)，形成“能源監(jiān)測—數(shù)據(jù)挖掘—交易撮合—數(shù)據(jù)運營"全過程、端到端的服務能力，實現(xiàn)綠色能源供應基礎建設、信息物理融合、多能互補柔性調(diào)度，推動區(qū)域綜合能源市場蓬勃發(fā)展。

　　2.3.1 終端感知

　　按照源、網(wǎng)、荷、儲4個部分（每個部分又細分為電、熱、水、氣等類型），部署各類采集終端、控制終端、計量終端與其他終端，實現(xiàn)園區(qū)綜合能源物理網(wǎng)絡系統(tǒng)的全景感知。將用能監(jiān)測從用電關口延伸至客戶內(nèi)部設施，實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的集中采集和深度挖掘，為各類能源服務和購售電服務提供數(shù)據(jù)支撐。

　　2.3.2 網(wǎng)端聯(lián)通

　　建設接入層網(wǎng)絡、匯聚層網(wǎng)絡、核心層網(wǎng)絡，選擇合適的通信方式、通信協(xié)議和組網(wǎng)模式，實現(xiàn)信息流通。優(yōu)化利用現(xiàn)有網(wǎng)絡資源，打通各環(huán)節(jié)間信息壁壘。

　　2.3.3 云端集成

　　建設園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)綜合管控云平臺，將源、網(wǎng)、荷、儲各側(cè)獨立平臺接入該平臺，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲互動。儲能電站預留接口，具備友好互動（秒級）的負荷控制響應能力；在電網(wǎng)高峰負荷和應急情況下，通過自動需求響應系統(tǒng)提供調(diào)峰和緊急功率支持等服務；發(fā)揮分布式儲能系統(tǒng)孤網(wǎng)運行能力，提供事故備用、黑啟動、孤網(wǎng)運行等服務，保障園區(qū)重要負荷電力供應。

　　2.4 構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)靈活電能交易

　　以互聯(lián)網(wǎng)為載體，將能源系統(tǒng)中分散化的用戶、差異化的能源、多元化的商業(yè)主體緊密聯(lián)系起來，擴大市場成員的交互范圍與頻度，降低交易成本，顯著提高市場成員參與能源交易的便利性與存在感。通過多種能源形式的耦合和互聯(lián)網(wǎng)精神的滲透催生一個競爭充分、多邊對等、主動參與的全新的能源系統(tǒng)生態(tài)圈。園區(qū)政府層面的應用主要包括決策分析服務、能效監(jiān)管服務、節(jié)能減排服務、電能交易服務；面向社會層面的應用包括綠色能源交易服務、綠色認證服務、碳排放交易服務等；面向企業(yè)層面的應用則包括配售電服務、智慧用電服務、電能交易服務、微小用能直供服務等。

　　2.4.1 控制靈活

　　能源互聯(lián)網(wǎng)綜合管控云平臺，強調(diào)設備智能、多能協(xié)同、信息對稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等關鍵特征，開展靈活化的局域能源互聯(lián)網(wǎng)運行監(jiān)控、優(yōu)化調(diào)度，提高能源系統(tǒng)運行的安全性、可靠性、靈活性。

　　2.4.2 服務多元

　　能源互聯(lián)網(wǎng)綜合管控云平臺開展多元化的“互聯(lián)網(wǎng)+"增值能源服務，支持在能源設施規(guī)劃、設計、建設、運營全過程中提升能源效率，積極開展電能替代、節(jié)能改造、能效管理、需求響應、變配電設施集中運維、同業(yè)用能比較等能效服務。

　　2.4.3 交易便捷

　　能源互聯(lián)網(wǎng)綜合管控云平臺對接園區(qū)外部交易平臺，協(xié)助各市場主體參與電力交易、輔助服務交易、熱交易、氣交易、碳交易、組合交易等多種交易類型，實現(xiàn)園區(qū)能源便捷交易全覆蓋，還原能源商品屬性，激活園區(qū)能源市場，提高市場運行效率。

　　3 實施效果

　　蘇州智慧能源管理系統(tǒng)整體覆蓋蘇州工業(yè)園區(qū)，是一個多能互補智慧能源系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了綠色能源供應基礎設施、信息物理融合、多能互補柔性調(diào)度的目標，成為政府機構(gòu)的參謀助手、社會公眾的節(jié)能導師、園區(qū)企業(yè)的能源診療醫(yī)生，滿足了電力客戶對綠電使用、節(jié)能改造、能效服務、綜合供能、能源數(shù)據(jù)價值挖掘的迫切需求。

　　3.1 經(jīng)濟效益

　　通過對配電網(wǎng)、分布式電源、多樣性負荷的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，可以在原有新能源基礎上，提高新能源發(fā)電的消納能力?？蓪崿F(xiàn)分布式電源功率預測、柔性負荷預測、可調(diào)度容量分析、協(xié)調(diào)控制策略優(yōu)化，提高設備利用率，間接增加供電能力，提升電網(wǎng)的安全可靠運行水平和經(jīng)濟性。

　　3.1.1 儲能電站

　　通過分布式能源參與配電網(wǎng)削峰填谷、負荷就地平衡，降低產(chǎn)業(yè)園夏季峰谷差占大負荷比例20%，提供1 MW的調(diào)峰容量，從而減少調(diào)峰電源投資。在園區(qū)產(chǎn)業(yè)園內(nèi)建設1座250 kWh磷酸鐵鋰電池儲能電站，電池價格為94.6萬元。按照執(zhí)行谷電價（峰時電價1.1元/kWh，平時電價0.67元/kWh，谷時電價0.32元/kWh）計算，該儲能電站（250 kW/1 000 kWh）每天2次循環(huán)，可消納谷電21.9萬kWh，即消納綠色電力（可再生能源）21.9萬kWh。該電池淘汰后，由電池制造商負責回收，價格為電池價格的10%，即9.46萬元，解決了廢舊電池處理帶來的環(huán)境保護問題。

