工业园区综合能源服务项目可行性研究

宋胜男，张海珍，罗城鑫

(1.华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030：2.浙江省蓄能与建筑节能技术重点实验室，浙江 杭州 310030)

1 引言

在“双碳”目标的引导下，中国综合能源服务发展也面临新形势与新要求[1，2]。政策方面，国家从配售电放开、输配电价、新能源、天然气、分布式能源等各个方面出台了一系列政策，并从多能互补、互联网+、智慧能源等领域开展了一批具有示范意义的项目，鼓励先行先试；市场方面，原有高耗能工业园区节能改造等需求，使园区需要围绕电源点、热源点、气源点进行合理产业集聚规划并配套管线建设，以便于其实现招商需求，并带动能源项目发展。同时，客户需求呈现多元化、个性化趋势，逐步推广定制化、成套化、差异化综合能源服务的营销策略，可以明确市场化转型方向，建立服务价格优势；技术方面，能源互联网技术不断进步，大数据、物联网、云计算等技术迅速发展，并渗透到生活各个领域。基于不断成熟的技术条件，搭建现代化综合能源服务平台，可以满足新一代园区用能企业与供能企业存在交互需求旺盛、服务供需多元的需求，同时为园区提供良好的投资办厂条件。

综合能源服务旨在提供符合能源发展方向、契合用户实际需求的能源解决方案，是推动能源革命的重要举措[3～5]。本文以广东省某一典型工业园区的分布式能源站为例进行综合能源服务项目研究，详细介绍了该园区综合能源系统的能源需求与主要构成，为同地区同类型项目提供参考。

2 分布式能源站概况

2.1 机组情况

本分布式能源站规划容量为4×115 MW燃气-蒸汽联合循环机组。工程于2013年9月取得同意建设的核准文件，一期工程建设容量为2×115 MW燃气-蒸汽联合循环机组，已建成投产。

经过2019年的负荷培育期，供热量达到年33万t，2020年年供蒸汽量36万t。目前供热量约为年100万GJ，设计技术指标中全厂全年的供热量为235.5万GJ，供热量不足设计值的43%。热负荷未能达到设计时负荷量，热电比一直低于30%，受制于热电比的影响，发电量也低于设计值。

2.2 气源

本项目采用双气源为能源站供应天然气，一路由LNG站为能源站供气，另一路来自天然气管网，主要供应源为“西气东输二线”的哈萨克斯坦天然气，天然气从天然气末站通过专用管线接入能源站，经过滤分离、计量及调压后供给厂内天然气调压站，再经厂内调压站调压后供给机组。

2.3 水源

本项目的水源取自9 km外，目前能源站取水后，处理到能供应绿化和消防用水的成本是0.2元/t。

3 能源需求分析

3.1 热(冷)负荷

3.1.1 蒸汽负荷

本分布式能源站是工业园区唯一公共热源点，园区内企业的用热主要由能源站提供。目前已有6家蒸汽用户落地投产，能源站对外供应1.0 MPa，250 ℃的低压蒸汽。根据能源站供热系统数据，2019年全年对外销售蒸汽量为32.3万t，2020年全年对外销售蒸汽量为36.5万t。2019～2020年，能源站均处于蒸汽负荷培育期，按照年利用小时8000 h计算，2019年全年平均蒸汽负荷40.43 t/h，2020年全年平均蒸汽负荷45.76 t/h。2020年蒸汽负荷与2019年度相比，主要的蒸汽用户年度蒸汽用量保持不变或略有上升，本分布式能源站年度蒸汽负荷增长率为13.19%。

随着后期企业相继投产，园区能源站供热负荷需求将逐渐增大。2021～2022年本分布式能源站年供热负荷将达80万t，年供热量235万吉焦，至“十四五”末期，预计年供热负荷将达100万t以上，根据测算，供热收入预计约2.48亿元。

