江苏省化工行业的能源供需互动及节能提效发展路径研究

郑 杨 王雨薇

（国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司，江苏 镇江 212001）

1 研究背景

1.1 能源保供稳价是首位，强调落实能源安全新战略

“十四五”以来，我国能源工作的首要任务是保障能源安全[1]，着力增强能源供应保障能力。面对错综复杂的国际国内形势，国家提出了“四个革命、一个合作”能源安全新战略，引领迈向能源高质量发展新阶段。

2023年3月5日，《政府工作报告》强调针对全球通胀高企带来的影响，以粮食和能源为重点做好保供稳价。2023年4月6日，国家能源局发布《2023年能源工作指导意见》，这是国家能源局首次在年度工作指导意见中提出，将能源保供稳价放在首位。2023年江苏电力保供形势严峻，必须做好负荷管理并节约用电，确保全省经济社会平稳健康发展。2023年3月，江苏省发改委印发《关于做好2023年电力负荷管理工作的通知》，提出切实做好迎峰度夏（冬）电力保供工作，实施电力负荷精准管理。2023年6月，江苏省应对气候变化及节能减排工作领导小组节约能源办公室印发《关于开展迎峰度夏降温负荷节约用电助力电力保供专项行动的通知》，提出充分发挥全社会节约用电助力电力保供作用，支撑迎峰度夏电力供应平稳有序。同年3月，国家能源局印发《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》，明确了以数字化智能化电网支撑新型电力系统建设为目标，推动数字技术与能源产业发展深度融合，加强传统能源与数字化智能化技术相融合的新型基础设施建设，释放能源数据要素价值潜力，促进绿色低碳循环经济发展，为积极稳妥推进碳达峰、碳中和提供有力支撑。

1.2 新型电力系统发展对供需互动和节能提效的新要求

一是电力保供面临突出挑战，亟需充分发挥需求侧调节作用。当前国际局势依然复杂多变，以动力煤、天然气等大宗商品为核心的能源价格大幅上涨，我国的煤炭和天然气供应因此呈现紧张趋势，价格处于阶段高位，火电企业经营困难。另外，近年来极端天气突发频发造成电力负荷大幅攀升，也影响了可再生能源出力，增加了电力安全供应压力。长期来看，我国电力需求仍维持稳步增长趋势，尖峰负荷特征日益凸显，规模持续增加，但累计时间短，出现频次低，所占电量小，增加了投资成本与保供难度。虽然近年来新能源装机的占比持续增加，但与常规电源相比仍然存在较大差距，未能形成可靠电力支撑的替代能力，为了全力保障能源安全，仍需推动构建适应大规模新能源发展的需求侧管理模式。

二是新能源消纳形势依然严峻，新能源利用效率有待提高。新能源占比不断提高，快速消耗电力系统灵活调节资源，其间歇性、随机性、波动性特点使得系统调节更加困难，系统平衡和安全问题更加突出。部分网架薄弱、缺乏同步电源支撑的大型新能源基地，系统支撑能力不足，新能源安全可靠外送受到影响。近年来，全国新能源利用率持续在较高水平，但局部时段弃风弃光等问题依然突出，消纳基础不牢固。未来，新能源大规模高比例发展要求系统调节能力快速提升，但调节性资源建设面临诸多约束，区域性新能源高效消纳风险增大，制约新能源高效利用。

三是数据驱动效能还需提升，亟需激发节能提效创新潜力。我国能源电力领域已形成具有较强国际竞争力的完整产业、供应和价值三链一体化，电力能源领域的科技整体水平实现“跟跑—并行—领跑”的战略性转变[2]，但个别技术领域同世界能源电力科技强国相比仍有差距，如先进核电、碳捕捉利用及封存、大功率柔性输变电装备、长时储能、高效率低成本可再生能源发电装备、燃料电池、大型燃气轮机、高温材料等都需要重点攻关突破[3]。需要加强政策引导，激发创新潜力，打造新型电力系统下多维节能提效路线，推动产业融通发展。

