淺談產(chǎn)業(yè)園區(qū)智慧能源解決方案

摘要：隨著我國經(jīng)濟社會發(fā)展和環(huán)境資源壓力增大，各種能源消耗日益劇增，節(jié)能減排形勢嚴峻，為貫徹落實《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》的要求，需要推進用能單位能耗監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，利用現(xiàn)代化技術(shù)手段，對建筑物用能進行動態(tài)監(jiān)測?，F(xiàn)以“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源平臺為核心，構(gòu)建多類型能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，即利用互聯(lián)網(wǎng)思維與技術(shù)改造傳統(tǒng)能源行業(yè)，形成能源與信息高度融合的新型能源體系。

關(guān)鍵詞：智慧能源;電力;智能微電網(wǎng);產(chǎn)業(yè)園區(qū)

0 ? ?引言

國家發(fā)展改革委、國家能源局、工業(yè)和信息化部聯(lián)合制定的《關(guān)于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》于2016年2月24日開始實施，標志著能源互聯(lián)網(wǎng)在時代的步伐中即將產(chǎn)生新一輪科技和產(chǎn)業(yè)變革，新能源技術(shù)、信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈將深度融合，推動新模式和新業(yè)態(tài)的興起，這對提高可再生能源比例，促進清潔能源利用，提升能源綜合效率，推動能源市場和產(chǎn)業(yè)升級，形成新的經(jīng)濟增長點，提升能源國際合作水平具有重要的里程碑意義。根據(jù)國家大的方針政策，2019年4月，山西省能源局發(fā)布了《關(guān)于加快培育電能服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的通知》，該通知要求支持和培育電能服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展：（1）支持建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+電力”大數(shù)據(jù)平臺;（2）支持不斷延伸電能服務(wù)項目和范圍;（3）支持開展園區(qū)綜合能源服務(wù)項目試點。結(jié)合國家方針和地方政策，本文將淺談智慧能源系統(tǒng)在山西某食品產(chǎn)業(yè)園中的實際設(shè)計思路。

1 ? ?產(chǎn)業(yè)園區(qū)概況

本食品產(chǎn)業(yè)園區(qū)占地433 333 m2（650畝），主要分為食品加工區(qū)、冷鏈物流區(qū)、中央廚房區(qū)、總部花園辦公區(qū)和食品文化商業(yè)區(qū)。根據(jù)前期規(guī)劃，各區(qū)功能預(yù)測能源總消耗為：電力負荷52.3 MW、天然氣負荷1 314 m3/h、蒸汽負荷29.5 t/h、空調(diào)冷負荷43.1 MW、采暖負荷45 MW。結(jié)合能源預(yù)測消耗量，規(guī)模較大。綜合智慧能源系統(tǒng)設(shè)施按照“一中心五網(wǎng)絡(luò)多系統(tǒng)綜合提升”思想進行分期建設(shè)，“一中心”即為園區(qū)提供綜合動力的智慧能源中心（也可稱為“集中能源站”），“五網(wǎng)絡(luò)”即電力、熱力、天然氣、自來水與市政雨污水的園區(qū)綜合管網(wǎng)，按照園區(qū)的實際生產(chǎn)需求靈活供應(yīng)能源。以下將介紹本案智慧能源主要的供應(yīng)系統(tǒng)。

2 ? ?綜合智慧能源管理平臺系統(tǒng)設(shè)計

“互聯(lián)網(wǎng)+”綜合智慧能源平臺按照低碳智慧園區(qū)、保障能源高效可靠運行的思路進行總體規(guī)劃設(shè)計，以泛在開放的信息通信網(wǎng)為基礎(chǔ)，以建設(shè)能源供應(yīng)清潔化、配置智能化、消費品質(zhì)化的綜合智慧能源為主線，以打造開放式的能源綜合信息平臺為主要手段，集成一次網(wǎng)架、信息通信網(wǎng)絡(luò)、配電系統(tǒng)、能源中心系統(tǒng)、可再生能源系統(tǒng)、用戶能耗等，綜合智慧能源運維及資產(chǎn)運營建設(shè)內(nèi)容。通過運用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+，新一代信息通信技術(shù)以及能源高效互聯(lián)的供給配送技術(shù)，在園區(qū)建設(shè)高效靈活的能源供給系統(tǒng)，安全可靠的電力、熱力、天然氣等基礎(chǔ)網(wǎng)架，泛在互聯(lián)的統(tǒng)一信息通信網(wǎng)絡(luò)、全局協(xié)同的綜合信息管控平臺以及友好互動的統(tǒng)一展示平臺，實現(xiàn)園區(qū)信息通信的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)、多種能源的統(tǒng)一配置以及園區(qū)信息的統(tǒng)一管控功能。