3.1.2 热水负荷

高温高压烟气进入余热锅炉产生高温高压蒸汽后，变成低温低压的烟气，而该部分烟气通过烟气换热器热回收，每台烟气换热器可制备 103 ℃/75 ℃的热水约250 t/h。单台热水型溴化锂吸收式冷水机组制冷量5.7 MW，热水耗量为242.5 t/h，根据目前制冷负荷5.88 MW的热水耗量，本分布式能源站仍有230 t/h的热水富余，可以向周边用热单位提供清洁、优质的热水。

据统计，本工业园的热水负荷约40～50 t/d，至2021年底，热水负荷约90 t/d，年度热水耗量约2.5万t。随着热水负荷的拓展和工业园区用能企业的陆续入驻，热水负荷仍有较大发展空间，同时考虑能源站周边用户对热水的需求可能较为分散，而且单一用户的热水负荷较小，通过管道输送方式并不经济，因此通过槽车运输是投资较小、短期可实现收益的最优方式。到2022年预计热水需求量达3万t。至“十四五”末期，预计热水量达5万t，广东区域按照热水价格15元/t，预计产值约75万元。

3.1.3 冷负荷

本分布式能源站初步设计为两家公司提供冷负荷。本分布式能源站设置了2台单机制冷量为 5.7 MW 的热水型溴化锂吸收式制冷机组和1台制冷量约为 0.8 MW 的离心式电制冷机组，总装机制冷量为12.2 MW。厂内建筑自用空调系统负荷1 MW，取 0.8 的同时使用系数。设计负荷为11.42MW。2021年，本分布式能源站冷负荷约5.88 MW，与设计负荷的11.42 MW相差6.64 MW。随着工业园区用能企业的陆续入驻，制冷负荷仍有较大发展空间，同时应考虑能源站周边用户对冷气的需求可能较为分散，冷负荷需求可考虑培育负荷、存量带增量滚动发展。2022年，进一步加强冷负荷用户的拓展，预计负荷达到8 MW，至“十四五”末期，预计负荷达11.42 MW，本分布式能源站冷负荷达产。

3.2 电负荷

能源站近区的全社会用电最高负荷在2015年为235 MW，“十二五”年均增长率为11.1%；2020年300 MW，“十三五”年均增长率为 5%；预计“十四五”末期达到365 MW，“十四五”年均增长率约为 4%。

3.3 压缩空气负荷

压缩空气主要供给园区内一家食品公司，装备15台喷油螺杆式空压机，空压机总装机功率1524 kW，设计产气量为283.5 m3/min；实际用气负荷为261 m3/min，同时配套10个储气罐，工作压力为0.4～0.6 MPa。2021年底，由于该食品公司采用二班制倒班工作，负荷稳定，仅交接班时有少量负荷波动，整体压缩空气负荷约370 m3/min，负荷率可达92.5%。至“十四五”末期，随着该食品公司集中供应压缩空气的规模化效应和示范效应显现，越来越多企业会寻求优质、安全、经济的压缩空气供应，本分布式能源站压缩空气负荷将达700 m3/min。

3.4 绿化消防用水负荷

园区内一家公司草坪浇水平均每天需要耗水约10 t以上，公司内设置消防水池，目前均使用城市自来水，造成了极大浪费。本分布式能源站用水成本较低，引出水源供给该公司进行园区绿化和消防水池蓄水使用具有技术和经济可行性。

3.5 综合服务需求

3.5.1 售电服务需求

本分布式能源站可对供热用户开展直供电业务，使供热和供电同步开展，有利于机组的经济运行。结合园区内及园区周边企业(或用户)用电负荷需求，售电服务还存在较大市场需求。