2 目的与意义

2.1 夯实数据底座挖潜节能空间，降低企业成本助力电力保供

本研究旨在推进化工行业重点企业能耗数据接入和更新工作，不断丰富用能数据维度，挖掘化工企业在节能方面的空间，优化能源资源配置，提高能源利用效率，促进化工行业的企业进一步节约用能、高效用能、绿色用能[4]。一方面，夯实化工行业能效档案、客户画像、能效分析、专业管理等数据分析应用工作基础，为政府节能监管考核提供支撑；另一方面，帮助化工企业降低用能成本，提升企业竞争力；同时，深入贯彻实施全面节约战略要求，充分发挥节约用电在电力保供方面的积极作用，保障电力供应平稳有序。

2.2 深化供电+能效服务体系建设，打造化工节能提效示范引领

本研究聚焦化工行业的典型代表企业，提供节能诊断服务，制定行业能源管理体系实施路径及能效提升策略，构建行业级数字化能效解决方案[5]。发挥示范性引领作用，推动化工行业数字化绿色化协同转型发展，支撑形成绿色低碳的生产生活方式，服务碳达峰目标如期实现；同时，加快提升化工行业“供电+能效服务”水平，助力打造化工行业能效服务样板工程，推动公司能效服务体系化发展，支撑江苏公司实现“十四五”末能效服务重点行业全面覆盖目标，大力推动全社会节能降碳和终端用能绿色转型。

2.3 推动供需互动鼓励绿色消费，优化负荷管理促进新能源消纳

为实现保供目标达成，需要精细化化工行业负荷管理工作，积极探索高绿电消费用户需求侧管理优先保障机制，促进绿色电力消费潜力释放，引导用户优化用电方式，推动形成新能源与需求侧资源双向互动模式，在新能源安全可靠的基础上逐步优化能源结构[6]，稳妥高质提升终端用能清洁能源占比。助力培育企业绿色理念，指导行业深入参与绿电交易，助推行业能源消费绿色升级的同时，有效促进新能源电力消纳，提高新能源利用效率，缓解绿电供大于求的市场局面，极大推动电力市场化发展。

3 典型化工企业供需互动及节能提效实践调研分析

3.1 典型化工企业生产运行特性分析

化学工业的特点是门类繁多、工艺复杂、产品多样，本研究特选取镇江地区醋酸行业头部企业——江苏索普新材料科技有限公司作为典型案例进行细致的用能情况分析。索普公司在2022年占据行业内总产能的11%，且具备较完整的“煤炭—甲醇—醋酸—醋酸衍生物”生产路线，具有一定的流程代表性和行业示范性。

3.1.1 生产工艺流程及关键用电设备

化工行业是一项通过能源、设备和其他资源来混合或分离、萃取、化合各种成分，并引发化学反应的领域。在该行业的每个工序中，都需要输入特定的新成分或资源（如原材料、催化剂、人工、机器设备和能源等），以生产多种产出物。这些工序通常采用连续型生产工艺，各个环节环环相扣，且具有强烈的时序性，其方向不可逆[7]。

以索普公司为例，该公司是国内最早完成自主开发低压羰基合成醋酸技术的现代煤化工企业。索普公司的生产过程涵盖了煤炭到甲醇再到醋酸以及醋酸衍生物的完整路线，其生产过程始于煤炭，通过煤制气、催化剂合成甲醇以及甲醇羰基化等工艺流程，最终生产出醋酸。

化工行业主要使用一些通用的用电设备，包括由高压电动机驱动的气体或液体压缩机、鼓风机、离心机、大功率工业电石炉、电解槽和电热器等。此外，还有水泵、风机、压缩机以及与电力和油气相关的蒸汽设备及相关的能量传输单元。

3.1.2 负荷特性分析

化工流程的生产过程通常伴随着物理化学过程和化学反应的同时进行。不同类型的化工企业在生产工艺方面存在显著差异，因此每个企业的关键生产设备或用能设备的负荷特性也各不相同[8]。由于化学工业的连续性生产特点，其用电性质和用电负荷具有以下特点：

（1）高供电可靠性要求：大多数化学工业的关键生产工艺流程属于一级用电负荷，一旦停电，可能导致化工装置爆炸、起火、人员中毒等严重事故。此外，高科技化工生产设备对电压变化非常敏感，短时供电中断或电压下降可能导致设备异常运行、停机等事故。因此，化学工业生产必须依赖可靠的供电电源。