系統(tǒng)框架配置如圖1所示，園區(qū)綜合智慧能源管理平臺分為環(huán)境保護、能源供應(yīng)、運維與管理服務(wù)等系統(tǒng)科學高效運作。

該平臺建設(shè)將融入園區(qū)公共服務(wù)平臺，最終形成針對園區(qū)企業(yè)開展的投融資、人力資源培訓(xùn)管理、政務(wù)信息、生活配套等服務(wù);系統(tǒng)搭建了園區(qū)統(tǒng)一的對外網(wǎng)站及投融資平臺，以滿足園區(qū)日常需求，后續(xù)將提供電子商務(wù)等配套服務(wù)，還要借力互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展電子商務(wù)、提升信息化水平，推動園區(qū)及食品產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。平臺體系以市場為導(dǎo)向，緊緊圍繞企業(yè)發(fā)展中的人力、物力、財力資源，有機整合，協(xié)調(diào)政府職能部門，立足園區(qū)，服務(wù)區(qū)域、輻射行業(yè)，打造產(chǎn)業(yè)聚集群，構(gòu)建一體化的食品行業(yè)綜合資源服務(wù)平臺。

2.1 ? ?綜合智慧能源中心

要滿足園區(qū)能源供應(yīng)，需配置一套綜合智慧能源供應(yīng)體系，提供電力、天然氣、蒸汽、采暖、生活熱水、冷水、三廢處理等服務(wù)。根據(jù)對園區(qū)能源需求種類的分析及能源供應(yīng)形式的選擇，可知需要建設(shè)一座集電能、天然氣、蒸汽、供冷、采暖、衛(wèi)生熱水一體化制取的能源中心，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”進行能源調(diào)度分配。其中主要分項供能系統(tǒng)包括：

（1）電力供應(yīng)系統(tǒng)：光伏發(fā)電+燃氣發(fā)電+市電+儲電系統(tǒng)。

（2）天然氣供應(yīng)系統(tǒng)：能源中心內(nèi)建設(shè)LNG氣化站，并設(shè)置LNG冷能回收系統(tǒng)。

（3）蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)：由能源中心蒸汽制取設(shè)備以及園區(qū)的蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)組成;蒸汽的制取來自兩個系統(tǒng)——天然氣分布式能源蒸汽制取系統(tǒng)及燃氣鍋爐蒸汽制取系統(tǒng)。

（4）冷水系統(tǒng)：集中制冷系統(tǒng)兩套，分別用于滿足園區(qū)生產(chǎn)功能區(qū)的生產(chǎn)車間空調(diào)冷負荷及其他區(qū)域空調(diào)冷負荷，為避免系統(tǒng)過于龐大，同時配套實施蓄冷系統(tǒng)（水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)）。

2.2 ? ?新能源電力及智能微電網(wǎng)

根據(jù)能源需求量預(yù)測結(jié)果，總用電負荷為52.3 MW;能源中心內(nèi)設(shè)4.6×2=9.2 MW燃氣發(fā)電機組（燃氣發(fā)電機組運行時，余熱鍋爐回收燃氣輪機產(chǎn)生的高溫煙氣的熱量，制取蒸汽，可以滿足園區(qū)內(nèi)生產(chǎn)工藝的用汽需求），在各建筑屋面新建一套太陽能分布式發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電的裝機容量為11.13 MW;但考慮到光伏發(fā)電受天氣的影響，需要市政電網(wǎng)提供電力負荷約為40 MW。燃氣發(fā)電及光伏發(fā)電等新能源系統(tǒng)投運，可降低園區(qū)內(nèi)建筑用電與用冷的成本，并實現(xiàn)能源的高效利用。在新能源發(fā)電系統(tǒng)中設(shè)置儲電系統(tǒng)，降低電力系統(tǒng)峰值用電，減少電網(wǎng)接入的容量費，同時采用“谷充峰放”的模式，降低用電成本。

