多能互补园区综合智慧能源项目开发

周刚

多能互补园区综合智慧能源项目开发

周刚

（中国华电集团有限公司天津分公司，天津 300000）

按照国家能源供给侧结构性改革战略部署，推动能源生产和消费方式变革，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，是能源改革发展的重大历史使命。基于多能互补的园区综合智慧能源项目具备能源利用效率高、节能减排效果好等优点，是践行能源革命的有效途径。

多能互补；综合能源；智慧能源；项目开发

中国能源消费以化石能源为主，煤炭在一次能源消费中比例超过70%，天然气消费比例不到10%，特别是工业园区，能源消费存在供应模式单一、利用效率低、污染物排放高等诸多问题，亟需加快能源生产和消费革命，建设清洁低碳、安全高效的供能体系。

多能互补园区综合智慧能源项目是针对工业园区热电冷汽水等多种能源需求，互补利用传统能源和新能源，按照能源互联网思维构建的“源-网-荷-储”一体化综合智慧能源系统，对工业园区能源结构转型具有重要支撑作用。

1 多能互补园区综合智慧能源概念

多能互补园区综合智慧能源项目以园区为单位，以天然气分布式能源站为核心，集成分布式光伏、分散式风电、余热回收、地源热泵、空气源热泵、污水源热泵、智能微网、储能、需求侧响应等辅助供用能系统，实现供能侧的多能互补和用能侧终端一体化，充分利用先进的能源互联网、大数据、云服务平台等信息化技术，实现区域能源供需的智慧化管理，构建新型供能用能生态链，满足绿色低碳、安全高效、可持续发展要求。

2 典型多能互补园区综合智慧能源项目构架

典型多能互补园区综合智慧能源项目主要包括供能、用能和综合智慧能源服务平台等内容，通过采用先进的供能设备和智慧化能源管理系统，提高区域能源利用效率，实现节约能源，降低成本的目标。

2.1 区域型天然气分布式能源站

工业园区能源需求以电热冷汽水为主，分布式能源站以天然气为燃料，采用先进的小型分布式燃机设备，天然气燃烧产生的高品质热能先用于发电，做功后的高温烟气进入余热锅炉，加热水产生蒸汽进入汽轮机做功或进入热网供热，抽汽通过蒸汽型溴化锂转化为低温冷水向用户供冷，实现能量梯级利用，综合能源利用效率一般可达到70%～90%，所发电力并入电网或直供用户，全部就地消纳。分布式作为独立运行的电源可发挥应急保障作用，最大程度上耦合可再生能源的间歇性和波动性，保障能源供应安全，并可大幅减少二氧化碳、氮氧化物排放。

2.2 分布式光伏和分散式风电

中国地处北半球欧亚大陆的东部，主要处于温带和亚热带，风光资源较为丰富，各地的太阳辐射年总量在3.35× 103～8.4×103MJ/m2，其平均值约为5.86×103MJ/m2，70 m高度陆上3级及以上风能开发量在26亿千瓦以上。工业园区厂房优质屋顶资源丰富，可利用园区大面积工业厂房屋顶建设分布式光伏；结合公交场站、办公区停车场建设分布式光储充一体化车棚，对新能源汽车进行充电；利用企业利用自有或租用闲散建设用地，开发低风速分散式风电，采用“自发自用、余电上网”或分布式发电市场化交易模式，实现就地消纳，提升可再生能源消纳比例。

2.3 储能系统

储能是多能互补园区综合智慧能源供能侧和用能侧平衡调节的重要支撑，包括储冷、储热、储电等多种形式。对实行峰谷平电价的园区，储能设施可充分利用夜间低谷电价，降低生产成本。储冷储热多以水为介质，采用4～7 ℃冷水、蓄冰或60～95 ℃热水，利用水的显热或潜热实现冷热量存储。电储能方式主要包括电池储能、电感储能、电容器储能、机械储能等多种形式，电池储能最为常见，主要采用铅蓄电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等。储能装置可同时提升园区电力和热力系统灵活性、经济性和安全性，消除负荷间歇性变化对系统带来的不利影响，优化运行方式，提高机组运行效率和经济效益。

2.4 余热回收利用系统

能源站在发电供热的同时，有大量低温烟气通过烟囱、乏汽冷凝热通过冷却塔排放到大气中，园区工业企业生产中也同步产生大量废热，余热资源约占其燃料消耗总量的17%～67%，其中可回收率达60%，节能潜力巨大。余热回收利用系统主要采用热交换技术、热功转换技术、余热制冷制热技术等。余热回收热泵应用较多，系统消耗部分电能或热能，回收生产过程中产生的废热，并按照温度对口、梯级利用的原则用于供冷或供热。北方地区生产废热可用于加热热网回水和锅炉补水，降低燃料消耗，增加机组的供热能力。

2.5 污水源热泵

工业园区及周边城市污水排放量较大，水温相对较高，全年温度在10～25 ℃之间，且随季节变化较小，是可利用资源。污水源热泵系统可有效利用污水冬暖夏凉的特点，通过电能驱动供热制冷，系统综合COP可达到3～5，同电空调制冷、燃气锅炉供热相比，节能率可达70%以上，并可有效降低供热供冷成本，实现循环经济。

