“雙碳”目標下能源化工企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)實施路徑探究

李志剛，張劉軍，劉 暄

（石化盈科信息技術有限責任公司，北京 100020）

能源化工行業(yè)作為國家支柱產(chǎn)業(yè)，同時也是高能耗高排放的行業(yè)，“雙碳”目標對我國能源化工行業(yè)轉(zhuǎn)型提出了更高要求。一方面，要求能源化工行業(yè)轉(zhuǎn)變了長期以來高投入、高消耗、低效率的粗放式發(fā)展方式，切實推進質(zhì)量變革、效率變革；另一方面，要求能源化工行業(yè)以綠色和低碳為導向，從不同能源品種、產(chǎn)業(yè)鏈上中下游、產(chǎn)供儲運銷各環(huán)節(jié)，全方位推進減污降碳，壯大清潔能源、節(jié)能環(huán)保等綠色產(chǎn)業(yè)，助力碳達峰和碳中和目標實現(xiàn)。數(shù)字化已成為推進碳減排的重要途徑，通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型助推能源行業(yè)綠色低碳發(fā)展，是“雙碳”目標下能源行業(yè)轉(zhuǎn)型升級面臨的新任務和迫切要求，融合了能源系統(tǒng)和信息通信系統(tǒng)的能源互聯(lián)網(wǎng)成為了眾多解決方案中的絕佳的選擇，不但提供了解決優(yōu)化存量能源消費、提高能源效率的路徑，而且提供了引入新能源應用、改善能源消費結(jié)構(gòu)的路徑。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)解析

能源互聯(lián)網(wǎng)以電能為核心，集成熱、冷、燃氣等能源，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)等技術，深度融合能源系統(tǒng)與信息通信系統(tǒng)，協(xié)調(diào)多能源的生產(chǎn)、傳輸、分配、存儲、轉(zhuǎn)換、消費及交易，具備高效、清潔、低碳、安全、開放的特征[1]。能源互聯(lián)網(wǎng)采用分層分級的架構(gòu)搭建，包括區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)、城市能源互聯(lián)網(wǎng)、園區(qū)（或企業(yè)）能源互聯(lián)網(wǎng)，以及微能源網(wǎng)，本文主要討論企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)和微能源網(wǎng)的建設。

能源互聯(lián)網(wǎng)目標是滿足終端用戶的電、熱、冷、氣等多種能源需求，通過多能互補和用能優(yōu)化等方式，提高可再生能源的利用率，降低用戶的綜合用能成本，提高能源綜合利用效率，從而達到節(jié)能降碳的效果。傳統(tǒng)能源系統(tǒng)基本采用“源隨荷動”的調(diào)度策略，隨著能源系統(tǒng)與信息通信系統(tǒng)的發(fā)展和融合，以及光伏、風電等新能源的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的調(diào)度運行方式已經(jīng)不能滿足新的能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。能源互聯(lián)網(wǎng)以“源-網(wǎng)-荷-儲”互動為核心，建立開發(fā)柔性的、多能互補的能源系統(tǒng)。以電能為例，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)通過調(diào)度常規(guī)發(fā)電機組，跟蹤電力負荷曲線，維持系統(tǒng)功率的瞬時平衡，而光伏和風電有明顯的反調(diào)峰和不穩(wěn)定不連續(xù)的特性，隨著光伏、風電等新型電能的接入，迫切需要調(diào)動儲能側(cè)和需求側(cè)資源，走向“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)同互動優(yōu)化運行模式。能源互聯(lián)網(wǎng)的典型架構(gòu)見圖1。

2 能源化工行業(yè)企業(yè)級能源互聯(lián)網(wǎng)實施路徑探究

能源化工生產(chǎn)涉及上游油田勘探開發(fā)、中游石油煉制和化工生產(chǎn)、下游產(chǎn)品銷售等多個環(huán)節(jié)，生產(chǎn)鏈條長，企業(yè)類型多，能源消耗大，用能方式復雜。能源化工企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)邏輯結(jié)構(gòu)見圖2。

根據(jù)能源化工生產(chǎn)上中下游企業(yè)的資源稟賦和生產(chǎn)特點不同，從油氣田企業(yè)、煉化生產(chǎn)企業(yè)和石油化工產(chǎn)品銷售企業(yè)3 個角度探討不同類型企業(yè)的能源互聯(lián)網(wǎng)實施路徑。

2.1 油氣田企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)實施路徑

油氣田企業(yè)地域面積大，有大片閑置土地可以開發(fā)光伏和風電，但能源生產(chǎn)和消耗點多面廣，且生產(chǎn)和消耗點之間距離一般較遠，消耗的主要能源介質(zhì)是電，且基本從國家電網(wǎng)購買，即使有風電和光伏發(fā)電，除少部分用能需求就地消納外，大部分還需要通過國家電網(wǎng)進行消納。

