“双碳”战略下产业园区数字化能源云平台建设与应用

深圳市中电电力技术股份有限公司 刘 宁 杨玉婉 蒋 帅

产业园区是实践“双碳”战略的关键战场，也是主要碳排放来源之一。据统计，以工业园区碳排放为例，已达全国总排放量的31%。“十四五”规划中提出，加快能源产业数字化智能化升级是实现“双碳”目标的支撑途径[1]，园区作为城市碳排放最集中的空间，业态类型丰富，业务模式多样，是落实能源数字化、低碳转型的重要落脚点[2]。传统园区能源管理存在着许多问题，如能源消耗难以实时监测和精确评价，能源利用效率低下等。而数字化、信息化技术的快速发展为解决这些难题提供了新的机遇，智慧园区数字化能源云平台应运而生，基于云计算、大数据分析、人工智能等前沿技术，实现对园区能源的全面监测、分析和管理[3]。

在“双碳”背景下，智慧园区作为关键战场，持续运营更是节能降耗的关键环节。借助信息技术及园区大数据，建设产业园区数字化能源云平台，实现对园区能源的高效管理，通过信息流有效牵动能源流，能源供给侧与消费侧自动匹配，实现园区分布式电源、储能、空调、充电桩等各类能源基础设施在不同时空尺度下的智能调度，降低能耗及减少碳排放，进而促进园区减碳增效，助力碳中和实现。同时，通过综合能源运营管理，参加需求响应以及电力现货交易，增加园区自身的运营收入。

1 数字化能源云平台方案

1.1 项目背景

某集团公司以市场为导向，以客户为中心，围绕电力交易市场发展趋势，建立产业链协同运作机制，打造集电力、节能、新能源及配网运营等多维一体的综合能源服务体系公司。打造综合能源服务，主要包括光伏发电、综合节能、能效管理、电力储能、负荷预测以及需量管理等业务板块。可为用户提供能耗在线监测、需量管理、削峰填谷、需求侧响应、节能改造等服务，为后续的整个园区运营及业务开展，量身打造一个能源轻资产服务云平台。

1.2 项目建设目标

助力企业在参与电力市场的过程中实现成本节约：与电力现货市场配合，通过调整综合能源区域内的能源供需计划，合理安排电力市场购电策略，降低企业综合用电成本；在双碳目标的大背景下缓解企业减排压力：通过科学优化调度，提高对园区内可再生能源消纳作用，减少能源浪费，降低园区用能总碳排放量，助力“双碳”目标实现；在外部能源供应紧张的情况下保障供能稳定：结合企业的能源需求计划和分布式能源供应情况，通过源网荷储优化调度，提升园区新能源消纳能力，在外部能源供给紧张时，保障园区内部的能源供给；助力用户高效利用区域内能源：利用现代通信技术和控制技术实现能源之间高效转换、互相补偿、协调优化、动态平衡，整体提升能源系统的利用效率。

1.3 平台系统架构

数字化能源云平台系统架构如图1所示，涵盖感知层，通信层和平台层。光伏、储能、充电桩以及配电房监测电表等现场设施通过智能网关接入平台，并通过服务器、工作站进行数据分析和展示。在感知层，现场设施中的综合能源元素感知，包括光伏、储能、充电桩、配电房等，通过各类传感器及监测设备，为园区能源运营决策提供各种基础数据支撑；在通信层，通过智能网关及交换机，实现感知层与平台层之间的数据与控制指令安全传输；在平台层，通过Web服务器、数据库服务器，以及监控工作站等硬件基础设施，实现数据采集存储，处理分析与功能展示。

图1 数字化能源云平台系统架构

1.4 平台功能架构

在“双碳”目标下，简单的能耗可视化、能效分析展示已经不能适应时代的发展。将用能数字化、根据用能数据科学化能源交易，并对外提供能源轻资产服务；在降低企业用能、购电成本的同时，持续提供服务、持续获利，将成为时代的主流。

数字化能源云平台功能架构如图2所示。在传统能源管理的基础上，平台还提供需求响应、电力交易等业务功能，能够结合用户能耗情况给出用能优化建议，实现从“数据展示”到“数据运用”的转变。平台具有驾驶舱、配电监控、抄表计费、综合能源、需求响应、电力交易等功能模块，在实现上述功能模块的过程中，数字化能源云平台结合“云大物移智链”等前沿技术，通过智能化手段采集园区的各种能源设施参数，数据架构高内聚，应用松耦合，功能需求按需组合、易扩展并微应用化。

