基于多能互补的工业园区综合能效评价指标研究

吴正勇 邵恩泽 王灿

（江苏方天电力技术有限公司 江苏南京 210012）

0 引言

随着高耗能企业逐渐向园区聚集，园区企业用能成本居高不下、消费结构不合理、能源利用效率偏低、能源管理精细化程度不高等问题凸显［1］，高效用能、降低企业用能成本是工业园区发展循环经济关注的焦点。在园区的能源管理中，对能耗情况科学合理的分析，制定以园区为整体的系统性能耗指标，准确反映园区能效水平，在此基础上结合能效管理，实现园区多种能源的互补协调运行是节能减排的关键。

以某工业园区为例，建立综合考虑多种能源共同参与的园区级系统化能效评估指标，形成关于园区综合能源系统的能效评估方法。某工业园区占地约6 km2，园区内入驻有印染、纺织成衣、橡胶轮胎、装配等多种类型企业。主要用能形式为电能和蒸汽，自建一座24 MW热电厂为整个园区提供主要的电能和热能，同时建设有15 MW分布式光伏电站、4 MW电池储能系统等多种能源供给系统，电能可通过35 kV电网线路进行供电和上网。园区总共接入监测点25 000余个，实时采集能耗相关数据，开展电、光、热、储多能协调优化和综合管理。分别建立各个能耗单元的指标模型，计算分析其能耗水平，引入综合能源利用率这个指标，反映园区的总体能效水平。

1 热电厂指标模型

园区热电厂为母管制机组，选取供电煤耗率和全厂供热煤耗率作为评价热电厂的主要性能指标。除此之外，重要指标还包括锅炉效率、吨煤产汽量、管道效率、汽机热耗率、热电比、循环水温升、加热端差、厂用电率等。供电煤耗率如下式计算：

式中：bg为供电煤耗率，g/kWh；Lfcy为发电厂用电率，%；bf为发电煤耗率，g/kWh

全厂供热煤耗率如下式计算：

式中：br为全厂供热煤耗率，g/GJ；Bb为统计期内耗用标准煤量，t；α 为供热比，%；Qgr为统计期内的汽轮机热耗量，GJ。

2 光伏指标模型

光伏指标主要是光伏电站综合系统效率（PR），是指光伏实际交流发电量与理论直流发电量的比值，它可以有效地判断光伏系统的建设和运营水平，系统能效越高，光伏电站系统发电水平就越高。光伏电站综合系统效率如下式计算：

式中：PRT为在T时间段内光伏电站综合系统效率；ET为在T时间段内电站输入电网的电量，kWh；Pe为光伏电站组件装机的标称容量，kW；hT为T时间段内方阵面上的峰值日照时数，h。

3 储能指标模型

储能电站的综合效率为评价周期内，储能电站生产运行过程中上网电量与下网电量的比值，按下式计算：

式中：ηEESS为储能电站综合效率，%；Eon为评价周期内储能电站的上网电量，kWh；Eoff为评价周期内储能电站的下网电量，kWh。

4 综合能源利用率

工业园区内有电热光储等多种能源形式并存，需要一个系统性的指标来衡量园区的能源利用效率。综合能源利用率从能源系统稳定输出的角度考虑一次能源的利用情况，并结合用户实际的负荷需求，从能量的数量和质量综合角度分析解释系统或设备中有效能的转移、传递、利用以及损失等情况，反映园区能源消耗水平和利用效果，是能源有效利用程度的综合指标。针对园区实际情况，考虑上下网以及储能充放电不同工作状态情况下的综合能源利用率如下式计算：

（1）园区有电能下网且储能充电时

（2）园区有电能下网且储能放电时

（3）园区有电能上网且储能充电时

（4）园区有电能上网且储能放电时

式（5）-（8）中：ηwhole为综合能源利用率；E 为向园区用户供应的电量，kWh；Q为向园区用户的供热量，kJ；Ebat为储能充放电量，充电为正，放电为负，kWh；LHV为标煤的低位热值，kJ/kg；B为热电厂消耗总标煤量，kg；Egrid为网电电量，下网正，上网负，kWh；b为考虑发电效率的网电折算标煤量，kg/kWh；α为网电中可再生能源占比。

5 模型应用实例

通过对日常园区能耗性能指标的分析，可以判断园区当前整体能效情况的高低。若发现异常的低能效区间，有针对性的分析原因并调整运行策略，提高园区整体用能效率。

选取园区某一天的综合能源利用率曲线（图1）进行分析，发现12∶00—13∶00综合能源利用率有一段异常突降。通过分析热电厂、光伏、储能相关指标发现，在中午时段天气转晴，光伏发电量达到峰值，由于园区内有部分工厂午休使得总负荷有所下降，所以此时热电厂负荷被迫下降，导致供电煤耗率上升（图2），但同时热电厂是背压汽轮机，热电比无法进行大范围调整，故电负荷下降有限，并产生上网电，而此时储能无充放电，以上多种原因导致综合能源利用率下降。

针对上述情况分析得出对策，一方面应发挥储能调峰的优势，参与到多能互补的环节中来，避免热电厂负荷过低和发电上网，另一方面可结合负荷预测协调园区用户进行内部的电热负荷调整，避免园区负荷波动，尽可能减少供需之间的不平衡，使园区整体能效得到提升的同时也可以增强园区能源供应的安全性。

6 结论与建议

随着经济发展与环境污染矛盾的日益突出，工业园区的节能减排已经成为发展趋势，越来越受到有关政府和部门的重视［2］。从园区的实际需求出发，针对不同工况生成最优运行策略，形成有效的多能互补解决方案。针对工业园区能效建立评断标准，便于实现工业园区用能管理，技术人员可实时分析能耗数据，及时发现问题并提出相应的高效运行策略。