（2）大量用电：化工装置需要持续运行，因此电力负荷集中，用电量较大。

（3）平稳的电力负荷和高负荷率：化工生产通常是长周期连续运行的，一般设计年运行时间为7 200 h，有些甚至达到8 400 h，负荷率可高达92%～95%。

以江苏索普新材料科技有限公司为例，企业主要可参与削峰负荷的是零极距离子膜电解槽设备。一般情况下提前3个工作日通知企业，可参与需求响应，理论上可调节负荷比例最高可达约30%。化工企业削峰负荷调节方案的核心在于工厂用能控制系统接收上级电网的削峰需求量与需求时段，企业用能控制系统基于自身可调节负荷的响应时间、响应速度以及响应量制定出满足电网削峰需求的组合调节方案。索普公司常年满负荷运行，夜间负荷波动较小，变化平缓，是平稳型用户，不具备填谷能力。

3.1.3 现有调节手段及调节潜力分析

目前索普公司在重点能耗设备方面已计划开展如下管控措施：

（1）在化工行业中，电机的能耗在总体能耗中占据相当大的比重。为了有效降低能耗、提高能效和生产力，需要对现有的电机进行节能改造，这是一个系统工程，涵盖了电机的全寿命周期，包括设计、制造、选型、运行、调节、检修和报废等方面。

（2）重点用能设备加强日常维保；根据生产负荷情况，及时调整公用工程运行负荷，降低能耗；对新采购的电机等耗能设备严格执行能效标准。

（3）开展蒸汽节能项目，通过配备减温装置，由原工艺过程中200 ℃蒸汽变为100 ℃蒸汽，理论节能率达到10%。

（4）加强氯碱、硫酸等产品能耗限额的对标，与限额先进值对标找差。

（5）严格控制工艺指标，特别是生产装置的指标。

（6）反渗透浓水回用改造，浓水回收率可达60%；节能减排，节约工业水使用48万t。

（7）氯碱盐酸合成副产蒸汽进行回收利用，制备热水通过溴化锂机组制冷，减少冷冻机运行负荷，达到节能降本增效的目的，全年可节约300 t标煤。

3.2 存在问题及挑战分析

（1）化工行业用电增速不断放缓，2023年江苏省化工企业单位产值能耗不降反升。2021年，我国化工行业用电量增速为6.9%；2022年，我国化工行业同比增长5.2%；2023年1月—5月，化工行业同比增长3.2%。以造纸行业为例，数据显示，大东纸业有限公司2023年1月—4月用电量为1 708.01万kW·h，同比下降8.6%，其中3月环比下降20.8%；金东纸业2023年4月用电量为3 153.83万kW·h，同比下降15.7%。由于市场行情不好、价格低迷，镇江全市骨干化工企业单位产值能耗不降反升，化工行业节能形势依然严峻。

（2）用电管理模式偏向粗放，导致节能降碳缺乏数据底座。在化工企业的生产经营过程中，电能消耗较高的设备，尤其是电机类设备，占据了石油化工企业总电耗的85%以上，这导致目前电力费用在企业成本中所占比重非常大。为了解决这一用电问题，必须加强精细化管理工作[9]，并引入先进的能源管理模式，以控制电力成本并提升企业的收益。

（3）生产设备需连续运行，生产负荷不可任意中断、转移。对于化工企业，其制备进料、化学反应和调节过滤等生产设备多为一级负荷，必须连续运行，不能任意中断供电，否则将会造成关键设备损坏等重大损失。因此，对于进料、化学反应等工序的主要生产设备不能通过转移、中断负荷提供需求侧响应。

（4）化工企业基本具备削峰调节能力，但仅有部分企业具有填谷能力。化工企业参与电力需求响应时间段没有固定周期，需要根据实际生产流程（从原材料至产品）确定。一般情况下，可削峰时段是08：30—11：30和16：00—21：00，此时间段内，若使化工企业非连续性生产设备（如真空泵、水泵等设备）参与电力需求响应（如中断负荷2 h），理论上可调节负荷比例最高约达21%。在填谷调节方面，仅有巴斯夫造纸化学品（江苏）有限公司和江苏普源化工有限公司可参与填谷需求响应。前者主要可填谷设备是清洗机等，后者主要可填谷设备是反应釜等。