以上分布式發(fā)電借助微電網(wǎng)（Micro-Grid）進行操作運行，是“互聯(lián)網(wǎng)+”在能源領(lǐng)域的創(chuàng)新性應(yīng)用，微電網(wǎng)將結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”占據(jù)能源領(lǐng)域新風向標。本案除了由綜合智慧能源運維及資產(chǎn)運營，智慧化平臺結(jié)合相關(guān)配套系統(tǒng)與設(shè)備共同實現(xiàn)智能微電網(wǎng)的相關(guān)要義外（微電源、負荷、儲能系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元，是一個小型的電力系統(tǒng)，且自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行），其同時深度貼合項目的實際能源負荷特征、能源特征以及建設(shè)規(guī)劃布局，對能源工程的布置、能源系統(tǒng)的設(shè)計進行了全方位的考量與平衡，與智能微電網(wǎng)深度融合，本案將成為智能微電網(wǎng)應(yīng)用的經(jīng)典案例。

2.3 ? ?冷能回收及天然氣供應(yīng)

在食品加工行業(yè)，維持部分食品加工車間低溫環(huán)境、食品冷庫儲藏、食品冷卻工藝、夏季空調(diào)負荷等工藝需要冷能的供應(yīng)，其中冷庫可根據(jù)具體環(huán)境選擇農(nóng)副產(chǎn)品或水產(chǎn)品加工的冷凍要求。通常建設(shè)項目可以選擇超低溫冷庫（-60 ℃左右）、低溫冷庫（-35 ℃左右）、中溫冷庫（-18～0 ℃）和高溫冷庫（0～10 ℃），從而可以通過選擇不同的載冷劑，組成不同溫度的低溫制冷循環(huán)，使LNG的冷能利用效率大大提高。LNG是天然氣經(jīng)凈化、干燥、脫汞并分離重烴后制得的溫度約-162 ℃的低溫液體，在其氣化過程中，可釋放達830～860 kJ/kg的冷能。因此，當LNG在氣化站氣化時將釋放的冷能回收，利用其冷能為冷庫供冷。LNG的冷能用于冷庫方面一般是采用冷媒與LNG在低溫換熱器中進行熱量交換，冷媒經(jīng)管道進入冷庫，通過冷卻盤管釋放冷量從而實現(xiàn)對物品的冷凍冷藏。

天然氣供應(yīng)：新建LNG氣化站，用槽車將LNG運至氣化站，利用卸車增壓器將LNG加注至LNG儲罐儲存，LNG儲存期間壓力保持在0.3～0.4 MPa，儲存溫度為-162 ℃，操作溫度為-145 ℃。使用時，利用儲罐增壓器為儲罐增壓到0.6 MPa，利用壓差將LNG送至冷能回收系統(tǒng)。在冷能回收系統(tǒng)中，液態(tài)天然氣經(jīng)過與冷媒換熱，升高溫度發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，加臭后進入天然氣管網(wǎng)，送至用氣單元，實現(xiàn)能源綜合利用。

2.4 ? ?蓄冷系統(tǒng)

設(shè)計選擇水蓄冷空調(diào)系統(tǒng)來滿足園區(qū)夏季辦公商業(yè)的空調(diào)部分冷負荷需求。水蓄冷技術(shù)利用夜間低谷電價時段蓄冷，白天電價高峰時段釋放冷量供末端使用，達到削峰填谷的作用，制冷主機容量和裝機功率都遠遠小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，高、低壓配電設(shè)施減小，降低了電力建設(shè)費用。另外，水蓄冷技術(shù)減少了冷卻循環(huán)水量，減小了冷卻塔尺寸及風機耗電量，降低了系統(tǒng)的初投資。蓄冷系統(tǒng)削峰運行策略示意圖如圖2所示。

3 ? ?結(jié)語

綜合智慧能源系統(tǒng)是轉(zhuǎn)型發(fā)展與提檔升級的科技型能源系統(tǒng)相互組合的綜合體，它符合“聚享、綠色、智慧”的建設(shè)與發(fā)展理念，能夠?qū)崿F(xiàn)行業(yè)節(jié)能減排低碳發(fā)展目標，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”云端管理，削減企業(yè)自身人力成本，結(jié)合峰谷平電價及用能需要優(yōu)化調(diào)度調(diào)峰策略。系統(tǒng)具備實時數(shù)據(jù)管控、設(shè)備能效管理、能耗數(shù)據(jù)對比等功能，可以通過能耗數(shù)據(jù)、經(jīng)營數(shù)據(jù)等分析企業(yè)節(jié)能空間和經(jīng)營狀況。

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收稿日期：2020-02-24

作者簡介：李強（1983—），男，山西太原人，工程師，研究方向：園區(qū)智慧能源。