　　3.1.2 蓄熱鍋爐

　　在園區(qū)產(chǎn)業(yè)園建設1臺100kW的電蓄熱鍋爐。園區(qū)產(chǎn)業(yè)園“一般工商業(yè)及其它用電"價格為0.8183元/kWh，蓄熱鍋爐享受分時電價，即0：00～8：00按0.37元/kWh計算，每年節(jié)約費用：（0.818 3~0.37）元/kWh×261 kWh/天×365天=4.28萬元。

　　3.1.3 公交充電站

　　工業(yè)園區(qū)內(nèi)25個公交充電站年充電量可超過1500萬kWh，是用電穩(wěn)定、營收可觀的綜合能源服務項目。

　　3.1.4 分布式光伏

　　分布式光伏裝機總?cè)萘?9 MWp，分散布置于“蘇州2.5"產(chǎn)業(yè)園、中節(jié)能（蘇州）環(huán)保科技產(chǎn)業(yè)園、耐世特汽車系統(tǒng)（蘇州）有限公司內(nèi)的各個建筑的屋頂，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)平均每年發(fā)電量為7840萬kWh，累計25年可發(fā)電量為19.6億kWh。

　　3.1.5 網(wǎng)源荷協(xié)調(diào)控制

　　通過柔性直流互聯(lián)技術(shù)手段，高可靠性示范區(qū)內(nèi)花瓣型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)花瓣間的合環(huán)，供電可靠性由目前的99.9994%提高到99.9999%以上。電網(wǎng)合理規(guī)劃對供電可靠性的提高相當于每年多銷售電量130.575萬kWh，以每千瓦時電對國民生產(chǎn)總值的貢獻值10.847元估算，提高供電可靠性可對社會貢獻產(chǎn)值達1416.347萬元。

　　3.2 管理效益

　　通過建設一批規(guī)模大、效益好、可復制、可推廣的示范項目，大化地實現(xiàn)工業(yè)領域用能大戶的能源集約利用，創(chuàng)新能源服務與交易模式，助推區(qū)域綠色轉(zhuǎn)型與智慧升級。完成“園區(qū)分布式儲能協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)"申請，分布式儲能電站設備的遠程監(jiān)視、協(xié)調(diào)控制和統(tǒng)計分析，實現(xiàn)對多種能源協(xié)調(diào)控制、充分消納新能源、電力需求快速響應以及部分替代應急柴油發(fā)電機組的目標。打破園區(qū)能源產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈業(yè)務壁壘，產(chǎn)生互補共贏、開放共享的協(xié)同效應，新能源比重明顯提高。

　　3.3 社會效益

　　科技部《公民節(jié)能減排手冊》中對1kWh電所產(chǎn)生的能源消耗做了如下說明：每節(jié)約1kWh電，就相當于省下了0.4kg標準煤和4 L凈水，與此同時，還減少了0.272 kg 碳粉塵、0.997 kg二氧化碳、0.03 kg二氧化硫，0.015 kg氮氧化物等污染物。到2020年，園區(qū)通過建設改造，規(guī)劃范圍內(nèi)可降低理論線損0.01個百分點，折合電量0.105億kWh。規(guī)劃區(qū)內(nèi)主要以火力發(fā)電為主，相當于節(jié)約 1.26萬tce、12.6萬t水，減少0.8565萬t碳粉塵，3.141萬t二氧化碳，0.0945萬t二氧化硫以及0.04725萬t氮氧化物的排放。以國內(nèi)碳排放交易價格67.738元/t計算，減排的二氧化碳量又可為企業(yè)創(chuàng)造相當于213萬元的利潤。

　　4安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)解決方案

　　4.1系統(tǒng)方案

　　Acrel-7000企業(yè)能源管控系統(tǒng)釆用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘，幫助企業(yè)針對各種能源需求及實際用能情況、產(chǎn)品能源單耗、工序能耗、設備用能等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、用能預測、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、為節(jié)能評估、能源審計提供基礎數(shù)據(jù)。

　　4.2應用場所

　　適用于新建或者改建的能源供給企業(yè)、高耗能企業(yè)和離散制造企業(yè)廠房、工業(yè)園區(qū)、集團公司等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設計、施工和運行維護。在具體工程中可結(jié)合當?shù)卣块T要求和企業(yè)管理需求，在系統(tǒng)軟硬件配置上優(yōu)化調(diào)整，滿足各類工程能耗監(jiān)測與管理的要求。

　　4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

　　1）大屏展示

　　展示企業(yè)及各區(qū)域的能耗折標、異常情況、點位數(shù)量、通訊情況、本月分類能耗排名、當年/去年用電量對比、分類能耗占比等相關信息，可直觀了解企業(yè)當前總體概況，支持3D建模。

2）首頁

　　展示企業(yè)當日峰谷平用電、變壓器槪況、日/月/年分類能耗數(shù)據(jù)、當年/去年單耗趨勢對比、當年能耗趨勢，展示用戶關心的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果。

3）單位產(chǎn)品/產(chǎn)值能耗

　　系統(tǒng)與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，導入產(chǎn)量/產(chǎn)值。對不能導入的數(shù)據(jù)提供人工錄入功能。通過系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，結(jié)合產(chǎn)量/產(chǎn)值，計算單位產(chǎn)品/產(chǎn)值能耗。