4 化工行业供需互动及节能提效的实施路径

4.1 建设目标与方案

深入落实国家碳达峰、碳中和“1+N”政策体系和全面节约战略决策部署，打造化工企业数据分析应用机制，夯实用能数据融合分析底座，构建节约用电影响分析模型，配套能耗异常预警机制，推动企业能源管理数智化转型；有序推进“供电+能效服务”能力提升，总结提炼化工行业能源管理体系实施路径及能效提升策略，提高行业能源利用效率，保障化工行业电力可靠供应；推动形成化工行业供需双向互动模式，探索计及绿电交易的需求侧管理优先保障机制，激发行业绿电消费需求，提高新能源消纳利用水平。力争到“十四五”末，支撑数据要素价值全面释放，驱动江苏省化工行业能源管理模式变革，有效支撑新型电力系统建设和江苏高质量发展。

4.2 建设阶段及关键内容

第一阶段：到2023年，化工行业供需互动及节能提效规范化，打造一站式“供电+能效服务”模式。持续拓宽重点用能单位数据资源池，依托能效服务数字化工具，提升化工行业能效诊断能力，提供行业级“数据+工具+能力”的数字化节能提效解决方案，开展计及绿电交易的负荷管理提升试点示范，有效辅助典型企业能效水平达到国内领先水平，实现化工行业用能规范化管理。

本阶段重在制定化工供需互动和节能提效方案。加强对标建立节约用电模型，建设通用能效提升解决方案，加强行业通用供电服务保障，设计绿电优化负荷管理方案。

第二阶段：到2024年，化工行业供需互动及节能提效精准化，打造个性化“供电+能效服务”模式。深化化工企业数字思维和绿色理念，大力推广典型企业节能提效经验，面向细分子行业分类制定能效提升路径和策略，以能效提升、分布式新能源开发利用为重点，积极拓展能效市场化服务，健全计及绿电交易的负荷管理保障机制，推动绿色低碳成为化工企业核心竞争力的重要源泉，支撑典型企业能效水平基本达到国际同行一流水平，逐渐形成一批引领国家和行业发展的节能管理标准，有力推进区域能源互联网生态发展。

本阶段主要开展化工供需互动和节能提效试点。深化数据应用健全预警机制，建设个性能效提升解决方案，深化行业负荷预测系统平衡，开展绿电保障机制试点示范。

第三阶段：到2025年，化工行业供需互动及节能提效精益化，打造智能化“供电+能效服务”模式。深度协同化工行业数字化绿色化协调合作、互相促进，形成拉动效应，实现化工行业能源资源最优利用，助力节能减污降碳，促成经济效益与环境效益双赢，充分激发绿电消费潜力，推动绿电交易市场规模化发展，支撑典型企业能效水平达到国际领先水平，成为相关行业节能标准规范制定的主导者，建成创新、协同、开放、高效的供需互动生态，支撑双碳目标达成。

本阶段核心在于推广化工供需互动和节能提效机制。打造能耗数据分析应用体系，建设数智能效提升解决方案，深化行业负荷预测系统平衡，推出面向全省推广绿电保障机制。

5 结论

在能源安全新战略背景下，本研究针对新型电力系统对供需互动和节能提效的新要求，对江苏省内典型化工企业开展供需互动及节能提效实践调研，分析存在的主要问题，并提出了“供电+能效服务”模式的建设实施路径，对践行国家能源行业“领先目标”，创新能效服务具有积极的先进示范作用。在供电保障能力加强方面，通过精细化化工行业供需互动及节能提效机制研究，为企业用能结构优化、能源利用效率提升提供了支撑，提升了能源资源优化配置能力，有效保障了电力可靠供应和能源安全。在绿色发展成效方面，通过分析化工行业节能提效问题，推动新型电力系统建设的关键性进展，完善新型能源体系建设，助力能源清洁低碳转型。在企业治理进展方面，提出了数字化赋能供电企业“供电+能效服务”的服务体系，对标先进的能效管理理论研究和创新实践，促进经济社会高质量发展。

作为能源绿色转型的推动因素，加快构建新型电力系统已经成为新一轮能源供需互动及节能提效的关键。需要进一步加快化工企业数字化绿色化协同转型发展，与能源企业形成一站式“供电+能效服务”模式，从而聚力打造电网、企业两个“数字分析引擎”的协同能力，同步提升电网负荷管理水平和行业企业节约用电水平，大力推动全社会节能降碳和终端用能绿色转型，助力能源电力安全可靠供应。