對有大型光伏電廠的油氣田企業(yè)，可以以虛擬電廠的方式接入骨干電網(wǎng)進行消納，但因光伏發(fā)電的不連續(xù)和不穩(wěn)定，電的品質(zhì)需要通過增壓和穩(wěn)壓才能上網(wǎng)。根據(jù)綠電交易機制，為了提高上網(wǎng)電的品質(zhì)和獲取最大收益，進行錯峰交易是常用手段，需要在發(fā)電側(cè)增加儲能裝置，通過電力交易競價平臺聯(lián)動實現(xiàn)錯峰交易。對于小規(guī)模部署在抽油機、集輸站、增壓站和辦公樓區(qū)域的光伏站，結(jié)合儲能設備，可以采用微電網(wǎng)的方式運行，發(fā)出的電量首先滿足本地設備用電需求，實現(xiàn)就地消納，采用孤島運行方式；當滿足本地后仍有富余或者發(fā)電量不能滿足本地設備用電需求時，微電網(wǎng)又可以通過能源互聯(lián)網(wǎng)自動切換到配電網(wǎng)絡取電，實現(xiàn)并網(wǎng)運行。同時，可以開展集輸站、增壓站、凈化廠等用能集中區(qū)域的能源優(yōu)化，提升能源使用效率。開展地熱開發(fā)和利用，為生產(chǎn)和生活提供熱能，減少企業(yè)加熱爐和供暖爐燃油或燃氣的使用，優(yōu)化熱網(wǎng)和燃料氣管網(wǎng)的運行。油氣田企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)典型用例見圖3。

圖3 油氣田企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)典型用例

2.2 煉化生產(chǎn)企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)實施路徑

煉化生產(chǎn)企業(yè)地域面積相對較小，裝置和設備比較集中，生產(chǎn)和消耗點之間距離較近，缺少過多閑置土地用于開發(fā)光伏和風電，因此，光伏規(guī)模相對油氣田企業(yè)一般較小。消耗的主要能源介質(zhì)包括電和蒸汽（熱），且消耗量大，因裝置和設備集中且規(guī)模大，廠區(qū)內(nèi)部配電網(wǎng)絡和熱力管網(wǎng)布局復雜，一般都配備熱電聯(lián)產(chǎn)的自備電廠，但為滿足大規(guī)模用電需求，大部分煉化企業(yè)還是需要從國家電網(wǎng)購買電力補充。

煉化企業(yè)重點要考慮自備電廠發(fā)電和外購電力之間的協(xié)同，在保證企業(yè)安全生產(chǎn)的基礎上，通過電力交易平臺智能競價終端在運行成本最優(yōu)化的前提下，多獲取綠電，減少CO2排放。煉化企業(yè)熱力消耗占比較高，且熱源（熱力鍋爐、加熱爐、反應塔釜等）和熱井（用氣單元）通過蒸汽管網(wǎng)連接，形成了復雜的熱力網(wǎng)絡，通過能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)熱電廠產(chǎn)汽、管網(wǎng)輸汽和裝置用汽之間的協(xié)同，能夠有效提升蒸汽管網(wǎng)運行的安全性，提高蒸汽的利用效率，同時通過熱電聯(lián)產(chǎn)的運行模式，將企業(yè)內(nèi)部熱網(wǎng)和電網(wǎng)連接，實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)多能互補的目標。如果再將企業(yè)內(nèi)部的瓦斯管網(wǎng)、氫氣管網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)通過鍋爐燃燒連接到熱電網(wǎng)絡，將豐富能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)多能互補的應用場景，能源將從單介質(zhì)優(yōu)化發(fā)展成為多介質(zhì)綜合能源優(yōu)化，能源綜合利用效率將進一步得到提高。

目前，煉化企業(yè)為了滿足“雙碳”目標，正在嘗試將部分蒸汽驅(qū)動設備改成電驅(qū)動，或者實現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)換，目的是能夠更多使用綠電，減少CO2排放?？紤]到煉化企業(yè)生產(chǎn)運行的安全性，對有光伏電廠的煉化企業(yè)建議采用微電網(wǎng)的方式進行就地消納，減少對廠區(qū)內(nèi)配電網(wǎng)絡的沖擊，消納的方式主要以輔助裝置用電、辦公用電和照明用電為主。煉化生產(chǎn)企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)典型用例見圖4。

圖4 煉化生產(chǎn)企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)典型用例

2.3 石油化工產(chǎn)品銷售企業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)實施路徑

油品銷售企業(yè)的加油站分布零散，點多量大，主要消耗電力，幾乎全部從國家電網(wǎng)取電。加油站本身能源消耗小，能源結(jié)構(gòu)簡單，主要是加油機用電和辦公用電。正因為如此，加油站也是最容易通過利用屋頂和油庫空地建設光伏實現(xiàn)碳中和的單元。對于加油站部署的光伏電站，結(jié)合儲能設備，可以采用微電網(wǎng)方式運行，發(fā)出的電量首先滿足本地設備用電需求，實現(xiàn)就地消納，采用孤島運行方式；當滿足本地有富余或者發(fā)電量不能滿足本地設備用電需求時，微電網(wǎng)又可以通過能源互聯(lián)網(wǎng)自動切換到配電網(wǎng)絡取電，實現(xiàn)并網(wǎng)運行。加油站能源微網(wǎng)典型用例見圖5。