图2 数字化能源云平台功能架构

图3 电力需求响应

2 平台建设方案

2.1 驾驶舱

数字化能源云平台驾驶舱，展示园区“能源生产消费一张图”，整合园区内能耗数据，包括能源生产相关数据，如能源结构、新能源相关数据，能源消费相关数据，包括园区电、水、气、冷等各个能源类型的运行态势进行统计分析。支持能耗趋势分析、能耗指标综合考评，对能源调度、设备运行、环境态势等要素数据进行多维可视分析，帮助管理人员掌握园区各个环节的能源消耗情况，为园区节能降碳提供数据基础。

通过对全国接入的项目数据进行集中展示，形成多项目、多组织、跨区域的统一服务体系。平台以电子地图形式展示全国各省用户数据情况，支持无缝下钻到项目层级，查看用户能耗情况。除了地图形式的显示，驾驶舱还提供了多维的统计信息，从宏观角度全面了解各个项目的能源使用情况，帮助管理人员更好地掌控全国范围内的能源使用趋势，并进行战略规划和资源配置。

2.2 电力监控

为提高园区配电系统的安全性、可靠性，提供电力监控模块，该模块包括配电系统监控、重要设备监控以及电能质量监测等功能。

配电系统监控。对园区供配电网络的各项电力参数进行实时监控，如电流、电压、频率和功率因数等，并通过组态的方式，图形化展示整个配电系统的基本概况，显示一二次接线图、能流图等，将采集到的数据实时显示在组态画面上，模拟园区配电网络运行。

重要设备监控。对园区重要设备进行实时监控，包括光伏、储能、充电桩、制冷站等，掌握设备运行态势。对光伏发电、储能充放电、充电桩充放电在不同时段下的能耗数据相关指标统计，并进行柱状图、曲线图等方式的可视化展示，辅助快速识别异常；对冷站里制冷系统各设备进行监控，实时展示空调主机、水泵、冷却塔等设备的监测数据。

电能质量监测。结合电能质量监测装置，对园区进线电能质量进行监测。对电能质量监测指标进行监测分析，包括供电电压偏差、电压波动和闪变、谐波、三相电压不平衡、频率偏差、暂时过电压和瞬态过电压、间谐波、电压暂降与短时中断等，评估电能质量整体情况。

2.3 计费管理

当前，园区抄表方式为人工抄表，抄表实时性、准确性存在提升空间。将园区租户的计量计费表计接入平台，提供以计费管理为核心，满足计费客户的在线抄表计费、财务管理、物业管理等一体化管理的计费管理功能模块。

平台以租户为管理单元，提供可靠、高效的远程在线数据采集，不用人工开表箱并且打破原有的数据不回收的现象。支持灵活的开户方式保障一户多表和一户一表的多种情况并存，并实现集中统一的预付费管理。提供用电数据远程在线抄表、费率设置、账单统计汇总、通知查询、用电控制等诸多功能；支持先充值后用电的预付费管理模式；不仅支持现金，还可以通过第三方网络付费方式进行缴费，大大提高便捷性。另外，支持短信预警、微信自助充值等功能，能更好地提高计费管理的客户满意度。实现远程费控，大大提高了整个系统的容错率，有效解决商铺管理分散收费难的问题，并支持通过用户用电分析来提高能源服务水平，分析出浪费用电的原因。

2.4 综合能源管理

基于细颗粒度的计量数据，通过平台综合能源管理模块，优化园区生产计划，通过智能优化耗能设备的控制、充电桩有序运营，不同用能设备的错峰使用，合理控制设备启停提高能源利用效率，减少园区综合能源消耗，降低用户用能成本。在满足用户基本园区运营需求的同时，用户能利用综合能源管理的各项功能对外输出轻资产服务，实现营收持续化、最大化。

综合能源管理模块满足用户从最基础的数据展示需求到最高级的专属订阅需求；功能类型层级划分为计量级—分析级—优化级—决策级—咨询服务；满足用户不同角色、不同层级使用者的多层次需求。对外输出轻资产服务覆盖的目标客户从最基本的自营园区，到客户园区、工业企业、建筑写字楼等能源用户，再到负荷聚合商、居间商等合作伙伴。在日常运营过程中，满足管理人员详细分析数据和问题挖掘的需求，能耗查询与分析，提供全面的数据支撑及各种分析方式，赋能用户快速且精准地进行数据的深入分析。