2.6 土壤源热泵

土壤源热泵利用地下常温土壤温度相对稳定的特性，以土壤作为热源、冷源，采用高效热泵机组和深埋于建筑物周围的系统管路，冬季从土壤中取热，向建筑物供暖；夏季向土壤排热，为建筑物制冷。高效热泵机组COP可达到3～6，与传统的电制冷和燃气锅炉供热相比，全年能耗可节省40%左右，且无污染物排放。

2.7 多能互补园区综合智慧能源平台

多能互补综合智慧能源平台是项目实施的关键支撑。供能侧园区的各种供能系统，特别是光伏、风电等新能源在供能时间上存在间歇性和随机性的特点，不能满足企业各时段用能需求；用能侧不同企业间生产计划、用能时段存在较大差异，需通过多能互补综合智慧能源平台对园区能源生产、输送、消费、存储全过程精细化管控。平台设备层建设以分布式能源为核心的能源供应体系，通过自动化设备、智能表计实现冷热电汽等综合能源数据采集与监控；通信层采用高速互联网，实现数据采集、远程操控以及客户之间的双向互动；决策层通过对不同发电系统和负荷的数据统计、分析、计算，实时计算发电、用电量、购电量等指标，实现对可再生能源效率、区域电能质量、需求侧负荷特性、节能效益的分析和统计，并提供节能、优化运行、调度策略。

3 多能互补园区综合智慧能源项目开发策略

3.1 深入开展负荷分析

多能互补综合智慧能源项目以整个园区为供能对象，应对园区发展定位、资源禀赋、企业用能特点及形式进行深入分析，针对电热冷汽水等负荷需求，按照供热季、供冷季、过渡季编制典型日逐时负荷曲线和延时负荷曲线，并对园区及周边可利用的太阳能、风能、地热能、水源能、工艺废热、生物质等进行详细分析，科学制订多能互补开发方案。

3.2 优化设备选型

目前国内以天然气分布式为主的多能互补项目多存在热负荷不达标、经济效益不佳、运营成本偏高等问题。多能互补园区综合智慧能源项目开发应彻底摒弃传统“大而全”的开发思路，结合园区能源需求量身定做，按照以热冷定电、欠匹配原则，合理确定基础负荷和调峰负荷，特别是新建园区，应根据企业入驻情况，做好负荷培育和分阶段建设方案，减少初期投资，避免设备闲置。

3.3 合理安排运行方式

多能互补园区综合智慧能源项目经济效益提升的关键在各能源系统间的协同配合，在能量生产、传输、存储和管理的各个方面，都需要考虑运用系统化、集成化和精细化的方法来分析整个能源系统，要通过综合智慧能源管理平台，建立智能调控、协同控制、综合评估的运行策略，实现各种能源之间的高效互补，综合运用储能等调节设施，不断提升能源梯级利用效率，并显著降低用能价格。

3.4 创新商业模式

多能互补园区综合智慧能源项目是国家大力发展的能源利用形式，但现行能源政策下，所发电力存在上网价格低、直供电政策不允许等多重障碍。项目开发应紧密跟踪电力体制改革进展，创新商业模式，通过整合售电服务、市场化交易、直供电、增量配网、智能微网、综合能源服务等方式，促进所发电力就近消纳，加大同电网、燃气企业的合作力度，打造上下游一体化发展优势。

3.5 做好风险防控

多能互补园区综合智慧能源项目单位投资较高，同常规燃煤锅炉、燃气热电联产相比没有价格优势，且运行模式更为复杂，需要进行详细的经济评价和风险分析。项目盈利的影响因素主要为冷、热价格、气价及电价等，投资主体要深入开展经济性评价，积极争取政策性投资补贴、节能补助资金等，开展综合能源多样化增值服务，提高项目经济性。

4 结语

能源“十三五”发展规划指出，清洁低碳能源是能源结构调整的主攻方向，要逐步降低煤炭消费比例，提高天然气和非化石能源消费比例，非化石能源消费比例要提高到15%以上，天然气消费比例力争达到10%。中国工业园区数量超过10 000个，多能互补园区综合智慧能源项目是未来工业园区能源供应的主要形式，是国家推进能源供给侧结构性改革的重要载体，对推进节能减排和能源可持续发展意义重大，应加大政策支持，优化发展环境，不断提升项目经济性，实现高质量发展目标。

［1］国网天津市电力公司电力科学研究院，国网天津节能服务有限公司.综合能源服务技术与商业模式［M］.北京：中国电力出版社，2018.

［2］肖徐兵，杨宇峰.区域能源互联网构架下的综合能源服务［J］.机电信息，2019（17）：171-172.

［3］应鸿，张扬.综合能源服务知识体系研究［J］.浙江电力，2018（7）：171-172.

F206

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.048

2095－6835（2019）23－0107－02

周刚（1981—），男，本科，山东邹城人，工程师，主要从事能源规划、项目开发、技术研究等工作。

〔编辑：张思楠〕