圖5 加油站能源微網(wǎng)典型用例

3 未來能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢

工信部等六部委印發(fā)的《關于“十四五”推動石化化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導意見》中明確指出，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是“五項主要目標”之一，主要是加快5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術與石化化工行業(yè)融合，加快企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。數(shù)字化是賦能傳統(tǒng)能源行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要路徑。當前能源行業(yè)中，除了傳統(tǒng)的煤炭、油氣等化石能源外，新能源領域技術快速迭代，多能互補、互聯(lián)互通已成為能源行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢。傳統(tǒng)能源企業(yè)通過數(shù)字化、智能化建設，將信息系統(tǒng)和信息技術引入生產(chǎn)經(jīng)營流程，大幅提升企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)營效益，降低資源消耗、成本開支和碳排放，促進能源化工企業(yè)綠色低碳發(fā)展。

能源互聯(lián)網(wǎng)通過引入5G、AI、大數(shù)據(jù)等數(shù)字化技術，將能源電子技術與數(shù)字技術創(chuàng)新性融合，在能源流基礎上加入數(shù)字流，用信息技術手段管理能源，實現(xiàn)全鏈路的互聯(lián)化、數(shù)字化和智能化協(xié)同，讓能源生產(chǎn)效率、運維效率、能源效率最大化，能源互聯(lián)網(wǎng)的應用將從4 個方面提升傳統(tǒng)能源化工企業(yè)的綠色低碳發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1）優(yōu)化能源分配、提高能源利用效率

能源互聯(lián)網(wǎng)可以通過建立智能電網(wǎng)和分布式能源系統(tǒng)，實現(xiàn)能源的優(yōu)化分配。智能電網(wǎng)可以實時感知能源的供需變化，并通過調(diào)度控制技術實現(xiàn)能源的均衡分配，提高能源利用效率。分布式能源系統(tǒng)可以將各種小型能源設備集成在一起，實現(xiàn)能源的本地化和個性化供應，減少能源傳輸損耗。

能源互聯(lián)網(wǎng)通過數(shù)字技術和智能控制技術實現(xiàn)能源的高效利用。通過智能傳感器和IoT技術，連接各種設備設施，實現(xiàn)能源的遠程監(jiān)控和管理，減少能源浪費。同時，通過大數(shù)據(jù)技術和AI 技術，分析和挖掘能源數(shù)據(jù)，提供精準的能源管理策略，提高能源利用效率。

2）推動可再生能源發(fā)展

能源互聯(lián)網(wǎng)可以通過儲能設備、光伏發(fā)電等技術，推動可再生能源發(fā)展。通過智能控制技術和數(shù)字技術將可再生能源的供應和需求進行匹配，實現(xiàn)可再生能源的高效利用。同時，通過儲能設備和技術，解決可再生能源的間斷性問題，提高可再生能源供應的可靠性和穩(wěn)定性。

3）實現(xiàn)低碳發(fā)展

能源互聯(lián)網(wǎng)通過減少碳排放和能源浪費實現(xiàn)低碳發(fā)展。通過推廣可再生能源和節(jié)能技術，減少化石能源的使用和碳排放。同時，建立智能環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測和預警環(huán)境污染情況，及時采取措施減少能源浪費和環(huán)境污染。

4）促進能源創(chuàng)新

能源互聯(lián)網(wǎng)可以為能源創(chuàng)新提供廣闊的發(fā)展空間。能源化工企業(yè)通過建立開放式的能源平臺，吸引更多的創(chuàng)新技術和應用加入到能源互聯(lián)網(wǎng)中，推動能源技術的進步和發(fā)展。同時，能源企業(yè)能快速融入到創(chuàng)新的能源商業(yè)模式中，作為市場主體參與能源互聯(lián)網(wǎng)的建設和發(fā)展，推動能源產(chǎn)業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型。

4 結(jié)語

隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)的概念和應用逐漸受到廣泛關注。能源互聯(lián)網(wǎng)是新一代能源系統(tǒng)的核心，是互聯(lián)網(wǎng)技術與能源系統(tǒng)高度耦合的能源供給新形態(tài)，能源流與信息流雙向互動，實現(xiàn)多類型能源體系之間的協(xié)調(diào)優(yōu)化、多能互補。

能源互聯(lián)網(wǎng)具有廣闊的應用前景和重要的戰(zhàn)略意義，可以優(yōu)化能源分配、提高能源利用效率、推動可再生能源發(fā)展、促進能源公平、降低能源消耗、實現(xiàn)低碳發(fā)展、促進能源創(chuàng)新。能源化工企業(yè)作為傳統(tǒng)能源行業(yè)的支柱，應當積極擁抱和參與全社會的能源互聯(lián)網(wǎng)建設，更好為國家“雙碳”目標做出貢獻，從中獲得新的增長點，并抓住新一代能源系統(tǒng)變更的機會，煥發(fā)新的生機。