2.5 需求侧响应

在综合能源服务模式下，需求侧响应是实现源荷互动、供需两侧双向良性交互的有效措施[4]。在新型电力系统的背景下，新能源的波动性和随机性给电力系统带来了很大的挑战，传统电力系统是通过电源侧的功率调节来保障发电和用电侧的实时平衡，但这种方法成本过高。需求侧响应的主要作用是唤醒用户侧的海量资源，利用用户侧资源的灵活性，通过削峰填谷的手段，调动用户主动参与调节电力系统的实时平衡。这不仅可以促进源网荷储友好互动，降低电力系统的生产和消费成本，也可以使用户增收，获得一定的补贴收益。

平台提供需求响应功能模块，帮助园区以负荷聚合商的角色通过管理园区内各电力用户负荷来参与电力公司发出的需求响应邀约，响应执行以及确认成功后可获取补贴收益。主要内容包括响应计划发布，用户应邀，签订响应合约，计算响应基线，开始响应执行，响应过程监控，响应完成后进行响应核算，分不同时间进度进行统计分析。

2.6 电力市场交易

电力交易模块以“购电交易”“售电管理”和“客户服务”为中心，通过购电预案分析和竞价决策，协助售电公司制定批发市场的报价策略；通过历史数据挖掘进行用电特性分析，协助售电公司制定售电策略；通过提供能效管理、电务管理等增值服务，协助售电公司增加客户粘度、提升客户满意度。

平台电力交易模块提供客户管理、合同管理、数据管理、交易管理、辅助决策、经营分析等功能，实现售电业务的全流程打通。同时，通过负荷预测等手段，辅助售电公司进行购电决策，制定合理购电策略获得更大盈利空间。基于售电公司需求购电量、对电力市场的评估，结合预估的利润以及与电力用户的分成策略，进行电力市场交易前的评估，辅助年度长协购电合同签订。合同签订后，通过对电力用户负荷情况监测及预测，提前进行偏差预警，提升售电公司偏差管理水平，为日前市场、日内市场和实时平衡提供支持。

3 平台应用效果与综合效益分析

3.1 平台应用效果

该产业园区数字化能源云平台于2021年12月正式上线，基于平台的功能模块，应用于园区不同的能源运营场景，进行能源数据的分析和决策。对园区内光伏、储能、冷站等重要设备进行监测，掌握能源运行态势；通过能源流向分析、用电时序分析、损耗分析、峰谷分析等挖掘园区节能降费潜力，制定节能措施。同时，为园区能源用户提供增值服务，包括节能诊断、设备运维以及新能源规划等服务。

平台围绕建设绿色园区目标，从降碳、替碳、节碳方向探索园区综合能源运营新模式，实现降碳过程数据化，助力园区实现“双碳”目标。打造园区数字化能源云平台，统一接入园区能源设备，实现能源生产与消费的监管与调度，平衡供给侧与需求侧能源，降低园区全生命周期碳排放；利用园区综合能源管理系统，实现光伏发电、储能系统、新能源充电桩的联调与联控，构建新能源本地消纳体系，提升新能源消纳；打造数字化综合能源管控平台，优化园区能源策略，削峰填谷降低综合能耗成本；开展售电和需求响应服务，对制冷系统、公区照明、光伏、储能等进行综合能源管控，提升能源效率，实现节能增效的同时，增加经济效益。

3.2 综合效益分析

平台自上线后已安全稳定运行一年，接入园区建筑面积约150万m2，供电容量约10万kVA，接入点位约1万个。实现双向服务，对内实现内部能源管理的专业纵向到底、区域协同横向覆盖域内所有能源的管理体系，为集团、园区提供系统管理工具；对外部客户能源数据分析和管理的软服务，应用效果明显。

保障园区安全生产，设备稳定运行。平台实时监控园区供配电系统数据，分析园区电能质量情况，监测重要设备状态参数，设备故障及时预警，避免安全事故发生，保障安全生产，提升运维服务水平；提升能源利用效率，促进能源双控。通过平台智能分析手段，包括损耗优化、节能挖掘、能源高效利用等，再结合节能效果验证实现管理、技改及政策节能闭环，综合能耗强度降低5%～10%。

数据量化支撑，降低用能成本。系统通过负荷预测、曲线分解等智能化辅助，量化指导电力运营博弈，通过科学持仓、交易及响应决策，再结合需求响应、削峰填谷、有序用电等措施降低度电成本近20%；促进园区能源互联建设，打造数字化能源平台标杆。该平台的建设作为智慧园区能源数字化示范，为园区用能分析、能源运营提供了有力的生产力工具。领先性的全面利用“云大物移智链”等现代化信息技术，通过协同调度策略，改善园区能源电力生产和消费模式，形成标杆性的能源数字化技术实践。