3.5.2 光伏发电

该地区属于太阳能资源四类区域，光资源较好，具有开发价值。该工业园区有较大面积的工业厂房，适合进行屋顶光伏的开发，既可增加电力供应，也可推动园区可再生能源发展。

3.5.3 储能业务

利用园区电价的峰谷价差，开展电储能业务，在谷电时间段电储能进行充电，在峰电时间段电储能进行放电，考虑峰谷电价，电储能通过“高发低储”可获得收益[6～9]。

3.5.4 综合能源服务

在分布式能源站冷热电三联供原有业务的基础上，延伸出服务周边居民的民生工程，为园区居民提供热水和冷水，以及其它能源的服务。计划2022年，利用分布式能源站边上闲置用地建成一个充电桩智慧停车场，为园区的新能源电动汽车提供充电服务，此外还提供电池检修、诊断、维护、保养等附加服务。同时园区还需建立综合能源服务平台，为园区企业提供合同能源管理等多种能源服务。

4 系统建设内容

建设该分布式能源站综合能源服务系统的主要工作内容见表1。

表1 分布式能源站综合能源服务建设具体工作内容

(1)加强基础设施建设，以原有冷热电三联供系统为基础，拓展建设园区内压缩空气、绿化消防水等多种能源产品；推动屋顶光伏等分布式可再生能源的优化布局与高效利用，利用园区厂房屋顶建设分布式光伏电站；完善充电桩等配套设施助力绿色交通建设，利用分布式能源站附近闲置用地建设一个集成充电桩智慧停车场，为园区的新能源电动汽车提供充电服务，此外还提供电池检修、诊断、维护、保养等附加服务[10，11]。

(2)对分布式能源站原有的控制系统进行改造，使之成为一个集能源信息采集、数据分析处理、设备检测预警、供需平衡协调、资源统筹调配等功能于一体的综合能源服务平台[12～16]。

(3)成立能源销售服务机构。加大零售业务开拓力度，完善售电业务和市场营销竞争报价系统，充分考虑园区用户基础用能需求、政府限价、补贴、分布式能源站多种能源供能特征和供应能力上下限等必要因素，设计灵活多样的能源套餐与优惠政策供用户企业选择，实现园区整体能效提升。

(4)成立节能服务机构。对能源供应服务企业生产设备进行能耗诊断分析，进而推进其节能改造，提升园区内企业用能水平。探索合同能源管理服务，合同能源管理是节能服务平台与用能单位以契约形式约定节能项目的节能目标，节能服务公司为实现节能目标向用能单位提供必要的服务，用能单位以节能效益支付节能服务公司的投入及其合理利润的节能服务机制[17]，可为用能企业带来节能收益。

(5)建设大数据分析处理系统。综合能源是涉及能源生产、配送、消费系统和通信系统融合的复杂系统，需建立一个大数据分析处理系统，对所采集的数据进行预处理、存储、管理、再处理、分析，并将数据可视化。大数据分析处理系统在综合能源中发挥重要作用，本综合能源服务项目构建的大数据分析处理系统体系构架如图1所示。

图1 大数据分析处理系统体系构架

5 投资匡算

据初步估计，在该工业园区内建设综合能源服务系统，共计需2.42亿元投资，其中控制系统改造及综合能源服务平台建设0.5亿元，压缩空气供应工程投资约2500万元，光伏电站4000万元，储能系统600万元，绿色交通业务约3000万元，售电服务机构约1000万元，合同能源管理机构约2000万元，设备检修维护机构约2000万元，综合需求套餐设计项目1000万元，综合能源系统运行优化项目1000万元，LNG冷能利用项目2000万元。具体投资概算如表2所示。

表2 综合能源服务系统投资概算

预计到“十四五”末期，该分布式能源站综合能源服务业务收入将超过8亿元，具有良好的经济效益。

6 结论

以工业园区综合能源服务项目为例，进行了园区能源需求分析，设计了涵盖多能互补、能量深度梯级利用、多类型多品质负荷双向互动、综合需求响应、智慧能源管理等关键技术的大型园区综合能源服务，根据投资匡算，本项目将有良好的经济效益，可实现整个园区源-网-荷的安全、经济、高效运行，极大提高本工业园区供能与用能水平，减少园区能耗及污染物排放水平，同时提升用能安全性和可靠性，实现多方共赢的美好局面。研究结果可为广东乃至全国开展安全、经济、高效的大型园区综合能源服务建设提供重要参考。